Un profesor asistente de la Universidad de California, Riverside ha combinado la fotosíntesis y la física para hacer un descubrimiento clave que podría ayudar a que las células solares sean más eficientes. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Nano letras .
Nathan Gabor se enfoca en la física experimental de la materia condensada, y usa la luz para investigar las leyes fundamentales de la mecánica cuántica. Pero, se interesó en la fotosíntesis cuando surgió una pregunta en 2010: ¿Por qué las plantas son verdes? Pronto descubrió quenadie lo sabe realmente
Durante los últimos seis años, trató de ayudar a cambiar eso combinando su experiencia en física con una profunda inmersión en biología.
Se propuso repensar la conversión de energía solar haciendo la pregunta: ¿podemos hacer materiales para las células solares que absorban de manera más eficiente la cantidad fluctuante de energía del sol. Las plantas han evolucionado para hacer esto, pero las células solares asequibles actuales -- que son, en el mejor de los casos, eficientes en un 20 por ciento - no controle estos cambios repentinos en la energía solar, dijo Gabor. Esto genera una gran cantidad de energía desperdiciada y ayuda a prevenir la adopción a gran escala de las células solares como fuente de energía.
Gabor, y varios otros físicos de UC Riverside, abordaron el problema diseñando un nuevo tipo de fotocélula de motor de calor cuántico, que ayuda a manipular el flujo de energía en las células solares. El diseño incorpora una fotocélula de motor de calor que absorbe los fotones del sol yConvierte la energía del fotón en electricidad.
Sorprendentemente, los investigadores encontraron que la fotocélula del motor de calor cuántico podría regular la conversión de energía solar sin requerir retroalimentación activa o mecanismos de control adaptativos. En la tecnología fotovoltaica convencional, que se usa en los tejados y granjas solares hoy en día, las fluctuaciones en la energía solar deben ser suprimidas porconvertidores de voltaje y controladores de retroalimentación, que reducen drásticamente la eficiencia general.
El objetivo de los equipos de UC Riverside era diseñar la fotocélula más simple que igualara la cantidad de energía solar del sol lo más cerca posible de la demanda de energía promedio y suprimir las fluctuaciones de energía para evitar la acumulación de exceso de energía.
Los investigadores compararon los dos sistemas de fotocélulas mecánicas cuánticas más simples: uno en el que la fotocélula absorbía un solo color de luz y el otro en el que la fotocélula absorbía dos colores. Descubrieron que simplemente incorporando dos canales de absorción de fotones, más bienque solo uno, la regulación del flujo de energía emerge naturalmente dentro de la fotocélula.
El principio operativo básico es que un canal absorbe a una longitud de onda para la cual la potencia de entrada promedio es alta, mientras que el otro absorbe a baja potencia. La fotocélula cambia entre alta y baja potencia para convertir niveles variables de energía solar en una constante.salida de estado.
Cuando el equipo de Gabor aplicó estos modelos simples al espectro solar medido en la superficie de la Tierra, descubrieron que la absorción de luz verde, la porción más radiante del espectro de energía solar por unidad de longitud de onda, no proporciona ningún beneficio regulatorio y, por lo tanto, debe evitarse.Optimizaron sistemáticamente los parámetros de la fotocélula para reducir las fluctuaciones de la energía solar, y descubrieron que el espectro de absorción se ve casi idéntico al espectro de absorción observado en las plantas verdes fotosintéticas.
Los hallazgos llevaron a los investigadores a proponer que la regulación natural de la energía que encontraron en la fotocélula del motor de calor cuántico puede desempeñar un papel crítico en la fotosíntesis en las plantas, tal vez explicando el predominio de las plantas verdes en la Tierra.
Otros investigadores han descubierto recientemente que varias estructuras moleculares en las plantas, incluidas las moléculas de clorofila ayb, podrían ser críticas para prevenir la acumulación de exceso de energía en las plantas, lo que podría matarlas. Los investigadores de UC Riverside descubrieron que la estructura molecular deLa fotocélula del motor de calor cuántico que estudiaron es muy similar a la estructura de las moléculas fotosintéticas que incorporan pares de clorofila.
La hipótesis planteada por Gabor y su equipo es la primera en conectar la estructura mecánica cuántica al verdor de las plantas, y proporciona un conjunto claro de pruebas para los investigadores con el objetivo de verificar la regulación natural. Igualmente importante, su diseño permite la regulación sin entrada activa, un proceso hecho posible por la estructura mecánica cuántica de la fotocélula.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Sean Nealon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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