Voisiko kvanttifluktuatioiden hyödyntäminen johtaa tehokkaampiin aurinkopaneeleihin?

Jos tiedemiehet ovat oikeassa, maailma saattaa olla ilmaston kriisin partaalla.  Tässä tapauksessa on tehtävä jotain pikemmin kuin myöhemmin asian ratkaisemiseksi.  Monille ilmastonmuutoksen torjunnan helppo tapa on siirtyminen fossiilisista polttoaineista riippuvuudesta kohti kestävämpiä vaihtoehtoja, kuten vesivoimaa, tuulivoimaa, geotermistä energiaa ja aurinkoa.  Kuitenkin tämän toteutumiseksi on tehtävä koordinoitu ponnistus näiden vaihtoehtojen teknologian edistämiseksi.  Onneksi tutkijat työskentelevät jo ahkerasti, ja useat viimeaikaiset tutkimukset viittaavat valoisaan tulevaisuuteen fotovoltaisille kennoille, jotka mahdollistavat aurinkoenergian keräämisen.

Solmukko resonanssit

Yksi edellä mainituista tutkimuksista on onnistuneesti hahmotellut tulevaisuuden, jossa kvanttifluktuatioihin perustuvat ‘solmukko resonanssit’ voivat mahdollisesti itse valmistua.

Solmukko resonanssit ovat eräänlainen rakenne, jonka on tarkoitus olla käytössä seuraavan sukupolven fotovoltaisissa kennoissa, ja ne on rakennettu valon ansaitsemiseksi suljettuun onteloon.  Tavoitteena on maksimoida ansaitun valon ja energian siirtoon/keräykseen käytettävän väliaineen välinen kosketusaika.  Mielenkiintoista on, että solmukko resonanssit saivat nimensä niiden solmukon muotoisen ulkonäön vuoksi.

Tyypillisesti, vuotojen puuttuessa, mitä pienempi resonanssi on, sitä tehokkaammin se ansaitsee valoa – mikä johtaa korkeampaan tehokkuuteen ja energian keräykseen.  Valitettavasti olemme saavuttaneet pisteen, jossa perinteiset valmistustekniikat ovat lähes maksimoituja.  Tässä tutkimus astuu kuvaan, ja se pyrki hyödyntämään kvanttifluktuatioita, jotka tuottavat perusvoimia, tunnettuja nimellä

• Casimirin vaikutus
• Van der Waalsin voimat

Tämän tarkoituksena oli pohjimmiltaan ohjata resonanssin itsevalmistusta, joka on paljon pienempi kuin nykyisin mittakaavassa mahdollinen.  Tuloksena oli merkittävä ja onnistunut edistys puolijohde-laitteiden valmistuksessa, sillä tiimi pystyi hyödyntämään Casimirin- ja Van der Waalsin voimia ‘deterministiseen itsekoostumiseen’ roikkuvien piininanorakenteiden osalta sekä onnistuneeseen nanomittakaavan resonanssiontelon luomiseen.
Yksinkertaisesti sanottuna – sen sijaan että yritettäisiin rakentaa resonanssia näin pienessä mittakaavassa, tiimi rakensi kaksi puoliskoa ja luotti kvanttifluktuatioihin ‘sulauttaakseen’ ne yhteen, kun ne asetettiin äärimmäisen lähelle toisiaan.  Julkaisussa todetaan, että “Toisin kuin tasomainen puolijohdeteollisuus on vaikuttanut valtavasti teknologisesti sen sisäisen skaalautuvuuden ansiosta, se näyttää kuitenkin kykenemättömältä saavuttamaan itsekoostumisen mahdollistamat atomitasoiset mitat.”

Mitä se tarkoittaa?

Tämän teknologian vaikutukset ovat laaja-alaisia, ja sillä on potentiaalisia sovelluksia eri aloilla. Artikkeli tarkentaa tätä seuraavasti.

“Vaikka tutkimuksemme esittelee fotonisten kammioiden itsekoostumista, joiden rajoitus on muutamasta alnananometriin, menetelmäämme voidaan soveltaa paljon laajemmalla tutkimus- ja teknologiakentällä, esimerkiksi kiinteän tilan nanoporin sekvensoinnissa, nanokaaren kvanttitulppaus elektrodeissa tai erittäin korkealaatuisissa varjostusmaskeissa suprajohtavien kvanttisähköisten laitteiden osalta.

Yleisemmin tutkimuksemme avaa näkymiä uusien fotoniikan, elektroniikan ja mekaniikan alueiden tutkimiseen atomitasolla, samalla mahdollistaen skaalautuvan ja itselinjautuvan integroinnin suurten siruarkkitehtuurien kanssa.

Itsekoostunut aallonjohtimeen kytketty kammio on erityisen kiinnostava valon ja aineen vuorovaikutuksen tehostamisen kannalta, mahdollisesti mahdollistaen laitteiden toiminnan yksittäisen fotonin tasolla ja tuoden uusia tehokkuustasoja, joita ei ole vielä nähty fotovoltaisissa kennoissa.

Takakontaktiset fotovoltaiset kennot

On huomionarvoista, että tämä ei ole ainoa mahdollisesti pelin muuttava edistysaskel viime viikkoina fotovoltaisissa kennoissa.  Ottawa-yliopiston (U of O) tutkijat valmistivat menestyksekkäästi “…ensimmäiset takakontaktiset mikrometriset fotovoltaiset kennot”.

Periaatteessa tämä on uusi valmistustekniikka, joka vähentää merkittävästi ‘varjostusefektiä’ fotovoltaisessa kennossa siirtämällä sähkökontaktit sen takapuolelle.  Tämä tarkoittaa, että käytetty energian keräävä väline voi hyödyntää suurempaa pinta-alaa, jonka kanssa kerätty valo voi olla vuorovaikutuksessa.  Tämä lähestymistapa mahdollistaa myös merkittävän solujen miniaturisoinnin.  Kaikki tämä johtaa suurempaan tehokkuuteen ja kustannustehokkuuteen.

Vaihtoehtoiset sovellukset

Mielenkiintoista on, että nämä käsitellyt läpimurrot ovat tärkeitä enemmän kuin pelkkä aurinkoenergian hyödyntäminen.  Ne voivat myös mahdollisesti osoittaa polun nanoteknologian laajemmalle kehitykselle osoittamalla kvanttifluktuatioiden ja perusvoimien, kuten Casimirin vaikutuksen ja Van der Waalsin voimien, hyödyntämisen toteutettavuuden.

Ohjattu itsevalmistusmateriaali avaisi uuden mahdollisuuksien alueen materiaalitieteessä, joka vaikuttaisi syvästi lähes kaikkiin teollisuudenaloihin.  Tämä tarkoittaa kevyempiä ja vahvempia rakennusmateriaaleja, miniaturisoituja elektroniikkaa, tehokkaampia lääkkeitä, kohdennettuja lääkkeiden jakeluita ja paljon muuta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että nanoteknologia saattaa jonain päivänä mullistaa nämä teollisuudenalat perusteellisesti, tehden siitä erityisen kiehtovan ja lupaavan tieteen- ja teknologian tutkimusalueen.  On kuitenkin tärkeää ymmärtää, että ohjattu, itsevalmistettu solmukko resonanssi on vain yksi askel maratonista.

Alan toimijat

Vaikka voi kestää useita vuosia ennen kuin näemme itsekoostuvat solmukko resonanssit ja takakontaktiset kennot käytössä todellisissa sovelluksissa, nämä ovat ne innovaatiot, joita tarvitaan, jos haluamme välttää tai ainakin lieventää jo kohtaamaamme mahdollista ilmastokriisiä.  Tässä mielessä seuraavassa on muutama pörssissä noteerattu yritys, jotka ovat vahvasti mukana aurinkoenergia-alan kasvussa ja sen mahdollistavassa teknologiassa.

*Luvut alla olivat kirjoitushetkellä tarkkoja ja voivat muuttua.  Mahdollisten sijoittajien tulisi tarkistaa mittarit*

1. NextEra Energy Resources

NEE Hintakaavio

Markkina-arvo	P/E-luku	Osakekohtainen tulos (EPS)
122,187,607,978	15.76	$3.78

NextEra Energy (NEE ) Resources on Pohjois-Amerikan johtava puhtaan energian yritys, joka on edelläkävijä tuuli- ja aurinkoenergian tuotannossa.  Se kehittää, rakentaa ja ylläpitää sähkövoimahankkeita, mukaan lukien yli 150 tuuli- ja aurinkoenergia‑keskusta 26 osavaltiossa Yhdysvalloissa ja neljässä kanadalaisessa provinssissa, tuottaen yli 17 000 megawattia tuuli- ja aurinkoenergiaa.

2.  First Solar

FSLR Hintakaavio

Markkina-arvo	P/E-luku	Osakekohtainen tulos (EPS)
14,829,442,405	31.27	$4.42

First Solar (FSLR ) suunnittelee ja valmistaa aurinkovoimajärjestelmiä ja aurinkomoduuleja käyttäen ohutkalvosemikonduktorteknologiaa.  Se tarjoaa myös tukipalveluita, kuten rahoitusta, rakennusta, ylläpitoa ja paneelien elinkaaren lopun kierrätystä.

3. SolarEdge Technologies

SEDG Hintakaavio

Markkina-arvo	P/E-luku	Osakekohtainen tulos (EPS)
4,181,874,567	19.79	$3.66

SolarEdge Technologies (SEDG ) on globaali johtaja älykkään energiateknologian alalla. Se tarjoaa ratkaisuja fotovoltaisille, varastoinnille, sähköajoneuvojen lataukselle, akuille, keskeytymättömälle virtalähteelle ja verkko­palveluille.  Yritys on tunnettu SolarEdge DC‑optimoidusta invertteriratkaisustaan, joka maksimoi energian tuotannon samalla kun se vähentää fotovoltaisista järjestelmistä tuotetun energian kustannuksia.

Lopulliset ajatukset

Edistysaskeleet fotovoltaisessa teknologiassa, erityisesti itsekoostuvien solmukko resonanssien ja takakontaktisten fotovoltaisien kennojen kehitys, merkitsevät merkittävää edistystä ilmastonmuutoksen kiireellisten haasteiden ratkaisemisessa.  Nämä innovaatiot edustavat enemmän kuin tieteellistä edistystä; ne ovat kriittisiä askeleita kohti kestävän energian tulevaisuutta.

Kun nämä teknologiat lähestyvät laajaa käyttöönottoa, ne lupaavat tehdä aurinkoenergiasta tehokkaampaa, kustannustehokkaampaa ja saavutettavampaa, nopeuttaen siirtymistä fossiilisista polttoaineista.  Tämä aurinkoenergian kehitys ei ainoastaan ole linjassa ympäristötavoitteiden kanssa, vaan korostaa myös uusiutuvan energian potentiaalia tulla hallitsevaksi, käytännölliseksi energialähteeksi lähitulevaisuudessa.