Aalto-yliopisto

Tutkijat kehittivät vaatteisiin piiloutuvaa aurinkokennoteknologiaa, joka kestää konepesua

Jaa

Kennojen näkymättömyys suojaa niitä – ja tekee vaatteista houkuttelevampia, sanovat fysiikan ja muotoilun tutkijat. Lupaavia sovelluskohteita löytyy esimerkiksi työvaatteista sekä valoon reagoivista verhoista.

Pesunkestävyyden saavuttamiseksi tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla.   Kuva: Anne Kinnunen / Aalto-yliopisto
Pesunkestävyyden saavuttamiseksi tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla. 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.

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.

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 vähän virtaa kuluttavalle sähkölaitteelle, jonka syystä tai toisesta täytyy olla kiinnitetty tekstiiliin, näyttää ja tuntua tekstiililtä ja kestää konepesua – ja jonka 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:

Tutkimusartikkeli (emerald.com)

Sun-powered textiles - kysymyksiä ja vastauksia (aalto.fi)

 

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Yliopistonlehtori Janne Halme
puh. 050 344 1695
janne.halme@aalto.fi

Kuvat

Pesunkestävyyden saavuttamiseksi tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla.   Kuva: Anne Kinnunen / Aalto-yliopisto
Pesunkestävyyden saavuttamiseksi tutkijat laminoivat aurinkokennokomponentin kankaiden väliin vesitiiviillä polyuretaanikalvolla. Kuva: Anne Kinnunen / Aalto-yliopisto
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Aalto-yliopisto
Aalto-yliopisto
PL 18000
00076 AALTO

09 47001, viestinta@aalto.fihttp://aalto.fi

Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu 12 000 opiskelijaa ja yli 4000 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.  

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto

Ikuinen liike on mahdollista – Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa havainnoitiin kahden fysiikan lait haastavan aikakiteen välistä vuorovaikutusta10.6.2022 12:35:47 EEST | Tiedote

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.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme