Uutiset

Tutkijat kehittivät vaatteisiin näkymätöntä aurinkokennoteknologiaa, joka kestää konepesua

Kennojen näkymättömyys suojaa niitä - ja tekee vaatteista houkuttelevampia, sanovat fysiikan ja muotoilun tutkijat. Lupaavia sovelluskohteita löytyy esimerkiksi työ- ja retkeilyvaatteista sekä valoon reagoivista verhoista.
Two models wearing grey solar cell clothing.
Sun-powered Textiles -hanke etsi keinoja yhdistää aurinkokennot ja tekstiilit. Kuva: Anne Kinnunen / Aalto-yliopisto.

Aurinkokennoja on aiemmissa tutkimuksissa kiinnitetty tekstiilien pinnalle, valmistettu kerroksena kankaan pintaan tai punottu lankamaisina kennoina osaksi tekstiilejä. 

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.

Tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla saadakseen sen pesunkestäväksi.  Aurinkokennoja sisältäviä tekstiilejä pestiin kymmeniä kertoja 40 asteen lämpötilassa, ja fysiikan tutkija Farid Elsehrawy mittasi aurinkokennojen toiminnan aina kymmenen pesun välein.

Viisi kahdeksasta aurinkokennonäytteestä säilytti tehokkuutensa, ja kolme menetti noin viidesosan tehostaan. Pesut eivät rikkoneet kennoja eivätkä vahingoittaneet kangasta. 

”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.

Kestoa ja kierrätystä 

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.  

Tekstiilien valonläpäisykykyyn vaikuttavat kuidun materiaali, läpinäkyvyys ja poikkileikkaus, lankojen rakenne ja kankaan tiheys, ja sidos mahdollisine punontoineen ja reikineen, sekä värit ja viimeistysaineet. Vaaleat värit päästävät tummia paremmin valoa läpi, mutta myös täysin musta, läpinäkymätön kangas voi toimia.

Tutkimuksessa käytetyt kaupalliset aurinkokennot olivat yksikiteisiä piikennoja. Ne pystyvät hyödyntämään myös näkymätöntä valoa, jota on suurin osa auringonvalosta. Näkymätöntä valoa on esimerkiksi infrapunavalo.

Tekstiiliin piilottaminen syö aurinkokennon tehoa mutta parantaa sen kestävyyttä, sillä kenno on paremmin suojassa käytöstä aiheutuvilta rasituksilta kuin pinnalle asetettu kenno.

”Pinnalla oleva kenno myös dominoi vaatteen ulkonäköä tehden siitä robottimaisen haarniskan. Tekstiilin sisään liitetty kenno tekee tuotteesta paljon hyväksyttävämmän ja antaa mahdollisuuden suunnitella tuote ulkonäöllisesti käyttäjän tarpeiden mukaan eri käyttötarkoituksiin”, Ilén sanoo.

Tutkijat käyttivät hankkeessa mahdollisimman tehokkaasti kierrätettäviä, vain yhtä kuitua sisältäviä materiaaleja. Elektroniset komponentit saadaan poistettua kankaasta lämmittämällä ja repäisemällä.

”Aikaisemmin aurinkokennoja on toteutettu tekstiileihin punoslankoina, pieninä aurinkokennon palasina, ja se on todella huono idea kierrätyksen kannalta”, Halme sanoo.

Kosteusantureita ja kääntyviä verhoja 

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”, Ilén sanoo.

Tutkimushankkeessa tavoitteena oli kehittää tekninen ratkaisu, jota voisi käyttää monissa eri sovelluksissa. Sovellusten kehittäjille Halme antaa neuvoksi pohtia ratkaisun tuomaa lisäarvoa:

“Tekstiilin alle piilotettuja aurinkokennoja kannattaa harkita energialähteeksi sellaiselle sähkölaitteelle, jonka syystä tai toisesta täytyy olla kiinnitetty tekstiiliin, näyttää ja tuntua tekstiililtä, kestää konepesua, ja joka kuluttaa vain vähän virtaa, mutta sen pariston vaihtaminen tai lataaminen olisi kallista tai hankalaa”.

Tutkimuksessa oli mukana myös Elina Palovuori muotoilun laitokselta.

Tutkimus oli osa Business Finlandin rahoittamaa Co-Innovation-hanketta, johon osallistuivat yrityskumppaneina Lindström, Foxa ja Haltian.

Lisätietoa:

Artikkeli: https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/RJTA-01-2022-0004/full/html

 

Lisää aiheesta

Solar cells laminated on the back side of textiles in the Sun-Powered Textiles project

Sun-powered Textiles - kysymyksiä ja vastauksia

Sun-powered Textiles -projektin tutkijat vastaavat yleisimmin kysyttyihin kysymyksiin.

Muotoilun laitos
A close-up image of a woven textile structure to be used to cover the solar cell.

Aurinkopaneelilla näkymättömästi virtaa älytekstiiliin

Sun-powered Textiles -projektissa tutkitaan tekstiilipäällysteisen aurinkokennon toimivuutta.

Muotoilun laitos
Two jackets made of optimized textiles for covering solar cells

Projektin tulokset kootaan takeiksi

Sun-powered Textiles -projektin takeissa aurinkokennotekstiilitutkimuksen tulokset ovat hypisteltävissä.

Muotoilun laitos
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Lauri Parkkonen and the family cat, Roosa. Photo: Lauri Parkkonen, Aalto, University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Mitä koirien ja kissojen aivoissa tapahtuu? Uusi kuvantamismenetelmä selvittää lemmikkien mielen saloja

Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkosen ryhmä on vuosia kehittänyt kvanttioptisia antureita aivomagneettikäyrän eli magnetoenkefalografian (MEG) mittaamiseen. Toisin kuin perinteisessä MEG-laitteessa, jossa hyvin kylmässä toimivat suprajohtavat anturit vaativat ympärilleen senttimetrejä paksun lämpöeristeen, nämä uudet huoneenlämpötilassa toimivat anturit voidaan tuoda suoraan pään pinnalle. Tämä mahdollistaa entistä tarkemmat aivomagneettikäyrien mittaukset. MEG-kuvantaminen on tutkittavalle kivutonta ja turvallista.
Kuvaa laitteittosta Aalto-yliopsiton Kylmälaboratoriossa.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ikuinen liike on mahdollista – Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa havainnoitiin kahden fysiikan lait haastavan aikakiteen välistä vuorovaikutusta

Aikakiteet ovat aineen olomuoto, jossa hiukkaset liikkuvat ikuisesti toistuvassa rytmissä ilman ulkopuolista energiaa. Tutkijat onnistuivat luomaan Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa kaksi aikakidettä ja tarkkailemaan niiden välistä vuorovaikutusta. Tulevaisuudessa aikakiteitä voi hyödyntää erilaisissa laitteissa, kuten kvanttitietokoneiden muistina.
Valkoinen laboratoriotakki sekä analyysityökalu, jolla voidaan mitata veripisarasta särkylääkkeen pitoisuus.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Kannettava ja nopea analysointityökalu voi mullistaa kipulääkkeiden diagnostiikkamarkkinat

Aalto-yliopistosta ponnistanut startup-yritys Fepod Oy Ltd on kehittänyt diagnoosimenetelmän, jolla potilaan veren kipulääkepitoisuus voidaan selvittää nopeasti ja edullisesti suoraan hoitopaikalla.
Yhdistelmäkuva, jossa näkyy revontulia, Maa, mittauksia.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Suomi 100 -satelliitti teki sen, mihin aiemmin pystyivät vain paljon suuremmat: kuvasi ja tutki revontulia

Revontulialueen tutkiminen auttaa esimerkiksi turvallisten tietoliikenneyhteyksien kehittämisessä.