*

Hannu A. Sinivirta

Auringon infrapunasäteilystä (ei siis lämpövaikutuksesta) - sähköenergiaa

  • Rectenna principle
    Rectenna principle

(12.2.2018) Suurin osa maahan tulevasta auringonvalosta imeytyy maan pintoihin, valtameriin ja ilmakehään. Tämän lämpenemisen seurauksena infrapunasäteilyä emittoituu kaikkialla ympärillämme 24 tuntia vuorokaudessa. 

King Abdullah University of Science and Technologyn (KAUST) tutkijat ovat kehittäneet rektennan, joka voi hyödyntää tätä energiaa muuntamalla sen aaltosignaalia hyödylliseksi sähköksi.

https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/471/round-the-clock-power-from...

Koska infrapunaemissioilla on hyvin pienet aallonpituudet, ne tarvitsevat nanokokoisia antenneja. Tunnelointipiirit, kuten metalli-eristin-metalli (MIM) diodit, -tasasuuntaavat infrapuna-aaltoja virraksi, siirtämällä elektroneja nanokokoisen esteen kautta. 

Tunneloitavien voimakkaiden kenttien tuottamiseksi tarvitaan rusettimaista nanoantennia, jossa on ohut eristävä kalvo kahden hieman päällekkäin menevän metalliosan väliin. 

Tutkijoiden mukaan valitsemalla metalleja, joilla on erilaiset työfunktiot, uusi MIM-diodi voi napata infrapuna-aaltoja, nollajännitteellä, -passiivinen ominaisuus, joka kytkee laitteen vain tarvittaessa.

Infrapuna-altistuksella tehdyt kokeet paljastivat, että rusetti onnistui keräämään energiaa yksinomaan säteilystä eikä lämpövaikutuksista, mikä ilmenee polarisaatiosta riippuvasta antojännitteestä

Georgia Techin tutkijaryhmä, joka esitteli oman optisen rektennan vuonna 2015, raportoi nyt kaksinkertaistaneensa rakenteen tehokkuuden ja siirtymisestä ilmalle vakaisiin diodimateriaaleihin.

Tutkijoiden suunnitelma koostuu hiilinanoputkiantennista ja dioditasasuuntaajasta. 

Optiset rektennat toimivat kytkemällä valon sähkömagneettikentän antenniin, -tässä tapauksessa moniseinämäisten hiilinanoputkien joukkoon, joiden päät on avattu. Sähkömagneettinen kenttä luo värähtelyä antennissa, jolloin syntyy vaihteleva elektronien virta. Kun elektronivirta saavuttaa huippunsa antennin toisessa päässä, diodi sulkeutuu, kaapaten elektronit ja avautuu uudelleen, jotta voi kaapata seuraavan värähtelyn, mikä luo virtavuon. 

Saadakseen rakenteen kestämään normaalia ympäristöilmaa he päätyivät aluminan (Al2O3) ja hafniumdioksidia (HfO2) sisältävän kaksikerroksisen materiaalin kannalle. Uuden yhdistelmän kanssa valmistetut rektennat ovat pysyneet toiminnassa jo vuoden.

Teknologia poikkeaa ratkaisevasti perinteisistä aurinkokeräimistä, joissa ei ole rektenna ominaisuutta.

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

2Suosittele

2 käyttäjää suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelijat

NäytäPiilota kommentit (8 kommenttia)

Käyttäjän PerttiKannisto1 kuva
Pertti Kannisto

Mielenkiintoinen keksintö. Saattaa toimia Suomen leveysasteilla pari kuukautta kauemmin kuin tavanomaiset panelit.

"Koska infrapunaemissioilla on hyvin pienet aallonpituudet, ne tarvitsevat nanokokoisia antenneja"?
Olen aikoinani oppinut, että näkyvän valon aallonpituus
on lyhyempi ja täten energiaintensiivisempi, eli saadaanko menetelmällä irti käyttäkelpoisia tehoja täällä pohjan perillä. Saadaan nähdä.

CO2 päästöjen vähentämiseen meillä päästään vain lisäämällä sähkön- ja lämmön- tuottoa ydinvoimalla.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Mikähän tämän keksinnön käytännön sovellus voisi olla? Hyötysuhteesta tai rakenteesta ei puhuta, mutta IR-säteilyn sisältämä energia on joka tapauksessa vähäinen. Langattomissa antureissa, joissa pariston sijaan halutaan energia tuottaa suoraan ympäristöstä, tällainen olisi toki tervetullut.

Voisiko keksinnöllä rakentaa jääkaapin? Laittaa sen eristettyyn laatikkoon josta johtaa syntyvän sähkövirran ulos.

Käyttäjän seppoviljakainen kuva
Seppo Viljakainen

Vähän tiukkaa tekee tuo aurinkosähkö näillä leveysasteilla:

https://www.helen.fi/aurinko/kodit/aurinkosahko/su...

Tämä Suvilahden massiivinen 340 kW:n paneeliviidakko on viimeksi ollut hereillä viime viikon tiistaina 6.2. tuottaen silloin jopa mittavat 8 kWh energiaa, jolla saisi yhden sähkösaunan haaleaksi...

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

Aaltosignaalin muuntaminen yksinomaan IR-säteilystä, (ei siis lämpövaikutuksena) sähköksi rektennan avulla, ei ymmärrykseni mukaan tällä hetkellä ole mahdollisuuksia korvata massiivisia energiaratkaisuja.

Mutta mielestäni keksintö on siinä mielessä mielenkiintoinen, kun siinä käytetään rektenna-tekniikkaa, jossa sähkömagneettista energiaa konvertoidaan ja tasasunnataan (rectified) suoraan sähköksi (DC). Tälle tekniikalle tulee kyllä löytymään sovelluksia, kunhan tekniikka kehittyy. Hyötysuhteita on kyllä tässä vaiheessa ennenaikaista arvioida.

Vastaavia, mutta puolestaan akustiseen resonanssiin perustuvia (ME) nano-mekaanisia pietsokide- antenneja on myös kehitetty, tosin informaation siirtämiseen.

http://hannusinivirta.puheenvuoro.uusisuomi.fi/244...

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

SM-säteilyllä luokkaa 1GHz ja n. 7,5cm kehäantennilla (yhden sivun pituus) ja GE-diodilla kyetään sieppaamaan sähköä suoraan ilmasta, -tosin vain LED:n sytyttämiseen, kunhan SM-säteilylähde on lähellä kehäantennia.

Jos ajatellaan nano-tekniikkaa noin yleensä, tehot siellä ovat nW.

Käyttäjän AriOkkonen kuva
Ari Okkonen

Roskaa. Jos vastaanotin, olipa se mikä rektenna hyvänsä, on samassa lämpötilassa IR-säteilyä lämpönsä perusteella emittoivan lähteen kanssa, ovat vastaanotin ja säteilevä pinta tasapainossa, eikä mitään tasasuunnattua nettosähköä systeemistä voi saada. Muussa tapauksessa sisältä mustattuun laatikkoon sijoitettu rektenna jäähdyttäisi laatikkoa ja kumoaisi termodynamiikan perusteita. Joko juttu on käännetty väärin, tai tutkijat taas kerran jujuttavat apurahoja myöntäviä komiteoita. Tuossa Richard Feynmanin analyysi analogisesta tapauksesta: http://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_46.html
Sen sijaan suoran auringonpaisteen infrapunasäteilystä voisi rektennalla jotain irti saadakin. Jos vielä keskittäisi säteilyä paraboloidipeilillä (=suunta-antenni)...

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

Tästä Sinun sopii kiistellä ks. tutkimuslaitoksen tutkijoiden kanssa (prof. Atif Shamin) onko rektenna roskaa vai ei.

Itse en näe mitään estettä sille, etteikö konversio ole mahdollinen siinä, missä mikä tahansa energia-konversio.

Jääköön nyt tässä vaiheessa Richard Feynmannin matemaattiset analyysit, sillä empiria on tässä tapauksessa osoittanut toisin.

Suosittelen tutustumaan blogissa olevaan artikkeliin huolella.

Se mitä tulee hankkeen rahoittamiseen, sillä tuskin on suurtakaan merkitystä, jos ottaa huomioon ks. tutkimuslaitoksen mesenaatin.

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

Ihmettelen aiheetonta negatiivista palautetta, kun tulisi ensin tutustua ja ymmärtää hieman tarkemmin blogissa esitettyä tutkimustulosta.

Toki väärinkäsityksiltä ei voi välttyä, mutta toisaalta vastaavat keksinnöt voisivat myös generoida positiivisia poikkitieellisiä argumentteja.

Toimituksen poiminnat

Tämän blogin suosituimmat kirjoitukset