Et team af forskere ved North Carolina State University, der arbejder med organisk solcelle (OPV) -selskabet NextGen Nano, har demonstreret, hvordan tilføjelse af semi-transparente organiske solceller (OSC'er) til drivhuse gør det muligt for avlere at producere elektricitet og samtidig dyrke salat, hvilket reducerer drivhusenergibehovet. Resultaterne vil danne grundlag for elproduktion i bæredygtig drivhusdyrkning.
Forskningen, der blev offentliggjort i Cellerapporter Fysisk videnskab, fandt, at rød salat kan dyrkes i drivhuse med OSC'er, der filtrerer bort bølgelængderne af lys, der bruges til at generere solenergi. Dette viser muligheden for at bruge transparente solpaneler i drivhuse for at opfylde deres høje krav til elektricitet, uden at afgrødeudbyttet reduceres.
I løbet af en 30-dages periode blev fire salatgrupper dyrket under forskellige lyse farvesammensætninger ved hjælp af OSC-filtre. Dette omfattede en kontrolgruppe udsat for et fuldt spektrum af hvidt lys. Der blev ikke fundet nogen signifikant forskel i frisk vægt eller klorofylindhold mellem kontrolgruppen og forsøgsgrupperne, hvilket tyder på, at fjernelse af de selektive dele af lysspektrum, der er nødvendige for at generere elektricitet, ikke påvirker væksten af afgrøden. De høstede bølgelængder kunne derefter bruges til at drive den energiintensive belysning, termostyring og kunstvandingssystemer, der er nødvendige til drivhusdyrkning.
"Drivhuse bruges til at dyrke planter, fordi de drastisk øger udbyttet i ikke-indfødte klimaer, samtidig med at vandforbruget og pesticidforbruget sænkes i forhold til konventionelt landbrug," forklarede læge Carr Ho, forsker ved NextGen Nano. ”Men drivhusglas har dårlig varmeisolering, så varme- og ventilationssystemer skal installeres for at hjælpe med at opretholde optimale forhold. Sammen med supplerende belysning fører dette til store, uholdbare energiforbrug.
"Med denne forskning har forskere ved NCSU fundet en måde til drivhusdyrkning uden de store energibehov, der traditionelt er forbundet med det," fortsatte Ho. ”Ved at bruge OSC’er med de rigtige optiske belægninger og designfunktioner kan avlere styre lystransmission, elproduktion og termiske belastninger i et drivhus til høj produktivitet ved lavenergibrug.
Anvendelsen af DBR -belægninger giver ikke kun mulighed for at øge elproduktionen, men den kan også bruges til at reducere overophedning i drivhuset. Vi viser, at for et drivhus i Sacramento, Californien, kan antallet af timer, drivhuset overophedes, reduceres fra 280 til 82 timer, når man bruger OSC'er med en DBR indstillet til at reflektere NIR -lys. Selvom dette ikke har en stor indvirkning på energibehovet, forventes det at forbedre afgrødeproduktionen.
Endelig viste det sig, at man ved hjælp af OSC-elektroder, der også kan fungere som belægninger med lavt ε, reducerer drivhusets varmebelastning betydeligt. Kombination af den minimale effekt, der observeres på planteproduktivitet, sammen med elproduktion og forbedret termisk styring med brug af ST-OSC, tyder på, at integration af OSC'er med drivhuse er en lovende strategi for at opnå miljømæssigt bæredygtigt højintensivt drivhusbaseret landbrug.
”Yderligere forskning er nødvendig for at udvikle OSC’er, der er i stand til at øge produktionsudbyttet i drivhuse. Men forskningen støttet af NextGen Nano tyder bestemt på, at integration af OSC'er i drivhusdyrkning er en lovende strategi for at opnå bæredygtigt, højintensivt drivhusbaseret landbrug. "
Ud over støtten til dette papir har NextGen Nano udviklet en patenteret OPV -enhed, der kan bruges i den næste generation af solenergi. Denne teknologi er fremstillet af fleksible, robuste, jordvenlige biopolymerer med det formål at erstatte de traditionelle sprøde solceller fremstillet af toksin-tungmetaller, som blyperovskitter.
Belysningskravene i drivhuset afhænger af geografisk placering og afgrøde. Selvom salaten vokser godt under ST-OSC'erne, er den kendt for at være en skygge-tolerant afgrøde.7 For anlæg, der har større belysningskrav, kan alternative ST-OSC-enhedsdesign og aktive lag være nødvendige. Drivhusets placering vil også diktere den daglige solstråling, der kommer ind i drivhuset, samt rumets varme- og kølebehov. I dette afsnit overvejer vi ST-OSC-designovervejelser, der påvirker afgrødeproduktion, elproduktion og anlægets termiske belastning.
Det fulde forskningspapir er tilgængeligt på cellerapporterne hjemmeside. For mere information om NextGen Nanos andre produktudviklinger, besøg virksomhedens websted http://nextgen-nano.co.uk/.