Растения хорошо растут в теплицах с солнечными элементами
Исследование показало, что салат можно выращивать в теплицах, которые фильтруют длины волн света, используемые для выработки солнечной энергии. Это демонстрирует возможность применения прозрачных солнечных панелей в теплицах для генерации электричества.
«Мы были немного удивлены — не было реального снижения роста или здоровья растений», — говорит Хайке Седерофф, соавтор исследования и профессор биологии растений в Университете Северной Каролины. — «Это означает, что идею интеграции прозрачных солнечных элементов в теплицы можно реализовать».
Поскольку растения используют для фотосинтеза не все длины волн света, исследователи изучали идею создания полупрозрачных органических солнечных элементов, которые поглощают в основном те длины волн, на которые растения не полагаются, и их интеграции в теплицы. Предыдущая работа была сосредоточена на том, сколько энергии могут производить такие теплицы. В зависимости от конструкции и местоположения, солнечные элементы могут сделать многие теплицы энергетически нейтральными или даже позволяют им генерировать больше энергии, чем они потребляют.
Но до сих пор не было ясно, как эти полупрозрачные панели могут повлиять на урожай.
Чтобы изучить этот вопрос, исследователи выращивали краснолистный салат (Lactuca sativa) в тепличных камерах в течение 30 дней — от семени до полной зрелости. Условия выращивания, от температуры и воды до удобрений и концентрации CO2, были постоянными — за исключением света.
Контрольная группа салата подвергалась воздействию полного спектра белого света. Остальной салат был разделен на три экспериментальные группы. Каждая из этих групп получала свет через разные типы фильтров, которые поглощали длины волн света, эквивалентные тем, что поглощают разные типы полупрозрачных солнечных элементов.
«Общее количество света, падающего на фильтры, было одинаковым, но цветовой состав этого света был разным для каждой экспериментальной группы», — говорит Харальд Аде, соавтор исследования.
«В частности, мы манипулировали соотношением синего света к красному свету во всех трех фильтрах, чтобы увидеть, как это влияет на рост растений», — говорит Седерофф.
Чтобы определить эффект удаления различных длин волн света, исследователи оценили множество характеристик растений. Например, они уделяли пристальное внимание видимым характеристикам, важным для производителей и потребителей, таким как количество листьев, их размер и вес салата. Но они также оценивали маркеры здоровья растений и питательной ценности, такие как количество поглощенного CO2 и уровни различных антиоксидантов.
«Мы не только не обнаружили существенной разницы между контрольной группой и экспериментальными группами, но и не нашли значимой разницы между разными фильтрами», — говорит Брендан О’Коннор, соавтор исследования.
«Также предстоящая работа более подробно исследует, как сбор различных длин волн света влияет на биологические процессы салата, томатов и других культур», — говорит Седерофф.
«Это обнадеживает для будущего солнечных теплиц», — говорит Аде. — «Убедить производителей использовать эту технологию было бы сложно, если бы это приводило к потере продуктивности. Но теперь это простой экономический аргумент о том, окупится ли инвестиции в новую технологию теплиц за счет производства энергии и экономии».
«Исходя из числа людей, которые связывались со мной по поводу солнечных теплиц после наших предыдущих работ, интерес со стороны производителей очень большой», — говорит О’Коннор. — «Думаю, этот интерес будет только расти. Мы видели достаточно прототипов, подтверждающих концепцию, чтобы знать, что эта технология осуществима в принципе; нам просто нужно, чтобы какая-то компания сделала рывок и начала массовое производство».
Статья «Балансирование производства сельскохозяйственных культур и сбора энергии в органических солнечных теплицах» будет опубликована 17 марта в журнале Cell Reports Physical Science.