Skupina raziskovalcev na državni univerzi Severne Karoline, ki sodeluje z organska fotovoltaična celica (OPV) podjetje NextGen Nano je pokazalo, kako dodajanje polprozornih organskih sončnih celic (OSC) v rastlinjake omogoča pridelovalcem, da proizvajajo električno energijo in hkrati gojijo solato, s čimer se zmanjšajo potrebe po energiji v toplogrednih plinih. Rezultati bodo postavili temelje za proizvodnjo električne energije v trajnostni pridelavi rastlinjakov.
Raziskava, objavljena v Poročila celic Fizična znanost, so ugotovili, da lahko rdečo solato gojimo v rastlinjakih z OSC, ki filtrirajo valovne dolžine svetlobe, ki se uporablja za proizvodnjo sončne energije. To dokazuje izvedljivost uporabe prozornih sončnih kolektorjev v rastlinjakih za izpolnjevanje njihovih visokih potreb po električni energiji, pri tem pa ne zmanjša pridelka.
V 30-dnevnem obdobju so bile štiri skupine solate gojene pod različnimi sestavami svetlih barv z uporabo OSC filtrov. To je vključevalo kontrolno skupino, izpostavljeno celotnemu spektru bele svetlobe. Med kontrolno skupino in poskusnimi skupinami niso ugotovili bistvene razlike v sveži teži ali vsebnosti klorofila, kar kaže na to, da odstranitev selektivnih delov svetlobnega spektra, potrebnega za proizvodnjo električne energije, ni vplivala na rast pridelka. Pobrane valovne dolžine bi lahko nato uporabili za napajanje energetsko intenzivne razsvetljave, toplotnega upravljanja in namakalnih sistemov, potrebnih za pridelavo rastlinjakov.
"V rastlinjakih se gojijo rastline, ker drastično povečajo pridelek v tujerodnem podnebju, hkrati pa zmanjšajo porabo vode in uporabo pesticidov v primerjavi s konvencionalnim kmetijstvom," je pojasnil doktor Carr Ho, raziskovalec pri NextGen Nano. »Vendar ima zasteklitev rastlinjakov slabo toplotno izolacijo, zato je treba namestiti sisteme za ogrevanje in prezračevanje, ki pomagajo ohranjati optimalne pogoje. Skupaj z dodatno razsvetljavo to vodi do velike, netrajnostne porabe energije.
"S to raziskavo so znanstveniki na NCSU našli način za gojenje v rastlinjakih brez velikih energetskih potreb, ki so tradicionalno povezane s tem," je nadaljeval Ho. »Z uporabo OSC s pravimi optičnimi premazi in oblikovnimi značilnostmi lahko pridelovalci upravljajo prenos svetlobe, proizvodnjo električne energije in toplotne obremenitve v rastlinjaku za visoko produktivnost pri nizki porabi energije.
Uporaba premazov DBR ne zagotavlja le priložnosti za povečanje proizvodnje električne energije, ampak se lahko uporablja tudi za zmanjšanje pregrevanja v rastlinjaku. Pokazali smo, da se lahko za rastlinjak v Sacramentu v Kaliforniji število ur, v katerih se rastlinjak pregreje, zmanjša z 280 na 82 ur, če uporabljate OSC z DBR, nastavljenim tako, da odraža svetlobo NIR. Čeprav to nima velikega vpliva na povpraševanje po energiji, se pričakuje, da bo izboljšalo pridelavo pridelkov.
Nazadnje se je izkazalo, da uporaba OSC elektrod, ki lahko delujejo tudi kot premazi z nizko ε, znatno zmanjša ogrevalno obremenitev rastlinjaka. Kombinacija minimalnega opaženega vpliva na produktivnost rastlin, skupaj s proizvodnjo električne energije in izboljšanim upravljanjem toplote z uporabo ST-OSC, kaže, da je integracija OSC s rastlinjaki obetavna strategija za doseganje okoljsko trajnostnega visokointenzivnega kmetijstva, ki temelji na rastlinjakih.
»Potrebne so nadaljnje raziskave za razvoj OSC, ki lahko povečajo pridelek proizvodnje v rastlinjakih. Toda raziskave, ki jih podpira NextGen Nano, zagotovo kažejo, da je vključevanje OSC v gojenje v rastlinjakih obetavna strategija za doseganje trajnostnega visokointenzivnega kmetijstva, ki temelji na rastlinjakih.
Poleg podpore za ta dokument je NextGen Nano razvil patentirano napravo OPV, ki se lahko uporablja v naslednji generaciji sončne energije. Ta tehnologija je izdelana iz fleksibilnih, robustnih, Zemlji prijaznih biopolimerov z namenom nadomestiti tradicionalne krhke sončne celice, izdelane iz toksinov težkih kovin, kot so svinčeni perovskiti.
Potrebe po razsvetljavi v rastlinjaku bodo odvisne od geografske lege in pridelka. Medtem ko je dokazano, da solata dobro uspeva pod ST-OSC, je znano, da je pridelek, odporen na senco.7 Za rastline, ki imajo večje zahteve po osvetlitvi, bodo morda potrebne alternativne zasnove ST-OSC naprav in aktivni sloji. Lokacija rastlinjaka bo narekovala tudi dnevno sončno sevanje, ki vstopa v rastlinjak, ter potrebe po ogrevanju in hlajenju prostora. V tem razdelku obravnavamo vidike oblikovanja ST-OSC, ki vplivajo na pridelavo pridelkov, proizvodnjo električne energije in toplotno obremenitev objekta.
Celotna raziskovalna naloga je dostopna na Cell Reports spletna stran. Za več informacij o drugih razvojih izdelkov NextGen Nano obiščite spletno mesto podjetja http://nextgen-nano.co.uk/.