北卡羅來納州立大學的一組研究人員與 有機光伏電池 (OPV) 公司 NextGen Nano 已經展示瞭如何在溫室中添加半透明有機太陽能電池 (OSC) 使種植者能夠在發電的同時種植生菜,從而減少溫室能源需求。 研究結果將為可持續溫室種植髮電奠定基礎。
該研究發表於 細胞報告物理科學,發現紅萵苣可以在溫室中種植,其 OSC 可以過濾掉用於產生太陽能的光的波長。 這證明了在溫室中使用透明太陽能電池板來滿足其高電力需求同時不降低作物產量的可行性。
在 30 天的時間裡,四個生菜組在不同的淺色組合下使用 OSC 過濾器生長。 這包括一個暴露於全光譜白光的對照組。 沒有發現對照組和實驗組之間的鮮重或葉綠素含量有顯著差異,這表明去除發電所需的光譜的選擇性部分不會影響作物的生長。 收集到的波長隨後可用於為溫室栽培所需的能源密集型照明、熱管理和灌溉系統供電。
NextGen Nano 的研究科學家 Carr Ho 博士解釋說:“溫室被用來種植植物,因為它們在非原生氣候下大大提高了產量,同時與傳統農業相比降低了耗水量和殺蟲劑的使用。” “但溫室玻璃的隔熱性較差,因此需要安裝加熱和通風系統以幫助保持最佳條件。 與補充照明一起,這會導致大量的、不可持續的能源消耗。
“通過這項研究,NCSU 的科學家們找到了一種溫室種植方法,而無需傳統上與之相關的大量能源需求,”Ho 繼續說道。 “通過使用具有正確光學塗層和設計特徵的 OSC,種植者可以管理溫室中的光傳輸、發電和熱負荷,以低能耗實現高生產力。
DBR 塗料的使用不僅提供了增加發電量的機會,而且還可用於減少溫室中的過熱。 我們表明,對於加利福尼亞州薩克拉門託的溫室,當使用 OSC 和 DBR 調整為反射 NIR 光時,溫室過熱的小時數可以從 280 小時減少到 82 小時。 雖然這對能源需求沒有太大影響,但預計會提高作物產量。
最後,使用也可用作低 ε 塗層的 OSC 電極被證明可以顯著降低溫室的加熱負荷。 將觀察到的對植物生產力的最小影響、發電和改進的熱管理與 ST-OSC 的使用相結合,表明將 OSC 與溫室相結合是實現環境可持續的高強度溫室農業的有前途的戰略。
“需要進一步研究以開發能夠提高溫室產量的 OSC。 但 NextGen Nano 支持的研究肯定表明,將 OSC 整合到溫室栽培中是實現可持續、高強度溫室農業的有前途的戰略。”
除了對本文的支持外,NextGen Nano 還開發了一種可用於下一代太陽能的專利 OPV 裝置。 這項技術由靈活、堅固、對地球友好的生物聚合物製成,旨在取代由鉛鈣鈦礦等有毒重金屬製成的傳統脆性太陽能電池。
溫室中的照明需求將取決於地理位置和作物。 雖然生菜在 ST-OSC 下生長良好,但眾所周知,它是一種耐陰作物。7 對於具有更高照明需求的植物,可能需要替代 ST-OSC 設備設計和有源層。 溫室位置還將決定進入溫室的每日太陽輻射以及空間的加熱和冷卻需求。 在本節中,我們考慮影響作物生產、發電和設施熱負荷的 ST-OSC 設計考慮因素。
完整的研究論文可在 Cell Reports 上訪問 網站. 有關 NextGen Nano 其他產品開發的更多信息,請訪問公司網站 http://nextgen-nano.co.uk/.