北卡罗来纳州立大学的一组研究人员与 有机光伏电池 (OPV) 公司 NextGen Nano 已经展示了如何在温室中添加半透明有机太阳能电池 (OSC) 使种植者能够在发电的同时种植生菜,从而减少温室能源需求。 结果将为可持续温室种植发电奠定基础。
该研究发表在 细胞报告物理科学,发现红莴苣可以在温室中种植,其 OSC 可以过滤掉用于产生太阳能的光的波长。 这证明了在温室中使用透明太阳能电池板来满足其高电力需求同时不降低作物产量的可行性。
在 30 天的时间里,四个生菜组在不同的浅色组合下使用 OSC 过滤器生长。 这包括一个暴露于全光谱白光的对照组。 没有发现对照组和实验组之间的鲜重或叶绿素含量有显着差异,这表明去除发电所需的光谱的选择性部分不会影响作物的生长。 收集到的波长随后可用于为温室栽培所需的能源密集型照明、热管理和灌溉系统供电。
NextGen Nano 的研究科学家 Carr Ho 博士解释说:“温室被用来种植植物,因为它们在非原生气候下大大提高了产量,同时与传统农业相比降低了耗水量和杀虫剂的使用。” “但温室玻璃的隔热性较差,因此需要安装加热和通风系统以帮助保持最佳条件。 与补充照明一起,这会导致大量的、不可持续的能源消耗。
“通过这项研究,NCSU 的科学家们找到了一种温室种植方法,而无需传统上与之相关的大量能源需求,”Ho 继续说道。 “通过使用具有正确光学涂层和设计特征的 OSC,种植者可以管理温室中的光传输、发电和热负荷,以低能耗实现高生产力。
DBR 涂料的使用不仅提供了增加发电量的机会,而且还可用于减少温室中的过热。 我们表明,对于加利福尼亚州萨克拉门托的温室,当使用 OSC 和 DBR 调整为反射 NIR 光时,温室过热的小时数可以从 280 小时减少到 82 小时。 虽然这对能源需求没有太大影响,但预计会提高作物产量。
最后,使用也可用作低 ε 涂层的 OSC 电极被证明可以显着降低温室的加热负荷。 将观察到的对植物生产力的最小影响、发电和改进的热管理与 ST-OSC 的使用相结合,表明将 OSC 与温室相结合是实现环境可持续的高强度温室农业的有前途的战略。
“需要进一步研究以开发能够提高温室产量的 OSC。 但 NextGen Nano 支持的研究肯定表明,将 OSC 整合到温室栽培中是实现可持续、高强度温室农业的有前途的战略。”
除了对本文的支持外,NextGen Nano 还开发了一种可用于下一代太阳能的专利 OPV 装置。 这项技术由灵活、坚固、对地球友好的生物聚合物制成,旨在取代由铅钙钛矿等有毒重金属制成的传统脆性太阳能电池。
温室中的照明需求将取决于地理位置和作物。 虽然生菜在 ST-OSC 下生长良好,但众所周知,它是一种耐阴作物。7 对于具有更高照明需求的植物,可能需要替代 ST-OSC 设备设计和有源层。 温室位置还将决定进入温室的每日太阳辐射以及空间的加热和冷却需求。 在本节中,我们考虑影响作物生产、发电和设施热负荷的 ST-OSC 设计考虑因素。
完整的研究论文可在 Cell Reports 上访问 官网. 有关 NextGen Nano 其他产品开发的更多信息,请访问公司网站 http://nextgen-nano.co.uk/.