Tutkijaryhmä Pohjois -Carolinan osavaltion yliopistossa työskentelee orgaaninen aurinkokenno (OPV) -yhtiö NextGen Nano on osoittanut, kuinka puoliläpinäkyvien orgaanisten aurinkokennojen (OSC) lisääminen kasvihuoneisiin antaa viljelijöille mahdollisuuden tuottaa sähköä ja samanaikaisesti viljellä salaattia, mikä vähentää kasvihuoneenergian tarvetta. Tulokset luovat perustan energiantuotannolle kestävässä kasvihuoneviljelyssä.
Tutkimus julkaistiin vuonna 2008 Soluraportit fysiikka, havaitsi, että punaista salaattia voidaan kasvattaa kasvihuoneissa, joissa on OSC -suodattimia, jotka suodattavat pois auringon sähkön tuottamiseen käytetyn valon aallonpituudet. Tämä osoittaa, onko läpinäkyvien aurinkopaneelien käyttö kasvihuoneissa mahdollista niiden korkean sähkönkulutuksen tyydyttämiseksi ilman, että sadon sato vähenee.
30 päivän aikana neljää salaattiryhmää kasvatettiin erilaisilla vaaleilla värikoostumuksilla käyttäen OSC-suodattimia. Tämä sisälsi kontrolliryhmän, joka oli alttiina tälle valkoiselle valolle. Merkittävää eroa tuorepainossa tai klorofyllipitoisuudessa kontrolliryhmän ja koeryhmien välillä ei havaittu, mikä viittaa siihen, että sähkön tuottamiseen tarvittavien valospektrin valikoivien osien poistaminen ei vaikuttanut sadon kasvuun. Kerättyjä aallonpituuksia voitaisiin sitten käyttää energiavaltaisiin valaistus-, lämmönhallinta- ja kastelujärjestelmiin, joita tarvitaan kasvihuoneviljelyyn.
"Kasvihuoneita käytetään kasvien kasvattamiseen, koska ne lisäävät jyrkästi satoa muualla kuin ilmastossa ja vähentävät samalla veden kulutusta ja torjunta-aineiden käyttöä tavanomaiseen viljelyyn verrattuna", selitti tohtori Carr Ho, NextGen Nanon tutkija. ”Kasvihuoneiden lasilla on kuitenkin huono lämmöneristys, joten lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmät on asennettava optimaalisten olosuhteiden ylläpitämiseksi. Lisävalaistuksen ohella tämä johtaa suuriin, kestämättömiin energiankulutuksiin.
"Tämän tutkimuksen avulla NCSU: n tutkijat ovat löytäneet tavan kasvihuoneviljelyyn ilman perinteisiä suuria energiavaatimuksia", jatkoi Ho. ”Käyttämällä OSC-laitteita, joilla on oikeat optiset pinnoitteet ja suunnitteluominaisuudet, viljelijät voivat hallita valonläpäisyä, sähköntuotantoa ja lämpökuormituksia kasvihuoneessa korkean tuottavuuden saavuttamiseksi pienellä energiankulutuksella.
DBR -pinnoitteiden käyttö tarjoaa paitsi mahdollisuuden lisätä sähköntuotantoa, mutta sitä voidaan käyttää myös kasvihuoneen ylikuumenemisen vähentämiseen. Osoitamme, että kasvihuoneessa Sacramentossa, Kaliforniassa, kasvihuoneen ylikuumenemisen tuntimäärä voidaan lyhentää 280 tunnista 82 tuntiin, kun käytetään OSC -laitteita, joiden DBR on viritetty heijastamaan NIR -valoa. Vaikka tällä ei ole suurta vaikutusta energian kysyntään, sen odotetaan parantavan satotuotantoa.
Lopuksi osoitettiin, että OSC-elektrodien käyttö, jotka voivat toimia myös matalan ε-pinnoitteina, vähentää merkittävästi kasvihuoneen lämmityskuormaa. Yhdistämällä laitoksen tuottavuuteen havaittu vähäinen vaikutus sekä sähköntuotanto ja parempi lämmönhallinta ST-OSC: n kanssa viittaavat siihen, että OSC: iden integroiminen kasvihuoneisiin on lupaava strategia ympäristön kannalta kestävän korkean intensiteetin kasvihuonepohjaisen maatalouden saavuttamiseksi.
”Tarvitaan lisätutkimuksia, jotta voidaan kehittää OSC -laitteita, jotka kykenevät lisäämään tuotantoa kasvihuoneissa. Mutta NextGen Nanon tukema tutkimus viittaa varmasti siihen, että OSC: iden sisällyttäminen kasvihuoneviljelyyn on lupaava strategia kestävän, korkeatehoisen kasvihuonepohjaisen maatalouden saavuttamiseksi. ”
Tämän paperin tuen lisäksi NextGen Nano on kehittänyt patentoidun OPV -laitteen, jota voidaan käyttää seuraavan sukupolven aurinkoenergiassa. Tämä tekniikka on valmistettu joustavista, kestävistä, ympäristöystävällisistä biopolymeereistä, joiden tarkoituksena on korvata perinteiset hauraat aurinkokennot, jotka on valmistettu myrkyllisistä raskasmetalleista, kuten lyijyperovskiteista.
Kasvihuoneen valaistustarpeet riippuvat maantieteellisestä sijainnista ja sadosta. Vaikka salaatin on osoitettu kasvavan hyvin ST-OSC: iden alla, sen tiedetään olevan varjoa sietävä sato.7 Kasveille, joilla on suurempia valaistusvaatimuksia, voidaan tarvita vaihtoehtoisia ST-OSC-laitemalleja ja aktiivisia kerroksia. Kasvihuoneen sijainti määrää myös kasvihuoneeseen saapuvan päivittäisen auringon säteilyn sekä tilan lämmitys- ja jäähdytystarpeet. Tässä osassa tarkastellaan ST-OSC-suunnittelun näkökohtia, jotka vaikuttavat viljelyyn, sähköntuotantoon ja laitoksen lämpökuormaan.
Koko tutkimuspaperi on saatavilla Cell Reports -raportissa verkkosivusto. Lisätietoja NextGen Nanon muista tuotekehityksistä on yhtiön verkkosivuilla http://nextgen-nano.co.uk/.