Tutkijat yhdistävät fysiikkaa ja fotosynteesiä

13.12.2016

UC-Riverside-fysiikka-fotosynteesi-aurinkokennot-300-t.jpgUniversity 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.
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie
14.06.2024Energiatehokasta kvanttilaskentaa magnoneilla
13.06.2024Pienenergian keruu tehostuu
12.06.2024Uusia menetelmiä 2D-materiaalien muokkaukseen
11.06.2024Infrapunan kuvaustekniikkaa arkikäyttöön
10.06.2024Kalsiumoksidin kvanttisalaisuus: lähes kohinattomat kubitit
07.06.2024Tehdä sähköä metallista ja ilmasta
06.06.2024Hämä-hämähäkki kiipes elektroniikkaan

Siirry arkistoon »