Tutkijat yhdistävät fysiikkaa ja fotosynteesiä

University of California, Riversiden apulaisprofessori Nathan Gabor on yhdistänyt fotosynteesiä ja fysiikkaa tehden keskeisen löydön, joka voisi auttaa tekemään aurinkokennoista tehokkaampia.

Kasvit osaavat jotain, jota parhaimmatkaan aurinkokennot eivät hallitse eli äkilliset aurinkoenergian muutokset. Nämä muutokset aiheuttavat aurinkokennoissa turhaan energiahävikkiä ja estävät aurinkokennojen laajamittaisen käyttöönoton energialähteenä.

Fyysikot tutkivat ongelmaa suunnittelemalla uudentyyppisen kvanttilämpökoneeseen perustuva valokennon. Yllättäen havaittiin, että tällainen valokenno voisi säädellä aurinkoenergian muuntamista ilman aktiivista takaisinkytkentää tai mukautuvia hallintamekanismeja.

Perinteisessä aurinkosähkötekniikassa vaihtelut aurinkoenergiassa on tukahdutettava jännitemuuntimilla ja takaisinkytkennöillä, mikä heikentää muunnostehokkuutta.

Tavoitteena UC Riversiden ryhmällä oli suunnitella yksinkertaisin valokenno, joka sovittautuu auringosta tulevan aurinkoenergian määrään.

Tutkijat vertasivat kahta yksinkertaisinta kvanttimekaanista valokennojärjestelmää: sellaista, jossa valokenno absorboi vain yhden väristä valoa ja toista, jossa valokenno absorboi kahta väriä. Havaittiin, että kaksikanavaisessa ratkaisussa energiavirtauksen sääntely syntyy luonnollisesti valokennon sisällä.

Perustoimintaperiaate on, että yksi kanava absorboi aallonpituudella jolla keskimääräinen ottoteho on suuri, kun taas toinen absorboi pienellä teholla. Valokenno vaihtaa korkean ja matalan tehon välillä muuntaen vaihtelevat aurinkoenergian tasot vakaaksi annoksi.

Työssä myös huomattiin, että maan tasolla vihreän valon absorboituminen, joka on kaikkein säteilevin osa aurinkoenergian spektriä per aallonpituuden yksikkö, ei anna mitään sääntelyhyötyä. Siten vihreä valo on hylättävä valokennoissa, joiden ensisijainen tehtävä on energian virtauksen säätäminen.

Havainnot saivat tutkijat ehdottamaan, että luonnollisella energian sääntelyllä, jonka he löysivät kvanttivalokennossaan, voisi olla kriittinen rooli myös kasvien fotosynteesissä, ehkä jopa selittäen viherkasvien hallitsevuuden maapallolla.