Источник: news.ncsu.edu

Множество теплиц могут стать независимыми от электроэнергии благодаря просвечивающим солнечным панелям, поглощающим энергию — в первую очередь из тех длин световой волны, которые не используются растениями для фотосинтеза. Именно к таким результатам пришли инженеры, ботаники и физики Университета штата Северная Каролина в рамках нового исследования.

«Для фотосинтеза растения используют лишь некоторые длины световых волн, и наша идея заключается в создании теплиц, производящих энергию из этого неиспользованного света и пропускающих при этом большую часть фотосинтетических световых отрезков внутрь, — рассказал Брендан О’Коннор, один из авторов исследования и доцент кафедры машино-, авиа- и ракетостроения Университета штата Северная Каролина. — Мы сможем сделать это с помощью органических солнечных панелей, поскольку они позволят нам установить поглощаемый элементами световой спектр, и мы сможем сосредоточиться на использовании большинства длин волны, которые растения не используют. Однако, до настоящего момента нам не было до конца понятно, сколько энергии сможет захватить теплица, если в ней будут установлены эти полупрозрачные солнечные панели, пропускающие нужные отрезки волны».

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали вычислительную модель для оценки количества энергии, которое сможет производить теплица с полупрозрачными органическими панелями на крыше. Модель была разработана для оценки энергопотребления предприятий, производящих томаты в Аризоне, Северной Каролине и Висконсине.

«В теплицах очень много энергии тратится на отопление и охлаждение, поэтому при создании модели мы сконцентрировались на расчете энергетической нагрузки, необходимой для поддержания оптимального для роста томатов диапазона температур, — ответил О’Коннор. — Модель также рассчитала количество энергии, которое теплица будет производить в зависимости от расположения панелей на крыше».

Сложность моделирования заключается в поиске компромиссного соотношения между количеством энергии, генерируемым солнечными элементами, и количеством фотосинтетических отрезков света, пропускаемых ими. Проще говоря, чем большим количеством фотосинтетического роста готовы пожертвовать фермеры, тем большее количество энергии они смогут получить.

Кроме того, солнечные панели, используемые для этого анализа, являются эффективными изоляторами, поскольку они отражают инфракрасный свет. Это поможет сохранять в теплице прохладу летом и тепло зимой.

Был также сделан вывод, что во многих теплицах потери фотосинтетических отрезков могут быть небольшими. Особенно это касается теплиц в теплом или умеренном климатическом поясе.

Например, в Аризоне теплицы могут стать энергетически нейтральными — не требующими внешнего источника энергии — при блокировании лишь 10% фотосинтетического света. Однако, если производители готовы удерживать большее количество, они смогут получить в два раза больше энергии, чем необходимо для работы предприятия. В Северной Каролине теплица может стать энергетически независимой, блокируя 20% фотосинтетических световых отрезков. В Висконсине снять зависимость от внешних источников энергии с помощью полупрозрачных солнечных панелей невозможно — для поддержания температуры теплицы зимой нужно слишком много энергии. Тем не менее, солнечные батареи смогли удовлетворить около 46% энергетических потребностей производства.

«Хотя технология использует часть светового спектра, от которого зависят растения, мы думаем, влияние на рост культур будет незначительным, а компромиссное соотношение обретет финансовый смысл для производителей», — заявил О’Коннор.

Работа «Достижение полезной нулевой энергии теплиц путем интеграции полупрозрачных органических солнечных панелей» опубликована в научном журнале Joule. Ведущим автором работы является Эшвар Равишанкар, аспирант Университета штата Северная Каролина. Соавторами исследования выступили Кэрол Саравиц, руководитель University Phytotron Университета штата Северная Каролина, а также аспирант Рональд Бут, профессор биологии растений и микроорганизмов Хайке Седерофф и заслуженный профессор Гаральд Эйд. Исследование проводилось при финансовой поддержке Национального научного фонда, номер гранта 1639429.

Источник: Университет штата Северная Каролина