Jopa Suomessa talo voi saada kaiken käyttämänsä energian auringosta, mutta hinta on vielä kova. Kalliita kennoja tarvitaan vähemmän, kun auringonvalo keskitetään niihin. Kohta tätä sovelletaan pientaloissakin.




Vuonna 1993 Pietarsaaren asuntomessuille rakennettiin 166 neliön aurinkotalo IEA5.

Rakennusajan tekniikalla talo tuotti aurinkosähköä noin 11 kilowattituntia neliömetriä kohti. Valtion teknillinen tutkimuskeskus on laskenut, että uudella, vuoden 2008 tekniikalla talossa pystyttäisiin keräämään sähköä huomattavasti enemmän, 45 kilowattituntia neliötä kohti.

- Taloa rakennettaessa aurinkokennojen hyötysuhde oli neljä prosenttia, nyt se 16-17 prosenttia, asiakaspäällikkö Jyri Nieminen VTT:stä kuvailee kehitystä.

Koska sähkön kulutus pystytään nykytekniikalla puristamaan 25 kilowattituntiin neliöltä, kennojen tuottamasta 45:stä jäisi vielä 20 kilowattituntia muuhun käyttöön.

Lämmitykseen menee nykytekniikalla 55 kilowattituntia per neliö. Auringosta on saatavissa lämpönä 12 kilowattituntia, ja lämpöpumpusta tulee loput 43 kilowattituntia.

Lämpöpumpun pyörittämiseen menee sähköä 15 kilowattituntia. Kun kennot siis tuottavat 20 kilowattituntia ylijäämää, viimeiselle riville jää jopa voittoa viisi kilowattituntia. Vaikuttaa hyvältä.


Kennot yhä kalliita

Suomessakin on teknisesti mahdollista rakentaa talo, joka saa auringosta jopa hiukan enemmän energiaa kuin kuluttaa. Edessä on vain yksi mutta sitäkin kovempi este. Puolijohdekennot ovat yhä niin kalliita, että aurinkosähkö maksaa kymmenen kertaa enemmän kuin verkosta ostettu.

Tutkijat lupailevat kilpailukykyisiä kennoja joskus viiden, kymmenen tai pahimmillaan kolmenkymmenen vuoden kuluttua (ks. Uudet kennot kirivät, Tiede 2/2007, s. 16-20). On tylsää odottaa niin kauan. Siksi on etsitty kiertoteitä. Yksi ratkaisu on keskittävä aurinkokennovoima, jota on jo kokeiltu suurissa voimaloissa (ks. Sähköä autiomaasta, Tiede 2/2009, s. 22-23).

Jos varsinkin tehokkaat kennot ovat kalliita, niin olkoot sitten. Keskitetään valo peileillä ja linsseillä, jolloin kennon pinta-alaa voidaan pienentää.


Pyramideja pintaan

Arkkitehti Anna Dysonin tutkimusryhmä Rensselaerin teknisestä yliopistosta New Yorkista ehdottaa keskittävää tekniikkaa asuntoihin ja muihin rakennuksiin.

Pyramidimäisen linssin sivun pituus on 25 senttiä. Jokaisen pyramidin kärjessä on postimerkin kokoinen, monikerroksinen galliumarsenidikenno, jonka hyötysuhde on 30 prosenttia. Auringonvalo tulee kennoon viisisataakertaisesti vahvistettuna.

Pyramidilinssit on sijoitettu kahden lasilevyn väliin. Näistä elementeistä voidaan koostaa ikkunamaisia pintoja, joista myös lämpö kerätään talteen.

Tietokoneohjauksiset sähkömoottorit suuntaavat linsseja päivän mittaan niin, että auringonvalo hyödynnetään maksimaalisesti. Hienostunut ohjauslaitteisto on samalla ongelma, sillä suuren linssijoukon kääntelemiseksi tarvitaan paljon mekaniikkaa ja elektroniikkaa.


Eroon liikkuvista osista

Onneksi jo 1970-luvulla ideoitiin luminesenssipaneeli, joka keskittää säteilyn kennoihin ilman yhtään liikkuvaa osaa.

Luminesenssipaneelin pinta imee auringonsäteet ja säteilee ne taas eteenpäin mutta eri aallonpituudella. Säteet ohjataan pinnan suuntaisesti paneelin reunoihin, joihin aurinkokennot sijoitetaan.


 
Luminesenssitekniikkaa tutkittiin Suomessakin noin 25 vuotta sitten. Ongelmana oli, että paneeli kuljetti energiaa kennoihin tehottomasti. Osa valosta uuvahti matkalla. "Eri puolilla maailmaa tullaan lähiaikoina tekemään vilkasta tutkimustyötä, jotta luminesenssikeräinten valonkokoamiskyky saataisiin paremmaksi", ennakoi Turun yliopiston tutkija Jukka Kohtala tässä lehdessä vuonna 1983 (Uuden keräimen valonkääntötemppu, Tiede 2000 3/1983, s. 16-17).


Kestoa puuttuu vielä

Tutkimusta on todella tehty. Orgaanisen elektroniikan tutkija, professori Marc E. Baldo ja hänen työtoverinsa Massachusettsin teknisestä yliopistosta MIT:stä kertoivat viime kesänä tiedelehti Sciencessä kehittäneensä luminesenssikeräimen, jossa noin 80 prosenttia valosta etenee kennoihin asti.

Baldon tiimi hyödynsi lasertekniikassa kehitettyjä ratkaisuja. Nyt on vielä saatava paneeli kestämään tarpeeksi pitkään. Tämänkin ongelman tutkijat aikovat ratkaista lainaamalla ideoita toiselta alalta, tällä kertaa orgaanisten ledien tekniikasta.

Tutkijoiden perustama yritys lupaa kaupallisen tuotteen markkinoille kolmen vuoden päästä. Osittain valoa läpäisevä keräin voi toimia samalla ikkunana.


Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Aurinkotalojen kymmenottelu


Yhdysvaltojen energiaministeriö järjestää korkeakoulujen opiskelijajoukkueille joka toinen vuosi kansainvälisen Solar Decathlon -kilpailun. Joukkueen on kahdessa vuodessa suunniteltava ja rakennettava 800 neliöjalan eli noin 75 neliömetrin aurinkotalo ja sitten asuttava siinä noin viikon verran.

Eurooppalaiset korkeakoulut ovat äskettäin aloittaneet oman vastaavan kilpailunsa. Suomesta siihen osallistuu Aalto-yliopiston joukkue.

Edellisen kansainvälisen kilpailun voitti 2007 Darmstadtin tekninen korkeakoulu Saksasta. Nyt käynnissä olevan kilpailun voittaja ratkeaa syksyllä 2009. Mukana on 20 joukkuetta Yhdysvalloista, Puerto Ricosta, Kanadasta, Saksasta ja Espanjasta.

Pisteitä jaetaan kymmenessä lajissa:

- arkkitehtuuri
- tekniikka
- kilpailukyky markkinoilla
- talon esittely eli markkinointiviestintä
- asumismukavuus
- kodintekniikan toimivuus
- lämminvesiratkaisut
- valaistus
- energiatase
- liikkuminen: käyttämällä talon tuottamaa aurinkosähköä on ajettava mahdollisimman pitkä matka liikenteeseen hyväksytyllä sähkökulkuneuvolla.
Lisätietoja kilpailusta: www.solardecathlon.org


Keräin katolla auttaa lämmittäjää


Aurinkosähkötekniikan syvää läpimurtoa saamme vielä vähän aikaa odottaa, mutta lämmityksessä aurinkoenergia kannattaa jo.

Aurinko päästää pälkähästä etenkin niitä öljylämmittäjiä, joilla on hyväkuntoinen kattila mutta joita polttoaineen hinta rasittaa.

Vuonna 2004 Heinolan asuntomessuille rakennettiin 250-neliöinen "aurinkoöljytalo", jonka katolla on kahdentoista neliömetrin aurinkokeräin. Jo ensimmäisenä vuonna keräin säästi öljyä 20 prosenttia tilojen ja 30 prosenttia käyttöveden lämmityksessä.

Öljykattiloiden määrä vähenee pikku hiljaa ja tilalle tulee muita lämmitysratkaisuja, joita niin ikään täydennetään aurinkolämmöllä. Porin loma-asuntomessujen alueelle asennettiin 2008 aurinkokeräin sähkölämmitteiseen Villa Luvataan.

Laitteen kehittivät kuparivalmisteiden tuottaja Luvata ja aurinkokeräintekniikan valmistaja Aurinkotori Oy. Keräin toimii samalla kattoelementtinä. Materiaalina käytetty kupari siirtää lämpöä hyvin.

Valmistajat lupaavat, että kymmenen neliön keräin tuottaa vuodessa noin 4 000 kilo-wattituntia aurinkoenergiaa lämmitystä varten; tyypillisen pientalon lämmönkulutus on noin 20 000 kilowattituntia vuodessa. Siirryttäessä matalaenergia- ja passiivitaloihin kulutus pienenee ja aurinkolämmön prosenttiosuus kasvaa.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.