Многие теплицы могут стать энергетически нейтральными, если использовать прозрачные солнечные панели для сбора энергии - в основном, из длин волн света, которые растения не используют для фотосинтеза. Таковы результаты нового модельного исследования, проведенного исследователями в области инженерии, биологии растений и физики в Университете штата Северная Каролина.
«Растения используют только некоторые длины волн света для фотосинтеза, и идея состоит в том, чтобы создать теплицы, которые производят энергию из этого неиспользованного света, пропуская при этом большую часть фотосинтетического диапазона света», - говорит Брендан О'Коннор, соответствующий автор исследования и адъюнкт-профессор машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина.«Мы можем сделать это, используя органические солнечные элементы, потому что они позволяют нам настраивать спектр света, который поглощает солнечный элемент, поэтому мы можем сосредоточиться на использовании в основном длин волн света, которые растения не используют. Однако до тех пор, пока теперь было неясно, сколько энергии может получить теплица, если в ней будут использоваться эти полупрозрачные, избирательные по длине волны органические солнечные элементы».
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали вычислительную модель, чтобы оценить, сколько энергии может производить теплица, если на ее крыше установлены полупрозрачные органические солнечные элементы, и будет ли этой энергии достаточно, чтобы компенсировать количество энергии, вырабатываемой теплицей. требуется для эффективной работы. Модель была разработана для оценки энергопотребления в теплицах, выращивающих помидоры, в Аризоне, Северной Каролине и Висконсине.
«Большая часть энергии в теплицах потребляется за счет обогрева и охлаждения, поэтому наша модель была сосредоточена на расчете энергетической нагрузки, необходимой для поддержания оптимального диапазона температур для роста томатов», - говорит О'Коннор.«Модель также рассчитала количество энергии, которую теплица будет производить в каждом месте, если на ее крыше будут размещены солнечные батареи».
Моделирование сложное, потому что существует сложный компромисс между количеством энергии, генерируемой солнечными батареями, и количеством света в полосе фотосинтеза, которую они пропускают. По сути, если производители готовы пожертвовать большим количеством фотосинтетического роста, они могут производить больше энергии.
Более того, солнечные элементы, используемые для этого анализа, являются эффективными изоляторами, поскольку они отражают инфракрасный свет. Это помогает сохранять прохладу в теплицах летом и удерживать больше тепла зимой.
Конечным результатом является то, что для многих операторов теплиц компромисс может оказаться незначительным. Особенно для теплиц в теплом или умеренном климате.
Например, в Аризоне теплицы могут стать энергетически нейтральными, не требующими внешнего источника энергии, при этом блокируя только 10% фотосинтетической полосы света. Однако, если производители захотят блокировать больше света для фотосинтеза, они смогут генерировать в два раза больше энергии, чем требуется для работы теплицы. В Северной Каролине теплица может стать нейтральной с точки зрения энергии, блокируя 20% фотосинтетического света. В Висконсине теплицы не могли стать энергетически нейтральными с помощью полупрозрачных солнечных батарей - поддержание тепла в теплице зимой требует слишком много энергии. Тем не менее, солнечные батареи могут удовлетворить до 46% потребности теплицы в энергии.
«Несмотря на то, что технология действительно использует некоторые из растений, на которые рассчитывают, мы считаем, что влияние на рост растений будет незначительным, и что компромисс будет иметь финансовый смысл для производителей», - говорит О'Коннор.