Tim istraživača sa Državnog univerziteta Sjeverne Karoline, koji radi sa organska fotonaponska ćelija (OPV) kompanija NextGen Nano demonstrirala je kako dodavanje poluprozirnih organskih solarnih ćelija (OSC) u plastenike omogućava uzgajivačima da proizvode električnu energiju i istovremeno uzgajaju salatu, smanjujući potrebe za stakleničkom energijom. Rezultati će postaviti temelje za proizvodnju električne energije u održivom uzgoju staklenika.
Istraživanje objavljeno u Izvještaji o ćelijama Fizička nauka, utvrdio je da se crvena salata može uzgajati u plastenicima sa OSC-ovima koji filtriraju talasne dužine svjetlosti koja se koristi za proizvodnju solarne energije. To pokazuje izvodljivost upotrebe prozirnih solarnih panela u staklenicima kako bi se ispunili njihovi visoki zahtjevi za električnom energijom, a da se istovremeno ne smanji prinos usjeva.
Tijekom razdoblja od 30 dana, četiri grupe salate uzgajane su pod različitim sastavima svijetlih boja pomoću OSC filtera. To je uključivalo kontrolnu grupu izloženu punom spektru bijele svjetlosti. Nije pronađena značajna razlika u svježoj težini ili sadržaju hlorofila između kontrolne grupe i eksperimentalnih grupa, što ukazuje na to da uklanjanje selektivnih dijelova svjetlosnog spektra potrebnih za proizvodnju električne energije nije utjecalo na rast usjeva. Ubrane talasne dužine tada bi se mogle koristiti za napajanje energetski intenzivnih sistema osvjetljenja, upravljanja toplotom i navodnjavanja potrebnih za uzgoj staklenika.
"Staklenici se koriste za uzgoj biljaka jer drastično povećavaju prinos u nenativnoj klimi, istovremeno smanjujući potrošnju vode i upotrebu pesticida u odnosu na konvencionalno uzgoj", objasnio je doktor Carr Ho, istraživač iz NextGen Nano. „Ali zastakljivanje staklenika ima lošu toplotnu izolaciju, pa je potrebno instalirati sisteme grijanja i ventilacije kako bi se održali optimalni uvjeti. Zajedno s dopunskim osvjetljenjem, ovo dovodi do velike, neodržive potrošnje energije.
"Ovim istraživanjem naučnici iz NCSU pronašli su način za uzgoj staklenika bez velikih energetskih potreba koje su tradicionalno povezane s njim", nastavio je Ho. „Korištenjem OSC-a s pravim optičkim premazima i dizajnerskim karakteristikama, uzgajivači mogu upravljati prijenosom svjetlosti, proizvodnjom energije i toplotnim opterećenjima u stakleniku za visoku produktivnost uz niskoenergetsku upotrebu.
Upotreba DBR premaza ne samo da pruža mogućnost povećanja 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-ovi s DBR-om podešenim da odražavaju NIR svjetlost. Iako ovo nema veliki utjecaj na potražnju za energijom, očekuje se da će poboljšati biljnu proizvodnju.
I na kraju, pokazalo se da upotreba OSC elektroda koje također mogu funkcionirati kao premazi s niskim ε značajno smanjuje grijanje opterećenja staklenika. Kombinacija minimalnog uticaja uočenog na produktivnost biljaka, zajedno sa proizvodnjom električne energije i poboljšanim upravljanjem toplotom uz upotrebu ST-OSC, sugeriraju da je integracija OSC sa staklenicima obećavajuća strategija za postizanje ekološki održive poljoprivrede zasnovane na staklenicima visokog intenziteta.
„Potrebna su dalja istraživanja za razvoj OSC-a sposobnih za povećanje prinosa proizvodnje u plastenicima. Ali istraživanje koje podržava NextGen Nano sigurno sugerira da je integracija OSC-a u uzgoj staklenika obećavajuća strategija za postizanje održive poljoprivrede zasnovane na staklenicima visokog intenziteta. "
Pored podrške za ovaj rad, NextGen Nano je razvio patentirani OPV uređaj koji se može koristiti u sljedećoj generaciji solarne energije. Ova tehnologija je napravljena od fleksibilnih, robusnih, zemljom prihvatljivih biopolimera s ciljem zamjene tradicionalnih lomljivih solarnih ćelija izrađenih od toksina teških metala, poput olovnih perovskita.
Zahtjevi za osvjetljenjem u stakleniku ovisit će o zemljopisnom položaju i usjevima. Iako se pokazuje da salata dobro raste pod ST-OSC-om, poznato je da je usjev otporan na sjene.7 Za biljke koje imaju veće zahtjeve za osvjetljenjem mogu biti potrebni alternativni dizajn ST-OSC uređaja i aktivni slojevi. Lokacija staklenika također će odrediti dnevno sunčevo zračenje koje ulazi u staklenik, kao i potrebe za grijanjem i hlađenjem prostora. U ovom dijelu razmatramo razmatranja dizajna ST-OSC koja utječu na proizvodnju usjeva, proizvodnju električne energije i toplinsko opterećenje objekta.
Kompletni istraživački rad dostupan je na Cell Reports sajt. Za više informacija o razvoju proizvoda NextGen Nano posjetite web stranicu kompanije http://nextgen-nano.co.uk/.