Екип от изследователи от Държавния университет в Северна Каролина, работещ с органична фотоволтаична клетка (OPV) компанията NextGen Nano демонстрира как добавянето на полупрозрачни органични слънчеви клетки (OSC) към оранжериите позволява на производителите да генерират електричество и едновременно да обработват маруля, намалявайки нуждите от парникова енергия. Резултатите ще поставят основите за производство на енергия в устойчивото отглеждане на оранжерии.
Изследването, публикувано в Cell Reports Physical Science, установи, че червената маруля може да се отглежда в оранжерии с OSC, които филтрират дължините на вълната на светлината, използвани за генериране на слънчева енергия. Това показва възможността да се използват прозрачни слънчеви панели в оранжериите, за да се изпълнят високите им нужди от електроенергия, като същевременно не се намали добивът от реколтата.
В продължение на 30-дневен период четири групи маруля бяха отглеждани под различни светли цветни състави с помощта на OSC филтри. Това включва контролна група, изложена на пълен спектър от бяла светлина. Не е установена значителна разлика в съдържанието на прясно тегло или хлорофил между контролната група и експерименталните групи, което предполага, че премахването на селективните части от светлинния спектър, необходими за генериране на електричество, не е повлияло растежа на реколтата. След това събраните дължини на вълните могат да се използват за захранване на енергоемките системи за осветление, управление на топлината и напояване, необходими за отглеждането в оранжерия.
„Оранжериите се използват за отглеждане на растения, тъй като те драстично увеличават добива в чужд климат, като същевременно намаляват консумацията на вода и употребата на пестициди в сравнение с конвенционалното земеделие“, обясни доктор Кар Хо, изследовател в NextGen Nano. „Но остъкляването в оранжерии има лоша топлоизолация, така че трябва да се инсталират отоплителни и вентилационни системи, за да се поддържат оптимални условия. Заедно с допълнителното осветление това води до големи, неустойчиви консумации на енергия.
„С това изследване учените от NCSU са намерили начин за оранжерийно отглеждане без големите енергийни нужди, традиционно свързани с него“, продължи Хо. „Използвайки OSC с правилните оптични покрития и конструктивни характеристики, производителите могат да управляват пропускането на светлина, производството на енергия и топлинните натоварвания в оранжерия за висока производителност при ниско енергийни нужди.
Използването на DBR покрития не само дава възможност за увеличаване на производството на енергия, но също така може да се използва за намаляване на прегряването в оранжерията. Ние показваме, че за оранжерия в Сакраменто, Калифорния, броят на часовете, които парникът прегрява, може да бъде намален от 280 на 82 часа при използване на OSC с DBR, настроен да отразява NIR светлината. Въпреки че това не оказва голямо влияние върху търсенето на енергия, се очаква да подобри производството на култури.
И накрая, беше показано, че използването на OSC електроди, които могат да функционират и като покрития с ниско ε, значително намалява нагряващото натоварване на оранжерията. Комбинирането на минималното въздействие, наблюдавано върху производителността на растенията, заедно с производството на електроенергия и подобреното управление на топлината с използването на ST-OSC, предполагат, че интегрирането на OSC с оранжерии е обещаваща стратегия за постигане на устойчиво в околната среда високоинтензивно парниково земеделие.
„Необходими са допълнителни проучвания за разработване на OSC, способни да увеличат добива в оранжериите. Но изследванията, подкрепени от NextGen Nano, със сигурност предполагат, че интегрирането на OSC в оранжерийното отглеждане е обещаваща стратегия за постигане на устойчиво, високоинтензивно оранжерийно земеделие. "
В допълнение към поддръжката на този документ, NextGen Nano разработи патентовано OPV устройство, което може да се използва в следващото поколение слънчева енергия. Тази технология е направена от гъвкави, здрави, щадящи Земята биополимери с цел да замени традиционните крехки слънчеви клетки, направени от тежки токсини метали, като оловни перовскити.
Изискванията за осветление в оранжерията ще зависят от географското местоположение и реколтата. Докато е показано, че марулята расте добре под ST-OSC, известно е, че е устойчива на сянка култура.7 За растения, които имат по-големи изисквания за осветление, може да са необходими алтернативни конструкции на ST-OSC устройства и активни слоеве. Мястото на оранжерията също ще диктува ежедневната слънчева радиация, влизаща в оранжерията, както и нуждите от отопление и охлаждане на пространството. В този раздел ние разглеждаме съображения за проектиране на ST-OSC, които засягат производството на култури, производството на електроенергия и топлинното натоварване на съоръжението.
Пълният изследователски документ е достъпен в Cell Reports уебсайт. За повече информация относно другите разработки на NextGen Nano посетете уебсайта на компанията http://nextgen-nano.co.uk/.