Teksti Kalevi Rantanen, kuvat Työväen arkisto ja Elka/J. Eskelinen
Aurinkoenergia on innostanut suomalaisia kemistejä 1970-luvulta alkaen. 1900-luvun loppupuolella aurinkokennomateriaaleihin liittyvä tutkimuksemme oli maailman huipulla, sitten se notkahti. Nyt edessä on uusi nousu!
Vuosien 1973 ja 1979 öljykriisit saivat monet valtiot ja energiayhtiöt miettimään vaihtoehtoisia energianlähteitä, kuten aurinkoenergiaa.
Suomessa yleismaailmallisesti jännittävintä työtä aurinkosähköalalla tehtiin 1980- ja 1990-luvuilla.
Jo sitä ennen aurinkolämpö oli kiinnostanut tutkijoita. 1970-luvun yritykset kehittää aurinkolämmitystä ovat unohdettu sankaritarina.
Lämpökeräimien ja myöhemmin myös sähköä tuottavien aurinkopaneelien valmistuksessa auttoi tuolloin Outokumpu Oy:n kuparitietämys. Outokummussa kuparista kehitettiin tehokkaasti aurinkoa imeviä absorptiopintoja. Hyvänä lämmön ja sähkön johteena kupari on nykyäänkin tärkeä materiaali aurinkovoimaloissa.
Futuristinen ekotalo ihastutti Vantaan asuntomessuilla
Vantaan asuntomessuilla vuonna 1977 messuvieraat pääsivät ihmettelemään arkkitehti Harto Helpisen suunnittelemaa futuristista ekotaloa, jonka katolla oli aurinkopaneeleita. Kuopion asuntomessuilla vuonna 1980 jo yhdeksässä talossa oli aurinkolämmitys.
Erityisen hyviä tuloksia saatiin Kaarinaan vuonna 1978 valmistuneessa rivitalossa, johon Valmet Oy toimitti ilmakiertoisen aurinkolämmitysjärjestelmän. Sähkön kulutus putosi noin puoleen verrattuna pelkkään sähkölämmitykseen, vaikka paneeli ei ollutkaan eteläsuunnassa.
Valtion teknillinen tutkimuskeskus VTT laski vuonna 1978, että parantamalla talojen eristystä ja lämmitysjärjestelmiä pientalojen lämmöstä puolet voitaisiin saada auringosta. VTT:n puolijohdelaboratoriossa kehitettiin aurinkosähkökennoja, joita tuolloin kutsuttiin aurinkoparistoiksi.
Materiaalina oli pii, josta yhä tehdään 95 prosenttia aurinkokennoista.
Aurinkosähkökennoissa vauhtiin 1980-luvulla
Kun öljyn maailmanmarkkinahinta laski 1980-luvun alkupuolella, kuluttajien kiinnostus aurinkolämmitystä kohtaan laimeni.
Aurinkoenergiaan liittyvä tutkimus kuitenkin jatkui ja kehittyi, ja Suomessa päästiin maailmanlaajuisestikin eturintamaan.
”Yrityspuolella ensimmäinen kaupallinen toimija oli Neste Advanced Power Systems (Naps), joka aloitti toimintansa jo 1981 toimittamalla aurinkosähköjärjestelmiä ammattisovelluksiin ja aurinkosähköpaketteja kesämökeille. Napsista tuli kansainvälisesti merkittävä aurinkosähköjärjestelmien kehittäjä ja myyjä, ja se toimii edelleen”, kertoo teknillisen fysiikan professori Peter Lund Aalto-yliopistosta. Hän on työskennellyt uusien energiateknologioiden parissa 1970-luvun lopulta alkaen.
1980-luvulla materiaalien tutkimus kehittyi ja piikennojen rinnalla tehtiin ohutkalvokennoja esimerkiksi kadmiumtelluridista ja galliumarsenidista. Napsin yhteydessä toiminut Mikrokemia Oy kehitti ALD-tekniikalla eli atomikerroskasvatuksella ohutkalvokennoja.
”Ne olivat kansainvälistä huippuluokkaa”, Lund kertoo.
Suomalaisen aurinkoteknologian nousupyrähdys
Aurinkoenergiaan liittyvän tutkimuksen vauhti kiihtyi 1990-luvulla.
Vuonna 1997 Neste tiedotti käynnistäneensä kiteisten aurinkopaneelien tuotannon. Liiketoiminta menestyi myös kansainvälisesti, ja yritys toimitti aurinkosähköjärjestelmän Ikealle Ruotsiin sekä oli sähköistämässä telekommunikaatiorunkolinjaa Mongoliassa ja Shengenin kylää Kiinan Quinghai-provinssissa.
Laboratoriot ympäri maailman alkoivat kokeilla uusia orgaanisia väriaine- ja perovskiittikennoja. Kaupalliset toimijat paransivat piiteknologiaa. Naps kehitti piikennojen pilot-tuotantolinjaa.
Vuosituhannen vaihteessa suomalaiset olivat edelläkävijöitä aurinkoenergian tutkimuksessa. Sitten tuli pysähdys.
”Imatran Voiman ja Neste Oy:n yritysjärjestelyjen yhteydessä syntynyt Fortum myi 2000-luvun taitteessa Napsin. Kaupallisen tason kennokehitys päättyi siihen”, kertoo Lund.
Hän harmittelee, että aurinkosähköstä luovuttiin yrityspuolella vaiheessa, jossa läpimurto oli juuri tapahtumassa ja markkinat lähdössä huimaan kasvuun.
”Jos aurinkosähköstä oltaisiin pidetty kiinni, siitä olisi voinut syntyä miljarditason liiketoimintaa.”
Historia opettaa pitkäjänteisyyttä
2000-luvulla aurinkokennojen tutkimus, kehitys ja valmistus ovat laajentuneet maailmalla jatkuvasti. Ilmastonmuutos ja viime vuosina myös pyrkimys vastuullisuuteen ovat lisänneet kiinnostusta. Suomalaisetkin ovat jälleen mukana kehityksessä. 2020-luvun tutkijoita harmittaa, että täkäläisessä tutkimuksessa oli pitkä tauko.
Mikro- ja nanotekniikan professori Hele Savin Aalto-yliopistosta sanoo, että epäjatkumo oli juuri sen verran pitkä, että aurinkokennoihin liittyvä osaaminen ehti kadota yliopistolta. Aiemmin hankitusta infrasta on kuitenkin ollut hyötyä.
”Ihan tyhjästä laboratoriosta ei tarvinnut aloittaa”, sanoo Savin, joka tunnetaan mustan piin kehittämisestä aurinkokennoja varten.
Kaupallista ajattelua kaivattaisiin
Tällä hetkellä suomalaiskemistit keskittyvät erityisesti kennomateriaalien, kuten piin, galliumarsenidin, perovskiitin ja orgaanisten yhdisteiden tutkimiseen. Työssä hyödynnetään myös viime vuosisadan saavutuksia, kuten atomikerroskasvatusta.
Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori Peter Lundin mukaan tutkimuksen pääpaino on tällä hetkellä materiaalikehityksessä ja kennoteknologian kehittämisessä. Hänen mielestään panostus on kuitenkin kansainvälisesti varsin vaatimatonta.
Lund peräänkuuluttaa kaupallista ajattelua.
”Kokemuksesta sanon, että suomalaiset ovat hyviä innovoimaan ja pystyvät kehittämään huippuluokan tuotteita ja tutkimusta. Yritysten omistajilta ja rahoittajilta voi sen sijaan puuttua riittävää pitkäjänteisyyttä ja resursseja kehittää liiketoimintaa seuraavalle tasolle, jossa syntyisi maailmanluokan menestys.”
Markkinoilla on kyllä tilaa. Nykyään aurinkoenergialla tuotetaan vajaat neljä prosenttia maailman sähköstä. Kansainvälinen uusiutuvan energian järjestö arvioi, että vuonna 2050 osuus voi olla jopa neljännes.
