Команда исследователей из Университета штата Северная Каролина, работающая с органическая фотоэлектрическая батарея (OPV) компания NextGen Nano продемонстрировала, как добавление полупрозрачных органических солнечных элементов (ОСЭ) в теплицы позволяет производителям вырабатывать электроэнергию и одновременно выращивать салат, снижая потребность теплиц в энергии. Результаты заложат основу для выработки электроэнергии при устойчивом выращивании в теплицах.
Исследование, опубликованное в Cell Reports Физическая наука, обнаружили, что красный салат можно выращивать в теплицах с OSC, которые отфильтровывают длины волн света, используемые для выработки солнечной энергии. Это демонстрирует возможность использования прозрачных солнечных панелей в теплицах для удовлетворения их высоких потребностей в электроэнергии, не снижая при этом урожайность.
В течение 30-дневного периода четыре группы салата выращивали при разных цветовых композициях с использованием фильтров OSC. Это включало контрольную группу, подвергшуюся воздействию полного спектра белого света. Не было обнаружено значительных различий в сыром весе или содержании хлорофилла между контрольной группой и экспериментальными группами, что позволяет предположить, что удаление избирательных участков светового спектра, необходимых для выработки электроэнергии, не повлияло на рост урожая. Затем собранные длины волн можно использовать для питания энергоемких систем освещения, управления температурным режимом и орошения, необходимых для выращивания в теплицах.
«Теплицы используются для выращивания растений, потому что они резко повышают урожайность в неместном климате, снижая при этом потребление воды и использование пестицидов по сравнению с традиционным сельским хозяйством», - пояснил доктор Карр Хо, научный сотрудник NextGen Nano. «Но остекление теплицы имеет плохую теплоизоляцию, поэтому необходимо установить системы отопления и вентиляции, чтобы поддерживать оптимальные условия. Наряду с дополнительным освещением это приводит к чрезмерному значительному энергопотреблению.
«С помощью этого исследования ученые NCSU нашли способ выращивания в теплицах без больших энергозатрат, традиционно связанных с этим», - продолжил Хо. «Используя OSC с правильным оптическим покрытием и конструктивными особенностями, фермеры могут управлять светопропусканием, выработкой электроэнергии и тепловыми нагрузками в теплице для обеспечения высокой производительности при низком энергопотреблении.
Использование DBR-покрытий не только дает возможность увеличить выработку электроэнергии, но также может использоваться для уменьшения перегрева теплицы. Мы показываем, что для теплицы в Сакраменто, Калифорния, количество часов, в течение которых она перегревается, может быть сокращено с 280 до 82 часов при использовании OSC с DBR, настроенным на отражение света в ближней инфракрасной области. Хотя это не окажет большого влияния на спрос на энергию, ожидается, что это улучшит урожайность сельскохозяйственных культур.
Наконец, было показано, что использование электродов OSC, которые также могут работать как покрытия с низким значением ε, значительно снижает тепловую нагрузку теплицы. Сочетание минимального воздействия, наблюдаемого на продуктивность растений, наряду с выработкой электроэнергии и улучшенным терморегулятором с использованием ST-OSC, позволяет предположить, что интеграция OSC с теплицами является многообещающей стратегией для достижения экологически устойчивого высокоинтенсивного тепличного сельского хозяйства.
«Необходимы дальнейшие исследования для разработки OSC, способных повысить урожайность в теплицах. Но исследование, проведенное при поддержке NextGen Nano, безусловно, предполагает, что интеграция OSC в тепличное выращивание является многообещающей стратегией для достижения устойчивого, высокоинтенсивного тепличного сельского хозяйства ».
В дополнение к поддержке этой статьи NextGen Nano разработала запатентованное устройство OPV, которое можно использовать в следующем поколении солнечной энергии. Эта технология изготовлена из гибких, прочных, экологически чистых биополимеров с целью замены традиционных хрупких солнечных элементов, изготовленных из тяжелых металлов, содержащих токсины, таких как перовскиты свинца.
Требования к освещению в теплице будут зависеть от географического положения и урожая. Хотя показано, что салат хорошо растет под ST-OSC, известно, что он является теневыносливой культурой.7 Для предприятий, которым требуется повышенное освещение, могут потребоваться альтернативные конструкции устройств ST-OSC и активные слои. Расположение теплицы также будет определять дневную солнечную радиацию, поступающую в теплицу, а также потребности помещения в обогреве и охлаждении. В этом разделе мы рассмотрим проектные соображения ST-OSC, которые влияют на растениеводство, выработку электроэнергии и тепловую нагрузку объекта.
Полный текст исследования доступен в Cell Reports. веб-сайт. Для получения дополнительной информации о других разработках продуктов NextGen Nano посетите веб-сайт компании. http://nextgen-nano.co.uk/.