Mari Öö Sarv, tõlkis Kitty Mamers | Fotod: Karl-Kristjan Nigesen

Tegime selle intervjuu Vene-Ukraina sõja 39. päeval. Chubi kodulinn Tšernihiv oli just äsja Ukraina vägede poolt vabastatud ja ta sai jälle oma perekonnaga suhelda.

Chub töötab vanemteadurina jõuelektroonika uurimisrühmas, mis on Teadmistepõhise ehituse tippkeskuse asutajaliige ja üks suuremaid teadusgruppe Tallinna Tehnikaülikoolis. Ta ütleb, et on oma rühma naljamees, ja seda on näha, kui laboris ringi jalutame ja ta kolleegidega vestleb.

Kogu Euroopa mõtleb praegu iga päev ukrainlastele. Kuidas Teil isiklikult läheb?

Stressirohkelt on vähim, mida saab öelda. Keskenduda on päris raske. Sel kuul tekitas topeltpinge suure projektitaotluse esitamine – tegu on viieaastase projektiga koostööpartneritega Brasiiliast, Tšiilist ja Hollandist. Soovin, et see oleks saanud paremini viimistletud, aga tegin olukorda arvestades oma parima.

Kõige raskem on mitte kogu aeg uudiseid lugeda. Mu pere on Tšernihivis – vanemad, vend, nõbu kogu oma perega, tädi, palju sõpru… Kõik mu pereliikmed on elus, aga neil ei olnud nädalate kaupa kütet, elektrit, vett, mitte midagi. Venelased kasutasid spetsiaalset raadioelektroonikat side segamiseks ja saadetud tekstisõnumitest jõudis kohale umbes kolmandik. See oli päris pingeline ja raske aeg. Nüüd on palju parem, lõpuks on neil internetiühendus. Elektrit ikka veel ei ole ja nad peavad käima spetsiaalsetes kohtades telefone laadimas.

Mis seisus teie alma mater praegu on?

Minu ülikool Tšernihivis sai pommitamisel osaliselt pihta, nii et hooned on alles, aga aknad, uksed ja suur osa sisustust hävis. Inimesed püüavad õpetamist interneti teel jätkata.

Te olete TalTechis aastast 2013. Kuidas Te siia sattusite?

Sidemed. Harkivi Polütehniline Instituut korraldas ühes Krimmi puhkebaasis parimaid venekeelseid konverentse minu erialal. Professor Dmitri Vinnikovil olid tol ajal Ukrainas ja Venemaal head sidemed ja üks mu kolleegidest Tšernihivist juba töötas siin – Oleksandr Husev, kes kuulutati sel aastal TalTechi parimaks noorteadlaseks.

Tulin siia kolm aastat pärast magistrikraadi kaitsmist. Olin selleks ajaks kolm aastat erialast tööd teinud ja see oli muutunud veidi igavaks. Esimesed aastad valdkonna ettevõttes on noorele insenerile väga kasulikud, õpid päriselu tundma, aga siis muutub töö järjest rutiinsemaks.

Esimest korda kuulen, et inseneritöö võib olla igav või rutiinne.

Alguses on palju küsimusi: kuidas seda teha?, aga seda?, sest otse ülikoolist tulles ei ole sul kogemusi. Aga siis hakkavad asjad tasapisi korduma. Natuke uudsust veel on, kuid põhiliselt teed seda, mida on vaja teha, ja sa juba tead, kuidas seda teha.

Mis Teid teadlasena on motiveerinud?

Mulle on alati meeldinud asju teada saada, ja teaduses ei saa mitte ainult teadmisi juurde, vaid ka uusi asju luua. Ma tahan teha midagi käegakatsutavat. Meie eriala on rakenduslik, nii et me teeme asju, mida inimesed saavad kasutada või vähemalt saab nende põhjal midagi kasutatavat ehitada.

Energiakriisi ajal mõtleme järjest enam selliste asjade peale nagu autonoomsed majad, autonoomne küte – see on justkui energiajulgeolek kodudes. Suur osa meie uurimistööst käsitleb seda, kuidas ehitada tulevikumaju, milles on uut tüüpi energiasüsteemid.

Teie arendatud energiamuundur annab suure tüki puslesse „Kogu linn on päikeseelektrijaam“. Rääkige palun sellest täpsemalt.

Praegu oleme harjunud vahelduvvoolul põhinevate energiasüsteemidega, meie aga kavandame maja, mis töötaks alalisvoolul. Alalisvool tähendab, et voolutugevus püsib kindlal tasemel, just nagu see, mis tuleb 1,5-voldisest patareist, aga palju kõrgem.

Kujutlege, et teil on katusel päikesepaneel, see töötab alalisvoolul, ja teil on aku päikeseenergia salvestamiseks. Alalisvool muundatakse selles süsteemis vahelduvvooluks ja siis tagasi alalisvooluks. Vahepeal vahelduvvoolu kasutamiseks ei ole tegelikult vajadust, meie uue tehnoloogia abil saab püsida alalisvoolul. Niisugused majad võiksid eeldatavasti olla 20% tõhusamad.

Lisaks arendan ma uut jõuelektroonikat, mis oleks universaalsem kui olemasolev. Idee on ehitada muundur, mis töötaks iga tüüpi päikeseelemendiga, mida ehitistes kasutatakse. Kasutusel võivad olla päikesepaneelidest katused, fassaadid, isegi tänavad – kolleegid meie ülikooli materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudist juba töötavad sedasorti sillutise kallal – ja see üks muundur võiks sobida nende kõigiga. Selle kohta on ilmunud artiklid Novaatori ja Research in Estonia portaalides.

Nii et see uus muundur töötab erinevate pingete juures?

Jah. See on oluline, sest turul on palju erinevaid tehnoloogiaid. Kõige tuntum põhineb ränil. See on toimiv tehnoloogia, seetõttu seda valdkonnas armastatakse, kuid see materjal on jäik. Aga kujutlege, et vajate rohkem painduvust või suuremat kasutegurit varjulistes tingimustes – sellisel juhul võiks kasutada teisi variante, näiteks kiletehnoloogiat. Need tehnoloogiad arenevad aktiivselt ja arvatakse, et tulevikus, kui tootmismahud suurenevad, muutuvad nad ränist palju odavamaks.

Kiletehnoloogia painduvus tähendab, et kasutada saab erinevaid kujusid ja vorme ning katta erinevaid pindu. Päikesefassaadid saavad olla ka erivärvilised. See toob kaasa rohkem võimalusi energiatõhusate hoonete välimuses ja arhitektuuris ning lisab võimalusi kasutada uut tehnoloogiat ajalooliste hoonete restaureerimisel.

Te töötate justkui tulevikus. Me katame tulevikumaju päikesepaneelidega ja Teie muundur muudab päikeseenergia tulevikuseadmetele kasutatavaks…

Jah. Põhiidee on selles, et majas on kindel alalisvoolupinge, mis toidab võimsamaid tarbijaid, ja väiksemate tarbijate jaoks, nagu televiisor, saab kasutada USB-C seinapistikuid. Me järgime Hollandis juba kasutusel olevaid praktikaid. Holland on sel alal kõige kaugemale jõudnud riik ja ühtlasi ainus, kus on juba olemas reeglistik selle kohta, kuidas ehitada majadesse alalisvooluvõrke: kuidas paigaldada kaableid, millised peaksid olema pinged või maandus. Püüame oma arendustes nende reeglistikku järgida, sest see on praegu ainus näide, mis meil olemas on.

Praegu töötab Euroopa standardiorganisatsioon IEC uute madalpinge alalisvooluvõrkude standardite kallal elumajade jaoks. Uus Euroopa standard peaks valmima 2025. aastaks. Me hoiame enda arendustööd tehes kontakti ka inimestega, kes neid standardeid loovad.

Millised väljakutsed selle muunduri turustamisega veel on?

Praegu on meie suurim väljakutse ühine kogu elektroonikatööstusega – komponentide puudus. Jõuelektroonikas kasutatakse palju kiipe ja transistore ja mõne tarneajad on järgmise aasta juunis! Meie töös on see probleem, sest mul on vaja pidevalt disaini muuta ja uusi prototüüpe ehitada. Meil oli selle jaoks tööstuspartner, aga praegu on neil samad probleemid. Kuid see on ajutine.

Kui kujutleda, et kiipe on piisavalt, on suurimateks väljakutseteks veenda inimesi hinna ning turvalisuse ja vastupidavuse osas.

Alalisvoolusüsteemid hoonetes on uudne asi, kuigi maailm on alalisvoolusüsteeme täis. Näiteks telekommunikatsioon, samuti kõik uued sõjalaevad on täis jõuelektroonikat, Boeing 787 Dreamlineri, esimese „elektrilisema“ lennuki pardal on alalisvooluvõrk tippvõimsusega 1 MW, mis on vast võrreldav TalTechi NRG-majaga! Elektriauto on põhimõtteliselt liikuv alalisvooluvõrk. Alalisvool on see, kuhu kõik praegu suundub.

Kas inimeste veenmise all mõtlete poliitikute või klientide veenmist?

Ka paigaldajaid. Alati on probleemiks see, et tööstus on uute tehnoloogiate suhtes ettevaatlik. Elektrivõrgud on hea näide. Tänapäeval võiks neis olla rohkem jõuelektroonikat, aga inimesed ei usalda seda. Elektrivõrgud on 100 aastat kasutanud trafosid, mis töötavad hästi ja mille eluiga on kuni 50 aastat. Jõuelektroonika ei pruugi selleni küündida, aga saab süsteemidesse lisada palju paindlikkust ja reguleerimisvõimalusi. Viimase 20 aastaga on jõuelektroonika hüppeliselt arenenud.

Et inimesi veenda, peab muidugi hind olema sobiv. See on üks põhjus, miks me püüame teha konverterid väiksemaks ja suurendada nende töösagedust. Akadeemilises keskkonnas pole aga maksumuse vähendamine alati lihtne – mõned tehnoloogiad pole lihtsalt kättesaadavad. Me saame ideed arendada tehnoloogia valmidusastmeni 5 või 6, edasi peab tööstus appi tulema, sest siitmaalt on mängus suurem raha ja vaja on ligipääsu teistsugustele tehnoloogiatele.

Tavaliselt ongi esimene samm koostöös firmadega mõni projekt, kus tehnoloogiat arendatakse kõrgemale valmidusastmele. Hea näide Eestist on programm Nutikas. Kõik keerleb valmidusastmete ümber. Ettevõtetes töötavatel inseneridel on rohkem teadmisi selle kohta, kuidas ehitada muundur või trükkplaat, mida on lihtne sertifitseerida. See on miski, millele mina ei pruugi arendustöös mõelda. Ja ülikoolis ei saa teha tööstuslikku arendust ega masstootmist. Me saame ainult aidata firmadel oma ideid ellu viia.

Mainisite trafode 50-aastast eluiga. Kuidas on lood Teie muunduri töökindlusega?

Viimasel ajal olen oma uurimistöös palju keskendunud jõuelektroonika töö- ja veakindlusele. Mõnes süsteemis on ootus, et muundur peaks vigadeta töötama 20 aastat. See nõuab palju töökindluse uuringuid nii komponentide kui ka süsteemi tasemel: kui kaua peab vastu see, kui kaua teine ja kuidas nad koos? Kui mitu aastat, mis tingimustes? Mina olen üks inimestest, kes selliste asjade väljaselgitamisega tegelevad.

Me arendame välja uusi meetodeid muunduri eluea ennustamiseks nende missiooniprofiili põhjal. NRG-hoone katusel asub süsteem, millega kogume andmeid päikesevalguse intensiivsuse, kiirguse, temperatuuri kohta. Peaaegu iga riigi kohta on lihtne leida päikeseenergia infot 15-minutilise intervalliga, aga jõuelektroonikaga töötades on neid andmeid vaja maksimaalselt 1-sekundilise intervalliga.

Miks?

Näiteks 50 Hz sagedusel töötavas võrgus toimuvad temperatuurimuutused 50 korda sekundis; ka päikese intensiivsus võib järsult muutuda. Põhiline probleem on mehaaniline pinge, mis tekib temperatuuri pulseerimisest muunduri komponentides. Muundur kuumeneb ja jahtub, kuumeneb ja jahtub – lõpuks midagi juhtub, miski murdub või praguneb ja kaotab kontakti trükkplaadiga.

Kui komponent töötab aastate kaupa, akumuleerib ta teatud sorti kahjustusi, kuni ta katki läheb. Selleks, et neid kahjustusi korralikult välja arvutada, peame arvesse võtma ka kõige väiksemaid muudatusi; ja selleks, et lõplikku kahjustumist ennustada, ongi meil sellist andmehulka vaja.

Üks mu uurimissuundadest on veakindlad muundurid: kui üks transistor katki läheb, plaadiga ühenduse kaotab või läbi põleb, ei lõhu see ära kogu süsteemi. Muidugi on teatud piirid, muundurile ei saa enam sama palju koormust panna, kuid mõnest sedasorti veast hoolimata jätkab ta siiski tööd.

Muundur tuleb panna iseennast ümber konfigureerima. See on natuke nagu isejuhtiv kontrollisüsteem – jälgib süsteemi ja tingimusi ning kui midagi on valesti, identifitseerib probleemi, isoleerib vigase koha ja jätkab tööd ilma selleta.

Kuidas on lood patentide ja autoriõigustega, et ettevõte saaks mingit Teie leiutatud lahendust kasutama hakata?

Mõned me lahendused on patenteeritud, mõned mitte. Jõuelektroonika muundur on keeruline ahel ja kui teda natukenegi muuta, on vaja uut patenti. See võib minna väga kulukaks. Nii et vahel me lihtsalt hoiame enda teada oskusteabe, kuidas teatavaid komponente ehitada. Ülikoolina me peame publitseerima, aga me ei avalda tingimata kõiki oma saladusi.

Kas on ka oma ettevõtte loomise mõtteid, et loodud lahendused ise ellu viia?

Huvitav küsimus. Ausalt öeldes – ja seda olen ma paljude inimeste pealt näinud – ei ole lihtne olla kahes kohas korraga, ülikoolis ja äris. Kui tahad asju korralikult teha, pead ühel hetkel valima. Praegu ei tahaks ma täielikult ärile ümber lülituda. Ma näen, et mul on ülikoolis veel palju teha. Kaitsesin doktoritöö alles aastal 2016, nii et ma arvan, et mul on uurimistöö jaoks veel jaksu küll.

Intervjuu alguses mainisite, et firmas töötamine muutus rutiinseks. Ülikoolis seda tunnet ei ole tekkinud?

Siin on kindla peale palju parem. Mul on rohkem erinevaid ülesandeid, rohkem vaheldust ja ülesanded ei ole ka standardsed. Eestis on palju idufirmasid ja idufirmadele meeldivad uued asjad. Aga suurtele tööstusettevõtetele uued asjad ei meeldi, neile meeldivad robustsed, hästituntud, valdkonnas end 10 või 20 aastat tõestanud asjad.

Aga teie tööl siinsetes laborites on siiski kokkupuude päriseluga?

Jah, on. Minu töö laseb mul kursis olla kõigi värskemate arengutega tööstuses. Just hiljuti sõlmis meie töörühm lepingu jõuelektroonika komponentide turuliidri Infineoniga, täpsemalt nende Austria haruga. Me võtame tööle kaks doktoranti, keda juhendavad ühiselt meie ülikool ning ettevõtte uurimis- ja arendusosakond, ja nad hakkavad arendama tipptasemel tööstusele orienteeritud tehnoloogiaid.

2000. aastate alguses oli meie instituut kaasatud trammide renoveerimisse. Kui mäletate, said Tallinna trammid uue automaatika ja automaatse peatuste teadustamise süsteemi. Tegelikult kasutati selles süsteemis mõnda aega ühe mu kolleegi häält, kuni lõpuks palgati teadustama professionaal.

Meie töörühm on välja arendanud ka mõned muundurid Tallinnas asuva firma Estel jaoks, mis omakorda tegi aastaid koostööd Venemaa raudteega.

Praegu on meie arendused suunatud liginullenergiahoonetele, rohetehnoloogiatööstusele ja transpordi elektrifitseerimisele. Me osaleme ka europrojektides, mis ei ole nii teaduslikud, kui inimesed eeldavad, vaid pigem praktilised.

Kui raske oleks teha Vene raudtee jaoks muundureid, mille saaks kõik korraga välja lülitada?

Ei tea (naerab). Aga see on hea küsimus, sest küberturvalisus on jõuelektroonika jaoks uus uurimisvaldkond ja tähtis ala, mida tuleb teadvustada. Mida teha turvalisuse tõstmiseks, kui meie kodusid elektriga varustavad jõuelektroonikaseadmed on internetti ühendatud? On olnud juhtumeid, kus päikeseenergia muunduritesse on sisse häkitud, sest need kasutavad standardseid operatsioonisüsteeme.

Meie muundurid ei ole kuhugi ühendatud. See on üks neid asju, mille poole me püüdleme: muundurid peaksid olema autonoomsed, esiteks selleks, et vältida ülearuseid juhtmeid, aga ka selleks, et tagada majas turvalisus. Kohe kindlasti ei ole vaja, et keegi su konvertereid muugiks. Kui oled võrku ühendatud, on aga kõik võimalik. See on põhjus, miks ükski tuumajaam ei ole iial internetti ühendatud, enamasti on tegu täiesti autonoomsete süsteemidega või vähemalt on nad isoleeritud vahekihtide abil.

Muide, päikeseenergia on oma olemuselt juhtmevaba tuumaenergia, kui selle üle järele mõelda – see tekib tuumasünteesi teel ja jõuab meieni ilma kaabliteta. Selle mõtte käis välja mu sõber professor Samir Kouro, kes on väga tuntud nii oma kodumaal Tšiilis kui kogu maailmas.

Naastes päikesepaneelide juurde: laiema kasutuselevõtu jaoks on veel vaja lahendada salvestusprobleem…

Meie uurimisrühm töötab ka selle kallal. Mitte mina isiklikult, aga olen olnud kaasatud. Praegu­seks on Austraaliast saanud esimene riik, kus akud on mõnes piirkonnas kasumlikud, sest energia maksumus on seal kõrge ja omatoodetud energia saab võrku tagasi müüa, seega on võimalik akude hind tagasi teenida.

Millist suurt probleemi Te teadlasena järgmiseks lahendada plaanite?

Just mõne päeva eest esitasin suure rühmagrandi taotluse, mida toetab mitu firmat. Ideeks on uut tüüpi muundurid, niinimetatud osavõimsusega pooljuhtmuundurid.

Mida see tähendab?

Kujutage ette muundurit, mille maht on üks liiter ja mis suudab käidelda 1000 W jagu võimsust. Kasutades minu pakutavat uut tehnoloogiat, suudab sarnase suurusega muundur käidelda 3–5 korda rohkem võimsust. See on võimalik seetõttu, et uus tehnoloogia käitleb ainult seda osa võimsusvoost, mida on vaja süsteemis pinge ja voolutugevuse reguleerimiseks. Tavaliselt käitlevad muundurid ära kogu võimsusvoo ja raiskavad seeläbi rohkem energiat. Minu plaani abil suudame olemasoleva tehnoloogiaga võrreldes hinda alandada, tõhusust tõsta ja materjalikasutust vähendada.

Eelkõige räägin ma siinkohal hinnast: mitu senti läheb maksma üks vatt. Traditsiooniliste muundurite puhul on vati hind 10–30 senti, seega 1000 W muunduri kohta 100–300 eurot. Osalise võimsuse muundurid annavad kuni 50% madalama maksumuse. Tõsi, uut tüüpi muundureid ei saa kasutada päris igal pool, aga sellistesse tänapäevastesse rakendustesse, nagu päikeseenergia või vesinikkütuseelemendid, sobivad nad küll.

Muundurid, mida plaanin arendada, võivad osutuda väga kasulikeks superkondensaatoreid kasutavates energiasalvestussüsteemides. Seetõttu toetab seda projekti Eesti firma Skeleton. Superkondensaatorid võivad tekitada väga tugevaid vooluimpulsse, mistõttu nende jaoks on jõuelektroonilisi muundureid arendada keeruline ja kulukas. Minu pakutud tehnoloogia avab võimalused teha superkondensaatoritel põhinevad salvestussüsteemid tõhusamaks ja odavamaks. Nii tehnilistes kui majanduslikes aspektides saab teha suuri edusamme.

Mind toetab ka PowerUP, kohalik firma, mis toodab kütuseelemente. Tehnoloogiat, mille välja pakun, saaks kasutada vesinikkütuseelementide lõimimiseks hoonete alalisvooluvõrkudesse. Näiteks kui kogu sissetulev elekter kaob, saaks nii tekitada energiapuhvri.

Eesti on kütuseelementide alal tegelikult väga tugev tegija, paljud seda ei tea. Eestis on kaks firmat: Elcogen, suur kütuseelementide tehnika firma, mis müüb suurema osa oma toodangust minu teada Jaapanisse, ja väiksem firma nimega PowerUP, kes sisenes sellesse ärisse jahtide kaudu. Nimelt ei ole paljudes keskkonnakaitsele rõhku panevates sadamates lubatud kasutada diiselgeneraatoreid, aga jahi parkimiseks on vaja manööverdada, seega tehakse seda elektrimootorite abil. Kütuseelemendid on selle jaoks suurepärane lahendus. Iga tehnoloogia jaoks leidub alati nišš.

Nüüd ma pean esitama ka miljoni dollari küsimuse: milline on Euroopale hea energialahendus, arvestades ka praeguseid poliitilisi mõjusid?

Ma arvan, et küsimus ei ole kas Vene või mitte Vene energia, vaid kas fossiilne või mittefossiilne energia. Muidugi ei saa me päevapealt rohelisele energiale ümber lülituda. Kui Euroopa tahab Vene gaasist poliitilistel põhjustel loobuda, tuleb meil ilmselt mõnda aega sütt põletada, kuni suudame selle millegi paremaga asendada. Praegu on söel põhineva energia hind kõrgem kui päikesepaneelidest saadava energia oma ja tulevikus see trend tugevneb, mis teeb ümberlülitumise rohelistele energiaallikatele ka kasumlikuks.

Kas teadsite, et veel viis aastat tagasi oli Eesti majandus üks „räpasemaid“ Euroopas – põlevkivienergia kasutamise tõttu olime tagantpoolt teisel kohal. Aga me oleme teinud võimsa hüppe ja nüüd oleme neljandad. Eesti on CO2 reostust viimaste aastatega vähendanud üle 30%. Inimesed alahindavad seda, kui palju valitsus selles osas ära teeb. Põhiliselt on muutus tulnud tuuleenergia arvelt, aga Eesti lülitub üleüldiselt ümber rohelisematele energiaallikatele.*

Kuid põlevkivi annab Eestile ka turvatunnet – kui midagi juhtub, on alati võimalus selle tarbimise juurde tagasi pöörduda. Üldiselt on energiajulgeolek kõige tähtsam teema. Ning kui majandus kasvab – ja me loodame, et ta kasvab –, läheb vaja rohkem energiat.