Mustavalkoinen perhonen puutarhassa

Aurinkoenergiaa talteen perhosen siivellä

Perhosen siipisuomuja imitoivilla nanorakenteilla voidaan merkittävästi parantaa aurinkopaneelien ominaisuuksia tekemällä niistä vähemmän heijastavia. Oulun yliopiston NANOMO-tutkimusyksikön uusi tutkimustulos tarjoaa tehokkaan mahdollisuuden aurinkoenergian keräämiseen aurinkokennojen avulla.

Perhosten väri on yleensä seurausta siipien rakenteesta, kun erilaiset rakenteet taittavat luonnonvaloa eri tavalla. Toisaalta musta väri vangitsee auringonvaloa perhosen siipisuomuihin. Perhosten tiedetään jopa jäädyttyään sulattavan itsensä nopeasti muuntamalla auringonvaloa lämmöksi mustien siipisuomujen avulla. Tämän luonnollisen valon talteenottoprosessin innoittamina NANOMO:n tutkijat tarkastelivat erilaisten perhosten mustien siipisuomujen nanorakenteita ja määrittivät niiden valonsidontakyvyn piipohjaisiin aurinkokennoihin sijoitettuna. 

Silmämääräisesti katsottuna samanlaiset tummat perhosen siipisuomut voivat lajista riippuen koostua erilaisista nanorakenteista. Ornithoptera priamus -perhosen siipisuomut koostuvat yhdensuuntaisista harjanteiden ympäröimistä V:n muotoisista urista, joita yhdistävät ohuet kerrokset. Kolmen muun lajin, Tirumala limniace, Graphium doson ja Papilio protenor cramer, suomurakenteet koostuvat pyöreistä harjanteista, joiden välissä on yhden, kahden tai kolmen reiän muodostama rivi. Vastaavasti valon heijastuminen mustista suomuista vaihtelee. Vähiten valoa, 1–5 prosenttia näkyvästä valosta, heijastaa Ornithoptera priamusin siipi.

Samanlaisia rakenteita voidaan käyttää estämään heijastuksia ja niistä aiheutuvia tehohäviöitä piipohjaisissa aurinkokennoissa. Tutkimuksen tietokonesimulaatiot osoittivat, että pinnasta tapahtuva takaisinsironta vähenee huomattavasti sijoittamalla perhosen siipiä imitoiva nanorakenne piistä valmistetun aurinkopaneelin pinnalle. 

Eniten heijastusta vähensi Ornithoptera priamus -perhosen siipirakenne. Heijastus pieneni viiteen prosenttiin, kun taas pinnoittamaton piipaneeli heijastaa 35 prosenttia siihen osuvasta valosta. Tämän seurauksena kennosta saatava maksimivirta kasvoi 66 prosentilla. Tutkijat ovat myös kehittäneet tavan toteuttaa tällainen kenno käytännössä.

Nämä viimeisimmät tutkimustulokset ovat jatkoa NANOMO-tutkimusyksikön biomimiikkatutkimukselle. Yksikkö on tehnyt uraauurtavaa työtä fysiikan peruskäsitteiden soveltamisessa fotoniikkaan ja aurinkoenergian keräämiseen. Yksikkö sai hiljattain BusinessFinlandin TUTLI-rajoituksen bioniikkaan perustuvien pintarakenteiden laajentamiseksi teolliseen mittakaavaan. 

Uusin tutkimus julkaistaan kansainvälisessä Solar Energy-lehdessä 1.7.2020 ja tutkimusartikkeli on jo luettavissa verkossa. Tutkimus tehtiin Oulun yliopiston Associate Professor Wei Caon ja professori Marko Huttulan johdolla.

Piipohjaisten aurinkokennojen markkinat ovat valtavat. Perhosen siivellä on mahdollista päästä pitkälle uusiutuvan energian tuotannossa.

Eri perhoslajien siipien nanorakenteita.


Kuvat: NANOMO

Artikkeli verkossa

 

 

Viimeksi päivitetty: 30.6.2020