فريق من الباحثين في جامعة ولاية كارولينا الشمالية يعملون مع الخلايا الكهروضوئية العضوية أثبتت شركة NextGen Nano (OPV) كيف أن إضافة خلايا شمسية عضوية شبه شفافة (OSCs) إلى البيوت الزجاجية تسمح للمزارعين بتوليد الكهرباء وزراعة الخس في نفس الوقت ، مما يقلل من متطلبات الطاقة المسببة للاحتباس الحراري. ستضع النتائج الأساس لتوليد الطاقة في الزراعة المستدامة للاحتباس الحراري.
البحث المنشور في تقارير الخلية العلوم الفيزيائية، وجد أن الخس الأحمر يمكن زراعته في البيوت الزجاجية مع OSCs التي ترشح الأطوال الموجية للضوء المستخدم لتوليد الطاقة الشمسية. يوضح هذا جدوى استخدام الألواح الشمسية الشفافة في البيوت البلاستيكية لتلبية متطلباتها العالية من الكهرباء ، مع عدم تقليل غلة المحاصيل.
على مدار 30 يومًا ، تمت زراعة أربع مجموعات من الخس تحت تركيبات ألوان فاتحة مختلفة باستخدام مرشحات OSC. وشمل ذلك مجموعة تحكم تعرضت لطيف كامل من الضوء الأبيض. لم يتم العثور على فرق كبير في الوزن الطازج أو محتوى الكلوروفيل بين المجموعة الضابطة والمجموعات التجريبية ، مما يشير إلى أن إزالة الأجزاء الانتقائية من الطيف الضوئي اللازم لتوليد الكهرباء لم يؤثر على نمو المحصول. يمكن بعد ذلك استخدام الأطوال الموجية المحصودة لتشغيل الإضاءة كثيفة الطاقة والإدارة الحرارية وأنظمة الري اللازمة لزراعة الدفيئة.
أوضح الدكتور كار هو ، عالم الأبحاث في NextGen Nano: "تُستخدم البيوت الزجاجية لزراعة النباتات لأنها تزيد بشكل كبير من العائد في المناخات غير الأصلية ، مع تقليل استهلاك المياه واستخدام المبيدات الحشرية مقارنة بالزراعة التقليدية". "لكن تزجيج الصوبات الزجاجية له عزل حراري ضعيف ، لذلك يجب تركيب أنظمة التدفئة والتهوية للمساعدة في الحفاظ على الظروف المثلى. إلى جانب الإضاءة التكميلية ، يؤدي هذا إلى استهلاك كبير وغير مستدام للطاقة.
"مع هذا البحث ، وجد العلماء في NCSU طريقة لزراعة الدفيئة دون متطلبات الطاقة الكبيرة المرتبطة بها تقليديًا ،" تابع هو. "من خلال استخدام OSCs مع الطلاء البصري المناسب وميزات التصميم ، يمكن للمزارعين إدارة نقل الضوء وتوليد الطاقة والأحمال الحرارية في الدفيئة لتحقيق إنتاجية عالية باستخدامات منخفضة الطاقة.
لا يوفر استخدام طلاءات DBR فرصة لزيادة توليد الطاقة فحسب ، بل يمكن استخدامه أيضًا لتقليل ارتفاع درجة الحرارة في الدفيئة. نوضح أنه بالنسبة لبيت زجاجي في ساكرامنتو ، كاليفورنيا ، يمكن تقليل عدد الساعات التي ترتفع فيها درجة حرارة الدفيئة من 280 إلى 82 ساعة عند استخدام OSCs مع ضبط DBR ليعكس ضوء NIR. في حين أن هذا ليس له تأثير كبير على الطلب على الطاقة ، فمن المتوقع أن يؤدي إلى تحسين إنتاج المحاصيل.
أخيرًا ، فإن استخدام أقطاب OSC التي يمكن أن تعمل أيضًا كطلاءات منخفضة يقلل بشكل كبير من حمل التدفئة في الدفيئة. إن الجمع بين الحد الأدنى من التأثير الملاحظ على إنتاجية النبات ، إلى جانب توليد الطاقة وتحسين الإدارة الحرارية مع استخدام ST-OSC ، يشير إلى أن دمج OSCs مع البيوت الزجاجية هو استراتيجية واعدة لتحقيق الزراعة المستدامة بيئيًا عالية الكثافة القائمة على الصوبات الزراعية.
هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتطوير OSCs القادرة على زيادة إنتاجية البيوت البلاستيكية. لكن البحث المدعوم من NextGen Nano يشير بالتأكيد إلى أن دمج OSCs في زراعة الدفيئة هو استراتيجية واعدة لتحقيق الزراعة المستدامة عالية الكثافة القائمة على الاحتباس الحراري. "
بالإضافة إلى دعم هذه الورقة ، قام NextGen Nano بتطوير جهاز OPV الحاصل على براءة اختراع والذي يمكن استخدامه في الجيل التالي من الطاقة الشمسية. هذه التكنولوجيا مصنوعة من بوليمرات حيوية مرنة وقوية وصديقة للأرض بهدف استبدال الخلايا الشمسية التقليدية الهشة المصنوعة من المعادن الثقيلة السامة ، مثل بيروفسكايت الرصاص.
ستعتمد متطلبات الإضاءة في الدفيئة على الموقع الجغرافي والمحصول. بينما يظهر أن الخس ينمو بشكل جيد في ظل الخلايا الشمسية العضوية الثابتة ST-OSCs ، فمن المعروف أنه محصول يتحمل الظل.7 بالنسبة للمصانع التي تتطلب إضاءة أكبر ، قد تكون هناك حاجة إلى تصميمات بديلة لجهاز ST-OSC وطبقات نشطة. سيحدد موقع الدفيئة أيضًا الإشعاع الشمسي اليومي الذي يدخل الدفيئة بالإضافة إلى احتياجات التدفئة والتبريد للمساحة. في هذا القسم ، نأخذ في الاعتبار اعتبارات تصميم ST-OSC التي تؤثر على إنتاج المحاصيل وتوليد الكهرباء والحمل الحراري للمنشأة.
ورقة البحث الكاملة يمكن الوصول إليها في تقارير الخلية موقع الكتروني. لمزيد من المعلومات حول تطورات منتجات NextGen Nano الأخرى ، قم بزيارة موقع الشركة على الويب http://nextgen-nano.co.uk/.