Maalla, merellä ja ilmassa: Aurinkopaneeleja tulee kaikkialle

Seuraavien vuosikymmenten kuluessa aurinkopaneeleihin perustuva vihreä sähköntuotanto moninkertaistuu, ja se on IEA:n mukaan välttämätöntä, jos aiotaan saavuttaa ne ilmastotavoitteet, joista on kansainvälisesti sovittu.

Viimeisten kymmenen vuoden aikana aurinkovoiman kulutus on kasvanut räjähdysmäisesti, ja IEA ennustaa, että aurinkosähkön osuus uusiutuvista energianlähteistä nousee 60 prosenttiin vuosina 2022–2027.

Siten aurinkovoimasta on jo lähiaikoina tulossa ilmastonmuutoksen torjunnan valttikortti, vaikka tekniikka on yhä uutta verrattuna esimerkiksi tuuli- ja vesivoimaan.

Tutkijat pyrkivät jatkuvasti parantamaan aurinkopaneelien hyötysuhdetta ja kehittämään uudenlaisia paneeleja, jotta aurinkosähköä voidaan tuottaa sielläkin, missä se on nykyään mahdotonta.

Jättiläisaurinkovoimalat sopivat aavikolle

Suuria aurinkovoimapuistoja on jo perustettu aavikkoalueille muun muassa Kiinassa, Intiassa ja Egyptissä, mutta tulevaisuudessa ne ovat monta kertaa laajempia.

Kunnianhimoisimman hankkeen on aloittanut Sun Cable -yhtiö, joka aikoo rakentaa aurinkovoimalan Australian pohjoisosiin ja siirtää sieltä sähköä 4 200 kilometriä pitkällä kaapelilla Singaporeen. Indonesia myönsi vuonna 2021 Sun Cablelle alustavan luvan viedä merikaapelin saarivaltion läpi.

Aurinkopaneelien kokonaispinta-alaksi tulee 120 neliökilometriä, eli alueelle mahtuisi 17 000 jalkapallokenttää. Tavoitekapasiteetti on 3,2 gigawattia, mikä riittää tyydyttämään 15 prosenttia Singaporen sähköntarpeesta.

• Edut: Sijainti aavikolla lähellä päiväntasaajaa maksimoi aurinkoisten tuntien määrän.
• Haitat: Koska kuluttajat ovat kaukana, sähkönsiirtomatka on pitkä.
• Tila: Tarvittava tekniikka on jo olemassa.

Aurinko- ja tuulivoimapuistot lomittuvat

Kiinassa on rakennettu jo jonkin aikaa aurinkovoimaloita vesille, ja Euroopassa asennettiin vuonna 2022 Portugalissa sijaitsevan Alquevan padon muodostamalle suurelle tekojärvelle 12 000 aurinkopaneelia.

Aurinkovoimaa aletaan tuottaa merellä tuulivoimapuistojen yhteydessä. Koska vesiliikennettä yleensä rajoitetaan voimala-alueilla, niille voidaan hyvin sijoittaa myös aurinkopaneeleja.

Alankomaalainen Oceans of Energy -yritys on testannut konseptia vuodesta 2019 saakka 12 kilometrin päässä Pohjanmeren rannikosta. Siellä kelluvaa aurinkovoimalaa on laajennettu niin, että sen kapasiteetti on nykyään 0,5 megawattia. Tavoitteena on saavuttaa 15 megawattia vuonna 2023.

Kelluva aurinkovoimala on rakenteeltaan myötäävä, eli se seuraa aaltojen liikettä. Se on kestänyt tähän mennessä monta myrskyä, eivätkä edes melkein kymmenmetriset aallot ole rikkoneet sitä.

• Edut: Aurinko- ja tuulisähköä voidaan siirtää maihin samaa merikaapelia pitkin.
• Haitat: Suolainen ilma ja pärskeet vahingoittavat aurinkopaneeleja.
• Tila: Tekniikka on olemassa, ja konseptia testataan jo.

Pilvisyys ei haittaa leijuvaa voimalaa

Kun on pimeää, aurinkosähköä ei synny, eivätkä paneelit tuota sitä kunnolla päivälläkään, jos taivas on pilvessä. Ranskalais-japanilaisen tutkijaryhmän mukaan parasta olisikin sijoittaa aurinkovoimalat yläilmoihin.

Idea perustuu vetytäytteisiin aurinkopaneelipalloihin, jotka leijuvat pilvien päällä 6–20 kilometrin korkeudessa. Niiden kirkkaassa valossa tuottama sähkö johdetaan kaapelilla maanpinnalle.

Osa energiasta voidaan käyttää veden hajottamiseen vedyksi ja hapeksi. Näin valmistettaessa vety on vihreä energialähde, jota on mahdollista hyödyntää polttokennolla. Kun vety ja happi yhtyvät taas vedeksi, syntyy sähköä, joka voidaan siirtää maanpinnalle. Aurinkovoimala toimii tällöin vuorokauden ympäri.

• Edut: Aurinkopaneelit tuottavat viisi kertaa niin paljon sähköä kuin maanpinnalla.
• Haitat: Visiota on vaikea toteuttaa ilman hyvin kevyitä polttokennoja, joita ei vielä ole.
• Tila: Konsepti on vasta piirustuslaudalla.

Aurinko ei laske koskaan

Aurinkovoimalan perustaminen avaruuteen on vanha idea. Se herätettiin tavallaan uudelleen henkiin, kun Euroopan avaruusjärjestö (Esa) aloitti SOLARIS-nimisen tutkimushankkeen. Tavoitteena on kolmessa vuodessa selvittää käytännön mahdollisuudet, jotta Esa voi vuonna 2025 päättää, ryhdytäänkö suunnitelmaa toteuttamaan.

Avaruusvoimala koostuu jättiläissatelliitista, joka on varustettu aurinkopaneeleilla. Satelliitti muuttaa sähkön mikroaalloiksi ja lähettää ne Maassa olevaan vastaanottimeen, joka muuttaa ne taas sähköksi.

Esan mukaan kilometrin pituinen satelliitti voi tuottaa noin kaksi gigawattia sähköä. Määrä vastaa miljoonan eurooppalaisen kotitalouden kulutusta.

• Edut: Satelliitti on kaikkina vuorokaudenaikoina voimakkaassa auringonvalossa.
• Haitat: Kustannukset ovat tähtitieteelliset.
• Tila: Kyse on vielä visiosta, mutta siihen suhtaudutaan vakavasti.

Jokainen voi tuottaa sähköä omiin tarpeisiin

Jo nykyään myydään muun muassa laukkuja ja reppuja, joissa on kiinteä aurinkopaneeli. Lisäksi tutkitaan mahdollisuuksia varustaa vaatteita aurinkosähköä tuottavilla rakenteilla. Todennäköisesti tulevaisuus tuo mukanaan monta erilaista mobiiliratkaisua.

Aurinkopaneeli voidaan integroida tekstiileihin eri tavoin. Osaa tutkijoista kiinnostavat sähköä tuottavat langat ja kuidut, osa taas kehittää taipuisia kalvopaneeleja, jotka voidaan liittää kankaaseen.

Japanissa on valmistettu orgaanisista aurinkokennoista erittäin ohut kalvo, joka kestää vaatteissa niin taivutusta, venytystä kuin puristustakin. Kalvo ei esimerkiksi kärsi vaatteen konepesusta. Kalvo tuottaa kuitenkin sähköä vielä liian huonolla – 7,9 prosentin – hyötysuhteella, joka kaiken lisäksi huononee vähitellen käytössä kastumisen, kulumisen ja likaantumisen takia.

• Edut: Sähköllä voi esimerkiksi ladata puhelinta, kun on liikkeellä.
• Haitat: Aurinkopaneelit ovat liian kalliita ja vaurioitumisherkkiä.
• Tila: Tekniikkaa kehitetään tutkimuslaboratorioissa.