Teymi vísindamanna við ríkisháskólann í Norður-Karólínu, sem vinnur með lífræn sólarfruma (OPV) fyrirtækið NextGen Nano, hefur sýnt fram á hvernig bæta hálfgagnsæjum lífrænum sólfrumum (OSCs) við gróðurhús leyfa ræktendum að framleiða rafmagn og rækta samtímis kál og draga úr orkuþörf gróðurhúsa. Niðurstöðurnar munu leggja grunn að orkuöflun í sjálfbærri gróðurhúsarækt.
Rannsóknirnar, sem birtar voru í Frumuskýrslur eðlisfræði, komist að því að hægt er að rækta rauðkál í gróðurhúsum með OSC sem sía út bylgjulengd ljóssins sem notað er til að framleiða sólarorku. Þetta sýnir fram á hagkvæmni þess að nota gagnsæ sólarplötur í gróðurhúsum til að uppfylla miklar raforkuþarfir þeirra, en draga ekki úr uppskeru.
Á 30 daga tímabili voru fjórir salathópar ræktaðir undir mismunandi ljóslitssamsetningum með OSC síum. Þetta náði til samanburðarhóps sem var útsett fyrir fullu litrófi hvítu ljósi. Ekki fannst marktækur munur á fersku þyngd eða blaðgrænuinnihaldi milli samanburðarhópsins og tilraunahópanna, sem bendir til þess að fjarlæging á sértækum hlutum ljóssviðsins sem þarf til að framleiða rafmagn hafi ekki áhrif á vöxt uppskerunnar. Uppskerðu bylgjulengdirnar gætu síðan verið notaðar til að knýja orkufrek lýsingu, hitastjórnun og áveitukerfi sem þarf til gróðurhúsaræktunar.
„Gróðurhús eru notuð til að rækta plöntur vegna þess að þau auka verulega uppskeru í loftslagi sem ekki er innfædd, en lækka vatnsnotkun og notkun skordýraeiturs samanborið við hefðbundinn búskap,“ útskýrði Carr Ho, rannsóknarfræðingur hjá NextGen Nano. „En gróðurhúsagleraugu er með slæm hitauppstreymi, þannig að setja þarf upp hita- og loftræstikerfi til að viðhalda bestu kjörum. Samhliða viðbótarlýsingu leiðir þetta til mikillar, ósjálfbærrar orkunotkunar.
„Með þessum rannsóknum hafa vísindamenn við NCSU fundið leið fyrir ræktun gróðurhúsa án þess að mikil orkuþörf sé jafnan tengd henni,“ hélt Ho áfram. „Með því að nota OSC með réttu sjónhúðun og hönnunaraðgerðum geta ræktendur stjórnað ljóssendingu, orkuöflun og hitauppstreymi í gróðurhúsi til að framleiða mikla framleiðslu við litla orkunotkun.
Notkun DBR húðar veitir ekki aðeins tækifæri til að auka orkuöflun heldur er einnig hægt að nota það til að draga úr þenslu í gróðurhúsinu. Við sýnum að fyrir gróðurhús í Sacramento í Kaliforníu er hægt að fækka þeim klukkustundum sem gróðurhúsið ofhitnar úr 280 í 82 klst þegar OSC er notað með DBR stilltri til að endurspegla NIR ljós. Þó að þetta hafi ekki mikil áhrif á orkuþörfina er búist við að það bæti framleiðslu á uppskeru.
Að síðustu var sýnt fram á að nota OSC rafskaut sem geta einnig virkað sem lágt ε húðun draga verulega úr hitunarálagi gróðurhússins. Að sameina lágmarksáhrif sem koma fram á framleiðni plantna, ásamt orkuöflun og bættri hitastjórnun með notkun ST-OSC, benda til þess að samþætting OSCs með gróðurhúsum sé vænleg stefna til að ná umhverfisvænni, háum styrkleiki, sem byggir á gróðurhúsum.
„Frekari rannsókna er þörf til að þróa OSC-efni sem geta aukið framleiðsluafrakstur í gróðurhúsum. En þær rannsóknir sem NextGen Nano styður benda vissulega til þess að samþætting OSCs í ræktun gróðurhúsa sé vænleg stefna til að ná fram sjálfbærum, háum styrk landbúnaði sem byggir á gróðurhúsum. “
Til viðbótar við stuðninginn við þessa grein hefur NextGen Nano þróað einkaleyfis OPV tæki sem hægt er að nota í næstu kynslóð sólarorku. Þessi tækni er gerð úr sveigjanlegum, öflugum, jarðvænum lífpólýmerum með það að markmiði að skipta um hefðbundnar brothættar sólfrumur úr eiturefnaþungum málmum, eins og blýperovskítum.
Ljósakröfur í gróðurhúsinu fara eftir landfræðilegri staðsetningu og uppskeru. Þó að það sé sýnt fram á að salatið vex vel undir ST-OSC, þá er vitað að það er skuggþolið uppskera.7 Fyrir plöntur sem gera meiri kröfur um lýsingu gæti verið þörf á annarri hönnun ST-OSC tækja og virkum lögum. Gróðurhúsastaðsetningin mun einnig fyrirskipa daglega sólgeislun sem kemur inn í gróðurhúsið sem og upphitunar- og kælingarþörf rýmisins. Í þessum kafla lítum við á ST-OSC hönnunarsjónarmið sem hafa áhrif á framleiðslu uppskeru, raforkuframleiðslu og hitauppstreymi aðstöðunnar.
Rannsóknarritið í heild sinni er aðgengilegt á Cell Reports vefsíðu.. Nánari upplýsingar um aðra þróun vöru NextGen Nano er að finna á vefsíðu fyrirtækisins http://nextgen-nano.co.uk/.