Un equipo de investigadores da North Carolina State University, traballando con célula fotovoltaica orgánica A compañía NextGen Nano (OPV) demostrou como a adición de células solares orgánicas semi-transparentes (OSC) aos invernadoiros permite aos produtores xerar electricidade e cultivar simultaneamente leitugas, reducindo as demandas de enerxía de efecto invernadoiro. Os resultados sentarán as bases para a xeración de enerxía no cultivo sostible de invernadoiro.
A investigación, publicada en Informes Células Ciencias Físicas, descubriron que a leituga vermella pódese cultivar en invernadoiros con OSC que filtran as lonxitudes de onda de luz usadas para xerar enerxía solar. Isto demostra a viabilidade de usar paneis solares transparentes en invernadoiros para satisfacer as súas elevadas demandas de electricidade, sen reducir o rendemento do cultivo.
Durante un período de 30 días, cultiváronse catro grupos de leitugas baixo diferentes composicións de cor clara usando filtros OSC. Isto incluía un grupo de control exposto a un espectro completo de luz branca. Non se atopou ningunha diferenza significativa no contido de peso fresco ou clorofila entre o grupo control e os grupos experimentais, o que suxire que a eliminación das porcións selectivas do espectro de luz necesarias para xerar electricidade non afectou o crecemento do cultivo. As lonxitudes de onda collidas poderían empregarse para alimentar os sistemas de iluminación, xestión térmica e rego intensivos en enerxía necesarios para o cultivo de invernadoiro.
"Os invernadoiros úsanse para cultivar plantas porque aumentan drasticamente o rendemento en climas non nativos, ao tempo que reducen o consumo de auga e o uso de pesticidas en comparación coa agricultura convencional", explicou o doutor Carr Ho, científico investigador de NextGen Nano. "Pero o acristalamento para invernadoiros ten un illamento térmico deficiente, polo que hai que instalar sistemas de calefacción e ventilación para manter as condicións óptimas. Xunto coa iluminación suplementaria, isto leva a grandes consumos de enerxía insostibles.
"Con esta investigación, os científicos de NCSU atoparon un xeito de cultivar invernadoiro sen as grandes demandas enerxéticas asociadas tradicionalmente a el", continuou Ho. "Usando OSC cos recubrimentos ópticos e as características de deseño adecuadas, os produtores poden xestionar a transmisión de luz, a xeración de enerxía e as cargas térmicas nun invernadoiro para unha alta produtividade con usos de baixa enerxía.
O uso de revestimentos DBR non só ofrece unha oportunidade para aumentar a xeración de enerxía, senón que tamén se pode usar para reducir o sobrecalentamento no invernadoiro. Demostramos que para un invernadoiro en Sacramento, California, o número de horas que o invernadoiro sobrecalienta pode reducirse de 280 a 82 h cando se usan OSC cun DBR sintonizado para reflectir a luz NIR. Aínda que isto non ten un grande impacto na demanda de enerxía, espérase que mellore a produción de cultivos.
Por último, demostrouse que o uso de electrodos OSC que tamén poden funcionar como revestimentos de baixa ε reduce significativamente a carga de calefacción do invernadoiro. A combinación do mínimo impacto observado na produtividade das plantas, xunto coa xeración de enerxía e a mellora da xestión térmica co uso de ST-OSC, suxiren que a integración de OSC con invernadoiros é unha estratexia prometedora para acadar unha agricultura baseada en invernadoiro de alta intensidade ambientalmente sostible.
"Necesítanse máis investigacións para desenvolver OSC capaces de aumentar o rendemento da produción en invernadoiros. Pero a investigación apoiada por NextGen Nano seguramente suxire que integrar OSC no cultivo de invernadoiro é unha estratexia prometedora para conseguir unha agricultura sustentable e de alta intensidade baseada en invernadoiro ".
Ademais do soporte para este traballo, NextGen Nano desenvolveu un dispositivo OPV patentado que se pode empregar na próxima xeración de enerxía solar. Esta tecnoloxía está feita a partir de biopolímeros flexibles, robustos e compatibles coa Terra co obxectivo de substituír as células solares fráxiles tradicionais feitas de metais pesados como toxinas, como as perovskitas de chumbo.
A demanda de iluminación no invernadoiro dependerá da situación xeográfica e do cultivo. Aínda que se demostra que a leituga crece ben baixo os ST-OSC, sábese que é un cultivo tolerante á sombra.7 Para plantas que teñan maiores demandas de iluminación, poden ser necesarios deseños de dispositivos ST-OSC alternativos e capas activas. A situación do invernadoiro tamén dictará a radiación solar diaria que entra no invernadoiro, así como as necesidades de calefacción e refrixeración do espazo. Nesta sección, consideramos consideracións de deseño ST-OSC que afectan á produción de cultivos, á xeración de electricidade e á carga térmica da instalación.
O traballo completo de investigación está dispoñible nos informes celulares . Para obter máis información sobre os outros produtos de NextGen Nano, visite o sitio web da compañía http://nextgen-nano.co.uk/.