Исследователи продемонстрировали, что использование тонированных, полупрозрачных солнечных панелей может одновременно генерировать электроэнергию и производить питательные культуры, что приводит к более высоким перспективам дохода для фермеров и максимизации использования сельскохозяйственных земель.
Позволяя фермерам диверсифицировать свои инвестиционные портфели, эта новая система может обеспечить финансовую защиту от колебаний рыночных цен или изменений спроса и смягчить риски, связанные с ненадежностью климата. В более широком масштабе это может значительно увеличить мощность солнечного энергоснабжения для выработки электроэнергии, не влияя на сельскохозяйственное производство.
Это не первый случай, когда полупрозрачные солнечные панели используются для одновременного производства сельскохозяйственных культур и электроэнергии, техника, известная как агрофотовольтаика. Но в новой адаптации исследователи использовали оранжевые панели, чтобы максимально использовать длины волн (или цвета) света, которые могут проходить через них.
Тонированные солнечные панели поглощают синие и зеленые длины волн для выработки электроэнергии. Оранжевые и красные длины волн проходят через них, позволяя растениям внизу расти. В то время как культуры, выращенные в стандартных системах земледелия, получают менее половины своего общего света, цвета, которые проходят через панели, лучше всего подходят для их роста.
«Для такой дорогостоящей культуры, как базилик, ценность производства электроэнергии просто компенсирует потерю производства биомассы из тонированных солнечных панелей. Однако, когда такие культуры, как шпинат, имеют меньшую ценность, это имеет значительные финансовые преимущества. Об этом сказал ведущий исследователь доктор Паоло Бомбелли из департамента биохимии Кембриджского университета.
При нормальных условиях выращивания совокупная стоимость шпината и электроэнергии, произведенной с использованием тонированной сельскохозяйственной фотоэлектрической системы, на 35% выше, чем при выращивании одного только шпината. Для сравнения, общая финансовая выгода для базилика, выращенного таким образом, составляет всего 2,5%. В расчете используются текущие рыночные цены: базилик продается примерно в пять раз дороже шпината. Стоимость произведенной электроэнергии рассчитывается при условии, что она будет продана итальянской Национальной сети, которая провела исследование.
«Наши расчеты являются достаточно консервативной оценкой общей финансовой стоимости системы. На самом деле, если бы фермеры покупали электроэнергию из национальной сети для управления своими домами, выгоды были бы больше», - сказал профессор Кристофер Хоу из Калифорнийского университета, США. Кафедра биохимии Кембриджского университета также участвовала в исследовании.
Исследование показало, что базилик, выращенный под тонированными солнечными панелями, имел на 15 процентов более низкий товарный выход, а шпинат примерно на 26 процентов ниже, чем обычные условия выращивания. Тем не менее, корни шпината растут гораздо меньше, чем стебли и листья: доступно меньше света, и растение вкладывает энергию в выращивание «био-солнечных панелей», чтобы захватить свет.
Лабораторный анализ листьев шпината и базилика, выращенных под пластинами, показал, что оба имеют более высокие концентрации белка. Исследователи считают, что растения могут производить дополнительные белки для повышения их способности к фотосинтезу в условиях пониженного освещения. Чтобы приспособиться к уменьшенному свету, шпинат производит более длинные стебли, которые облегчают сбор урожая, поднимая листья из почвы.
«С точки зрения фермера, это выгодно, если ваша листовая зелень имеет более крупные листья, съедобную часть растения, которую можно продать. Поскольку глобальный спрос на белок продолжает расти, возможно увеличение белка в растительных культурах Технология содержания также будет очень полезной».
Ведущий автор исследования, доктор Элеонора Томпсон из Университета Гринвича, сказала: «С таким количеством культур, которые в настоящее время растут под каким-то прозрачным покрытием, нет потерь земли для дополнительного производства энергии с использованием цветных солнечных панелей».
Все зеленые растения преобразуют свет от солнца в химическую энергию, которая подпитывает их рост посредством фотосинтеза. Эксперименты проводились в Италии с использованием двух тестовых культур. Шпинат (Spinacia oleracea) представляет собой озимую культуру: он растет с меньшим количеством солнечного света и переносит холодную погоду. Базилик (Ocimum basilicum) представляет собой летнюю культуру, которая требует много света и более высоких температур.
В настоящее время исследователи обсуждают дальнейшие испытания системы, чтобы увидеть, насколько хорошо система работает на других культурах и как выращивание в основном под красным и оранжевым светом влияет на культуры на молекулярном уровне.