Многие теплицы могут стать энергетически нейтральными, используя прозрачные солнечные панели для сбора энергии-в первую очередь из длин волн света, которые растения не используют для фотосинтеза. Таковы результаты нового модельного исследования, проведенного инженерами, исследователями 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 делают энергию из этого неиспользуемого света, позволяя проходить через большую часть фотосинтетической полосы света", - говорит Брендан О'Коннор, соответствующий автор исследования и доцент механического и аэрокосмического машиностроения в штате НК."Мы можем сделать это с помощью органических солнечных элементов, потому что они позволяют нам настраивать спектр света, который поглощает солнечный элемент—поэтому мы можем сосредоточиться на использовании в основном длин волн света то, что растения не используют. Однако до сих пор не было ясно, сколько энергии может захватить теплица, если она использует эти полупрозрачные, избирательные по длине волны органические солнечные элементы."
Чтобы решить этот вопрос, исследователи использовали вычислительную модель, чтобы оценить, сколько энергии теплица может произвести, если у нее есть полупрозрачные органические солнечные элементы на крыше—и будет ли этого достаточно, чтобы компенсировать количество энергии, необходимое теплице для эффективной работы. Модель была разработана для оценки энергопотребления теплиц, в которых выращивают помидоры, в районах Аризоны, Северной Каролины и Висконсина.
"Большая часть потребляемой энергии в теплицах происходит от нагрева и охлаждения, поэтому наша модель ориентирована на расчет энергетической нагрузки, необходимой для поддержания оптимального температурного диапазона для роста томатов", - говорит О'Коннор. "Модель также рассчитала количество энергии, которую теплица будет производить в каждом месте, когда солнечные батареи будут размещены на ее крыше."
Моделирование является сложным, потому что существует сложный компромисс между количеством энергии, которую генерируют солнечные элементы, и количеством света в фотосинтетической полосе, через которую они позволяют проходить. В принципе, если садоводы готовы пожертвовать большим количеством фотосинтетического роста, они могут генерировать больше энергии.
Более того, солнечные элементы, используемые для этого анализа, являются эффективными изоляторами, потому что они отражают инфракрасный свет. Это помогает держать парники более холодным летом, пока поглощающ больше тепла в зиме.
Конечный результат заключается в том, что для многих операторов теплиц этот компромисс может быть незначительным. Особенно для теплиц в теплом или умеренном климате.
Например, в Аризоне теплицы могут стать энергетически нейтральными—не требуя никакого внешнего источника энергии—при блокировании только 10% фотосинтетической полосы света. Однако, если садоводы готовы блокировать больше фотосинтетического света, они могут генерировать вдвое больше энергии, чем им требуется для работы в теплице. В Северной Каролине теплица может стать энергетически нейтральной, блокируя 20% фотосинтетического света. В Висконсине теплицы не могли стать энергетически нейтральными с помощью полупрозрачных солнечных элементов—поддержание теплицы теплой зимой требует слишком много энергии. Однако, солнечные батареи смогли соотвествовать до 46% из потребности энергии парника.
"Хотя технология действительно использует некоторые из легких растений, на которые полагаются, мы думаем, что влияние будет незначительным на рост растений—и что компромисс будет иметь финансовый смысл для производителей",-говорит О'Коннор.
Статья "достижение чистых нулевых энергетических теплиц путем интеграции полупрозрачных органических солнечных элементов" опубликована в журнале Joule .
techxplore.com
