Команда дослідників з Університету штату Північна Кароліна, яка співпрацює з органічний фотоелемент (OPV), компанія NextGen Nano, продемонструвала, як додавання напівпрозорих органічних сонячних батарей (OSC) до теплиць дозволяє виробникам виробляти електроенергію та одночасно вирощувати салат, зменшуючи потреби тепличної енергії. Результати закладуть основу для виробництва електроенергії для сталого тепличного вирощування.
Дослідження, опубліковане в Cell Reports Physical Science, виявив, що червоний салат можна вирощувати в теплицях з OSC, які фільтрують довжини хвилі світла, які використовуються для виробництва сонячної енергії. Це демонструє доцільність використання прозорих сонячних панелей у теплицях для задоволення їхніх високих потреб в електроенергії, не знижуючи при цьому врожайність.
Протягом 30-денного періоду чотири групи салату вирощували в різних композиціях світла з використанням фільтрів OSC. Це включало контрольну групу, яка піддавалася повному спектру білого світла. Не було виявлено суттєвої різниці у свіжій вазі або вмісті хлорофілу між контрольною групою та експериментальними групами, що свідчить про те, що видалення вибіркових частин світлового спектру, необхідного для виробництва електроенергії, не вплинуло на ріст культури. Зібрану довжину хвилі потім можна було б використовувати для живлення енергоємного освітлення, теплового керування та систем поливу, необхідних для тепличного вирощування.
«Теплиці використовуються для вирощування рослин, тому що вони різко підвищують урожайність у немісцевому кліматі, одночасно зменшуючи споживання води та використання пестицидів порівняно зі звичайним землеробством», — пояснив доктор Карр Хо, науковий співробітник NextGen Nano. «Але скління теплиць має погану теплоізоляцію, тому для підтримки оптимальних умов потрібно встановити системи опалення та вентиляції. Разом із додатковим освітленням це призводить до великих, нестабільних витрат енергії.
«Завдяки цьому дослідженню вчені з NCSU знайшли спосіб тепличного вирощування без великих енергетичних потреб, які традиційно пов’язані з цим», — продовжив Хо. «Використовуючи OSC з правильними оптичними покриттями та конструктивними особливостями, виробники можуть керувати пропусканням світла, виробництвом електроенергії та тепловими навантаженнями в теплиці для високої продуктивності при низькому споживанні енергії.
Використання DBR покриттів не тільки дає можливість збільшити вироблення електроенергії, але також може бути використано для зменшення перегріву в теплиці. Ми показуємо, що для теплиці в Сакраменто, штат Каліфорнія, кількість годин, протягом яких теплиця перегрівається, можна зменшити з 280 до 82 годин при використанні OSC з DBR, налаштованим на відображення NIR-світла. Хоча це не має великого впливу на попит на енергію, очікується, що це покращить виробництво сільськогосподарських культур.
Нарешті, було показано, що використання електродів OSC, які також можуть функціонувати як покриття з низьким ε, значно зменшує навантаження на обігрів теплиці. Поєднання мінімального впливу, який спостерігається на продуктивність рослин, разом із виробництвом електроенергії та покращеним управлінням теплом із застосуванням ST-OSC, свідчить про те, що інтеграція OSC із теплицями є багатообіцяючою стратегією для досягнення екологічно стійкого високоінтенсивного тепличного сільського господарства.
«Потрібні подальші дослідження, щоб розробити OSC, здатні збільшити врожайність продукції в теплицях. Але дослідження, проведені за підтримки NextGen Nano, безумовно, свідчать про те, що інтеграція OSC у тепличне вирощування є багатообіцяючою стратегією для досягнення стійкого, високоінтенсивного тепличного сільського господарства».
На додаток до підтримки цієї статті, NextGen Nano розробила запатентований пристрій OPV, який можна використовувати в наступному поколінні сонячної енергії. Ця технологія виготовлена з гнучких, міцних, безпечних для Землі біополімерів з метою замінити традиційні крихкі сонячні батареї, виготовлені з токсичних важких металів, таких як перовскіти свинцю.
Вимоги до освітлення в теплиці залежатимуть від географічного розташування та врожаю. Хоча показано, що салат добре росте під ST-OSC, він, як відомо, є тіньовитривалою культурою.7 Для рослин, які мають більші вимоги до освітлення, можуть знадобитися альтернативні конструкції пристроїв ST-OSC та активні шари. Розташування теплиці також буде залежати від щоденного сонячного випромінювання, що надходить у теплицю, а також потреби в обігріві та охолодженні приміщення. У цьому розділі ми розглядаємо конструктивні аспекти ST-OSC, які впливають на виробництво врожаю, виробництво електроенергії та теплове навантаження об’єкта.
Повний текст дослідження доступний на сайті Cell Reports сайт. Щоб дізнатися більше про інші розробки NextGen Nano, відвідайте веб-сайт компанії http://nextgen-nano.co.uk/.