Солнечные фермы и традиционное сельское хозяйство конкурируют за землю, и этот конфликт, скорее всего, будет только усугубляться по мере роста нашей потребности в обоих. Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе протестировали способ объединить эти два элемента, разместив полупрозрачные солнечные элементы на стеклянных крышах теплиц, и обнаружили, что они действительно могут улучшить рост растений внутри.
И теплицам, и солнечной энергетике нужно много солнечного света, поэтому неудивительно, что инженеры экспериментировали, встраивая их в одни и те же конструкции. Эксперименты показали, что это в основном беспроигрышная ситуация — полупрозрачные солнечные панели могут вырабатывать приличное количество электроэнергии, а также не лишать растения жизненно важного солнечного света. В некоторых случаях растения даже процветали там.
Для нового исследования, команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе внесла несколько изменений в существующий рецепт. Они начали с органических солнечных элементов, которые сделаны из углеродных материалов и могут быть превращены в прозрачные, гибкие солнечные элементы. Это звучит идеально для использования в теплицах, но недостатком является то, что эти органические материалы быстро разлагаются на солнце.
Поэтому команда добавила новый ингредиент — слой химического вещества под названием L-глутатион, чтобы предотвратить окисление и разрушение органических материалов. В ходе испытаний органические солнечные элементы как с этим защитным слоем, так и без него подвергались солнечному облучению в течение 1000 часов непрерывного использования. И действительно, те, у которых был дополнительный слой, сохранили более 84% своей первоначальной эффективности, в то время как те, у которых его не было, потеряли эффективность, которая упала за это время до 20%.
Затем, исследователи заставили солнечные батареи работать в модельных теплицах, выращивая пшеницу, бобы мунг и брокколи. Каждая культура выращивалась в одной из двух теплиц — одна с прозрачной стеклянной крышей, усеянной сегментами неорганических солнечных элементов, а другая с крышей, полностью состоящей из полупрозрачных органических солнечных элементов.
Органические элементы продемонстрировали эффективность преобразования энергии 13,5% и пропускали 21,5% видимого света. Но, кажется, этого было достаточно — растения в этих теплицах росли, на удивление, даже лучше, чем в традиционных. Команда предполагает, что это связано с тем, что слой L-глутатиона блокирует ультрафиолетовые лучи, которые могут повредить растения, и инфракрасные лучи, которые могут слишком сильно нагревать теплицу.
«Мы не ожидали, что органические солнечные элементы превзойдут обычные теплицы со стеклянной крышей», — сказал Йепин Чжао (Yepin Zhao), ведущий автор исследования. «Но мы повторили эксперименты несколько раз с теми же результатами, и после дальнейших исследований и анализа мы обнаружили, что растениям не нужно столько солнечного света для роста, как мы изначально думали. На самом деле, чрезмерное пребывание на солнце может принести больше вреда, чем пользы, особенно в таких климатических условиях, как в Калифорнии, где солнечного света в изобилии».
В настоящее время команда создала стартап для коммерческого увеличения производства этих органических солнечных элементов.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Sustainability.
Источник: UCLA.
