Tim istraživača na Državnom sveučilištu North Carolina, koji radi s organska fotonaponska ćelija (OPV) tvrtka NextGen Nano pokazala je kako dodavanje poluprozirnih organskih solarnih ćelija (OSC) u staklenike omogućuje uzgajivačima da proizvode električnu energiju i istovremeno uzgajaju zelenu salatu, smanjujući potrebe za energijom staklenika. Rezultati će postaviti temelje za proizvodnju energije u održivom uzgoju staklenika.
Istraživanje objavljeno u Izvješća o stanicama Fizička znanost, otkrili su da se crvena salata može uzgajati u staklenicima s OSC -ovima koji filtriraju valne duljine svjetlosti koja se koristi za proizvodnju solarne energije. Ovo pokazuje izvedivost korištenja prozirnih solarnih panela u staklenicima kako bi se ispunili njihovi visoki zahtjevi za električnom energijom, a da se pritom ne smanji prinos usjeva.
Tijekom razdoblja od 30 dana uzgajane su četiri grupe salate pod različitim sastavima svijetle boje pomoću OSC filtera. To je uključivalo kontrolnu skupinu izloženu punom spektru bijele svjetlosti. Nije pronađena značajna razlika u svježoj masi ili sadržaju klorofila između kontrolne i eksperimentalne skupine, što sugerira da uklanjanje selektivnih dijelova svjetlosnog spektra potrebnih za proizvodnju električne energije nije utjecalo na rast usjeva. Ubrane valne duljine tada bi se mogle koristiti za napajanje energetski intenzivnih sustava rasvjete, upravljanja toplinom i navodnjavanja potrebnih za uzgoj staklenika.
"Staklenici se koriste za uzgoj biljaka jer drastično povećavaju prinos u tuđim podnebljima, dok smanjuju potrošnju vode i upotrebu pesticida u usporedbi s konvencionalnom poljoprivredom", objasnio je doktor Carr Ho, znanstveni istraživač u NextGen Nano. “No stakleničko staklo ima lošu toplinsku izolaciju, pa je potrebno ugraditi sustave grijanja i ventilacije kako bi se održali optimalni uvjeti. Uz dodatnu rasvjetu, to dovodi do velike, neodržive potrošnje energije.
"Ovim istraživanjem znanstvenici s NCSU -a pronašli su način za uzgoj staklenika bez velikih zahtjeva za energijom koji su s njim tradicionalno povezani", nastavio je Ho. “Koristeći OSC-ove s pravim optičkim premazima i značajkama dizajna, uzgajivači mogu upravljati prijenosom svjetlosti, proizvodnjom energije i toplinskim opterećenjima u stakleniku za visoku produktivnost pri niskim potrošnjama energije.
Korištenje DBR premaza ne samo da daje priliku za povećanje proizvodnje energije, već se može koristiti i za smanjenje pregrijavanja u stakleniku. Pokazujemo da se za staklenik u Sacramentu u Kaliforniji broj sati pregrijavanja staklenika može smanjiti sa 280 na 82 sata kada se koriste OSC -i s DBR -om podešenim da reflektira NIR svjetlost. Iako to nema veliki utjecaj na potražnju energije, očekuje se poboljšanje proizvodnje usjeva.
Konačno, pokazalo se da upotreba OSC elektroda koje mogu funkcionirati i kao premazi s niskim ε značajno smanjuje zagrijavajuće opterećenje staklenika. Kombinirajući minimalan utjecaj na produktivnost biljaka, uz proizvodnju energije i poboljšano upravljanje toplinom uz upotrebu ST-OSC-a, sugerira se da je integracija OSC-a s staklenicima obećavajuća strategija za postizanje ekološki održive poljoprivrede visokog intenziteta staklenika.
“Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se razvili OSC -ovi sposobni povećati prinos proizvodnje u staklenicima. No, istraživanje koje podržava NextGen Nano zasigurno sugerira da je integriranje OSC-a u uzgoj staklenika obećavajuća strategija za postizanje održive poljoprivrede s visokim intenzitetom staklenika. ”
Osim podrške za ovaj rad, NextGen Nano razvio je patentirani OPV uređaj koji se može koristiti u sljedećoj generaciji solarne energije. Ova tehnologija izrađena je od fleksibilnih, robusnih biopolimera prihvatljivih za Zemlju s ciljem zamjene tradicionalnih krhkih solarnih ćelija napravljenih od toksina teških metala, poput olovnih perovskita.
Zahtjevi za rasvjetom u stakleniku ovisit će o zemljopisnom položaju i usjevu. Iako se pokazalo da salata dobro raste pod ST-OSC-ovima, poznato je da je usjev koji tolerira sjenu.7 Za biljke koje imaju veće zahtjeve za osvjetljenjem, mogu biti potrebni alternativni dizajni ST-OSC uređaja i aktivni slojevi. Položaj staklenika također će diktirati dnevno sunčevo zračenje koje ulazi u staklenik, kao i potrebe grijanja i hlađenja prostora. U ovom odjeljku razmatramo razmatranja dizajna ST-OSC-a koja utječu na proizvodnju usjeva, proizvodnju električne energije i toplinsko opterećenje objekta.
Cijeli istraživački rad dostupan je na Cell Reports web stranicu. Za više informacija o razvoju proizvoda NextGen Nano posjetite web stranicu tvrtke http://nextgen-nano.co.uk/.