Zespół naukowców z North Carolina State University, współpracujący z organiczne ogniwo fotowoltaiczne (OPV) firma NextGen Nano wykazała, w jaki sposób dodanie półprzezroczystych organicznych ogniw słonecznych (OSC) do szklarni umożliwia hodowcom wytwarzanie energii elektrycznej i równoczesną uprawę sałaty, zmniejszając zapotrzebowanie na energię cieplarnianą. Wyniki położą podwaliny pod wytwarzanie energii w zrównoważonej uprawie szklarniowej.
Badanie, opublikowane w Komórka raportuje nauki fizyczne, odkryli, że czerwoną sałatę można uprawiać w szklarniach z OSC, które odfiltrowują fale światła wykorzystywane do generowania energii słonecznej. Pokazuje to wykonalność stosowania przezroczystych paneli słonecznych w szklarniach, aby zaspokoić ich wysokie zapotrzebowanie na energię elektryczną, nie zmniejszając przy tym plonów.
W ciągu 30 dni hodowano cztery grupy sałat w różnych jasnych kompozycjach kolorystycznych przy użyciu filtrów OSC. Obejmowało to grupę kontrolną wystawioną na pełne spektrum białego światła. Nie stwierdzono znaczącej różnicy w zawartości świeżej masy lub chlorofilu między grupą kontrolną a grupami doświadczalnymi, co sugeruje, że usunięcie selektywnych części widma światła potrzebnego do wytworzenia elektryczności nie wpłynęło na wzrost upraw. Zebrane długości fal można następnie wykorzystać do zasilania energochłonnego oświetlenia, systemów zarządzania ciepłem i nawadniania potrzebnych do uprawy szklarniowej.
„Szklarnie są wykorzystywane do uprawy roślin, ponieważ drastycznie zwiększają plony w klimacie innym niż rodzimy, jednocześnie zmniejszając zużycie wody i pestycydów w porównaniu z rolnictwem konwencjonalnym” – wyjaśnił dr Carr Ho, naukowiec z NextGen Nano. „Ale przeszklenia szklarni mają słabą izolację termiczną, dlatego należy zainstalować systemy ogrzewania i wentylacji, aby utrzymać optymalne warunki. Wraz z dodatkowym oświetleniem prowadzi to do dużego, niezrównoważonego zużycia energii.
„Dzięki tym badaniom naukowcy z NCSU znaleźli sposób na uprawę szklarniową bez dużego zapotrzebowania na energię, które tradycyjnie się z tym kojarzy” – kontynuował Ho. „Dzięki zastosowaniu OSC z odpowiednimi powłokami optycznymi i cechami konstrukcyjnymi hodowcy mogą zarządzać przepuszczaniem światła, wytwarzaniem energii i obciążeniami termicznymi w szklarni, zapewniając wysoką wydajność przy niskim zużyciu energii.
Zastosowanie powłok DBR daje nie tylko możliwość zwiększenia produkcji energii, ale także może być wykorzystane do ograniczenia przegrzewania się szklarni. Pokazujemy, że w przypadku szklarni w Sacramento w Kalifornii liczba godzin przegrzewania się szklarni może zostać skrócona z 280 do 82 godzin przy użyciu OSC z DBR dostrojonym do odbijania światła NIR. Chociaż nie ma to dużego wpływu na zapotrzebowanie na energię, oczekuje się, że poprawi produkcję roślinną.
Na koniec wykazano, że zastosowanie elektrod OSC, które mogą również pełnić funkcję powłok o niskiej ε, znacznie zmniejsza obciążenie cieplne szklarni. Połączenie minimalnego wpływu zaobserwowanego na produktywność roślin wraz z wytwarzaniem energii i ulepszonym zarządzaniem temperaturą za pomocą ST-OSC sugeruje, że integracja OSC ze szklarniami jest obiecującą strategią osiągnięcia zrównoważonego ekologicznie rolnictwa o wysokiej intensywności opartego na szklarniach.
„Potrzebne są dalsze badania, aby opracować OSC zdolne do zwiększenia wydajności produkcji w szklarniach. Ale badania wspierane przez NextGen Nano z pewnością sugerują, że integracja OSC z uprawą szklarniową jest obiecującą strategią osiągnięcia zrównoważonego, intensywnego rolnictwa opartego na szklarniach”.
Oprócz wsparcia dla tego artykułu, NextGen Nano opracowało opatentowane urządzenie OPV, które może być wykorzystywane w następnej generacji energii słonecznej. Ta technologia jest wykonana z elastycznych, wytrzymałych, przyjaznych dla Ziemi biopolimerów w celu zastąpienia tradycyjnych kruchych ogniw słonecznych wykonanych z metali ciężkich toksyn, takich jak perowskity ołowiowe.
Zapotrzebowanie na oświetlenie w szklarni będzie zależeć od położenia geograficznego i upraw. Chociaż wykazano, że sałata dobrze rośnie pod ST-OSC, wiadomo, że jest uprawą tolerującą cień.7 W przypadku roślin, które mają większe wymagania oświetleniowe, mogą być potrzebne alternatywne projekty urządzeń ST-OSC i warstwy aktywne. Lokalizacja szklarni będzie również dyktować dzienne promieniowanie słoneczne wpadające do szklarni, a także potrzeby ogrzewania i chłodzenia przestrzeni. W tej sekcji rozważamy kwestie projektowe ST-OSC, które wpływają na produkcję roślinną, wytwarzanie energii elektrycznej i obciążenie cieplne obiektu.
Pełny artykuł badawczy jest dostępny w Raportach komórkowych . Więcej informacji na temat innych produktów NextGen Nano można znaleźć na stronie internetowej firmy company http://nextgen-nano.co.uk/.