Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittänee tulevaisuuden työvaatteisiin uusinta aurinkokennoteknologiaa, joka kestää jopa konepesua. Tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla.
Aalto-yliopiston muotoilun ja teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat kehittivät kolmivuotisessa Sun-powered Textiles -hankkeessa tavan liittää tekstiileihin aurinkokennoja niin että ne kestävät konepesua ja samalla piiloutuvat kankaaseen huomaamattomasti. Tutkijat ottivat suunnittelussa huomioon myös käytön jälkeisen kierrätyksen. Kaupallisesti saatavien aurinkokennojen konepesun kestävyyttä ei ole aiemmin juuri tutkittu.
”Oletimme, että aurinkokennorakenne voisi hajota pesussa, aurinkokennoja kun ei ole tehty konepestäviksi. Pesu on raskas prosessi, jossa tekstiiliin ja aurinkokennoihin kohdistuu painetta ja iskuja erityisesti linkousvaiheessa”, sanoo Aalto-yliopiston muotoilun laitoksen projektiasiantuntija ja Barcelonan teknillisen yliopiston professori Elina Ilén.
Aiemmissa tutkimuksissa on aurinkokennoja kiinnitetty tekstiilien pinnalle, valmistettu kerroksena kankaan pintaan tai punottu lankamaisina kennoina osaksi tekstiilejä. Vaatteisiin piilotettujen aurinkokennojen näkymättömyys suojaa uutta rakennetta niitä ja samalla ei luo niistä liian teknisiä tai luotaantyöntäviä.
Pesunkestävyyden saavuttamiseksi tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla. Aurinkokennoja sisältäviä tekstiilejä pestiin kymmeniä kertoja 40 asteen lämpötilassa, ja fysiikan tutkija Farid Elsehrawy mittasi aurinkokennojen toiminnan aina kymmenen pesun välein.
”Nyt kun kankaiden väliin laminoitu aurinkokenno on todettu pesunkestäväksi, kaikki muutkin komponentit pitää vielä onnistua suojaamaan. Ajatuksemme on, että kaikki älytekstiilin sähköiset osat voisivat olla samassa paketissa aurinkokennon kanssa. Silloin meillä olisi pesunkestävä tekstiilielektroniikkalaite, jonka paristoja ei tarvitse koskaan vaihtaa tai ladata.”, sanoo teknillisen fysiikan laitoksen yliopistonlehtori Janne Halme.
Viisi kahdeksasta aurinkokennonäytteestä säilytti tehokkuutensa, ja kolme menetti noin viidesosan tehostaan. Pesut eivät rikkoneet kennoja eivätkä vahingoittaneet kangasta. Tutkimuksessa käytetyt kaupalliset aurinkokennot olivat yksikiteisiä piikennoja. Ne pystyvät hyödyntämään myös näkymätöntä valoa, jota on suurin osa auringonvalosta. Näkymätöntä valoa on esimerkiksi infrapunavalo. Lupaavia sovelluskohteita löytyy vaatteiden lisäksi sekä valoon reagoivista kotien verhoista.
Tekstiilin alle laitettavan aurinkokennon täytyy olla pinta-alaltaan moninkertaisesti suurempi kuin pinnalle asetetun kennon, jos sillä halutaan tuottaa sama määrä energiaa. Tavallinen kangas syö noin 70 prosenttia kennon kapasiteetista, harsomainen materiaali vähemmän.
Tekstiiliin piilottaminen syö aurinkokennon tehoa mutta parantaa sen kestävyyttä, sillä kenno on paremmin suojassa käytöstä aiheutuvilta rasituksilta kuin pinnalle asetettu kenno. Tutkijat käyttivät hankkeessa mahdollisimman tehokkaasti kierrätettäviä, vain yhtä kuitua sisältäviä materiaaleja. Elektroniset komponentit saadaan poistettua kankaasta lämmittämällä ja repäisemällä.
Saatavan energian määrä riippuu sekä kennojen koosta, määrästä että sijainnista. Energiantarpeen taas määrää sovellus. Merkittävää on se, lähettääkö sovellus dataa koko ajan vai esimerkiksi kerran minuutissa. Eniten energiaa kuluttavat tiedon lähettäminen, laskenta ja näytöt. Siksi tekstiileihin piilotetut kennot eivät riitä kännykän tai älykellon lataamiseen, mutta esimerkiksi lämpötilaa ja kosteutta mittaavien anturien tarpeeseen kyllä.
Tutkijatiimin mielestä työvaatteet ovat tällä hetkellä aurinkokennotekstiilien potentiaalisin sovellusalue. Ne ovat paksumpia kuin muut vaatteet, joten kankaaseen liitetyt kennot eivät muuta takin olemusta niin paljon. ”Myös verhot voisivat olla herkullinen paikka kerätä aurinkoenergiaa. Ne voisivat havaita valon määrää ja kääntyä sen mukaan”, kertoo Aalto-yliopiston muotoilun laitoksen projektiasiantuntija ja Barcelonan teknillisen yliopiston professori Elina Ilén.
Tutkimus oli osa Business Finlandin rahoittamaa Co-Innovation-hanketta, johon osallistuivat yrityskumppaneina Lindström, Foxa ja Haltian. Tutkimuksessa oli mukana myös Elina Palovuori Aalto-yliopiston muotoilun laitokselta.
Lisää: Tutkimusartikkeli (LINKKI, pdf), Aalto-yliopiston Sun-powered textiles -sivusto (LINKKI) ja muotoilun laitoksen Aurinkopaneelilla näkymättömästi virtaa älytekstiiliin (LINKKI) ja projektin tukokset kootaan takeiksi (LINKKI) -artikkelit.
Aloituskuva: Aalto-yliopisto/Bettina Blomstedt
Päivitetty