Un equip d'investigadors de la Universitat Estatal de Carolina del Nord, que treballa amb cèl·lula fotovoltaica orgànica (OPV) NextGen Nano, ha demostrat com afegir cèl·lules solars orgàniques (OSC) semitransparents als hivernacles permet als productors generar electricitat i conrear simultàniament enciam, reduint la demanda d'energia d'hivernacle. Els resultats establiran les bases per a la generació d'energia en el cultiu sostenible d'hivernacle.
La investigació, publicada a Informes cel·lulars Ciència física, va trobar que l'enciam vermell es pot cultivar en hivernacles amb OSC que filtren les longituds d'ona de la llum utilitzades per generar energia solar. Això demostra la viabilitat d'utilitzar panells solars transparents als hivernacles per satisfer les seves elevades demandes d'electricitat, sense reduir el rendiment del cultiu.
Durant un període de 30 dies, es van cultivar quatre grups d'enciam amb diferents composicions de color clar mitjançant filtres OSC. Això incloïa un grup de control exposat a un espectre complet de llum blanca. No es va trobar cap diferència significativa en el contingut de pes fresc o de clorofil·la entre el grup control i els grups experimentals, cosa que suggereix que l'eliminació de les porcions selectives de l'espectre de llum necessàries per generar electricitat no va afectar el creixement del cultiu. Aleshores, les longituds d'ona collides es podrien utilitzar per alimentar la il·luminació intensiva en energia, la gestió tèrmica i els sistemes de reg necessaris per al cultiu d'hivernacle.
"Els hivernacles s'utilitzen per cultivar plantes perquè augmenten dràsticament el rendiment en climes no autòctons, alhora que redueixen el consum d'aigua i l'ús de pesticides en comparació amb l'agricultura convencional", va explicar el doctor Carr Ho, investigador científic de NextGen Nano. "Però els vidres d'hivernacle tenen un aïllament tèrmic deficient, de manera que cal instal·lar sistemes de calefacció i ventilació per ajudar a mantenir les condicions òptimes. Juntament amb la il·luminació suplementària, això comporta uns consums d'energia grans i insostenibles.
"Amb aquesta investigació, els científics de la NCSU han trobat una manera de cultivar en hivernacle sense les grans demandes energètiques tradicionalment associades amb ella", va continuar Ho. "En utilitzar OSC amb els recobriments òptics i les característiques de disseny adequats, els productors poden gestionar la transmissió de la llum, la generació d'energia i les càrregues tèrmiques en un hivernacle per obtenir una alta productivitat amb usos de baix consum.
L'ús de recobriments DBR no només ofereix una oportunitat per augmentar la generació d'energia, sinó que també es pot utilitzar per reduir el sobreescalfament a l'hivernacle. Mostrem que per a un hivernacle a Sacramento, Califòrnia, el nombre d'hores que l'hivernacle sobreescalfa es pot reduir de 280 a 82 h quan s'utilitzen OSC amb un DBR ajustat per reflectir la llum NIR. Tot i que això no té un gran impacte en la demanda energètica, s'espera que millori la producció de cultius.
Finalment, es va demostrar que l'ús d'elèctrodes OSC que també poden funcionar com a recobriments de baix ε redueix significativament la càrrega de calefacció de l'hivernacle. La combinació de l'impacte mínim observat en la productivitat de les plantes, juntament amb la generació d'energia i la millora de la gestió tèrmica amb l'ús de ST-OSC, suggereix que la integració d'OSC amb hivernacles és una estratègia prometedora per aconseguir una agricultura d'hivernacle d'alta intensitat ambientalment sostenible.
"Es necessiten més investigacions per desenvolupar OSC capaços d'augmentar el rendiment de producció als hivernacles. Però la investigació recolzada per NextGen Nano sens dubte suggereix que la integració d'OSC al cultiu d'hivernacle és una estratègia prometedora per aconseguir una agricultura sostenible i d'alta intensitat basada en hivernacle".
A més del suport per a aquest document, NextGen Nano ha desenvolupat un dispositiu OPV patentat que es pot utilitzar en la propera generació d'energia solar. Aquesta tecnologia està feta de biopolímers flexibles, robusts i respectuosos amb la Terra amb l'objectiu de substituir les cèl·lules solars fràgils tradicionals fetes de metalls pesants de toxines, com les perovskites de plom.
Les demandes d'il·luminació a l'hivernacle dependran de la ubicació geogràfica i del cultiu. Tot i que es demostra que l'enciam creix bé sota els ST-OSC, se sap que és un cultiu tolerant a l'ombra.7 Per a les plantes que tenen una major demanda d'il·luminació, poden ser necessaris dissenys alternatius de dispositius ST-OSC i capes actives. La ubicació de l'hivernacle també dictarà la radiació solar diària que entra a l'hivernacle, així com les necessitats de calefacció i refrigeració de l'espai. En aquesta secció, considerem consideracions de disseny ST-OSC que afecten la producció de cultius, la generació d'electricitat i la càrrega tèrmica de la instal·lació.
El document de recerca complet és accessible a Cell Reports . Per obtenir més informació sobre els altres desenvolupaments de productes de NextGen Nano, visiteu el lloc web de l'empresa http://nextgen-nano.co.uk/.