«Мы были немного удивлены – реального снижения роста или здоровья растений не произошло», – говорит Хайке Седерофф, соавтор исследования и профессор биологии растений в Университете штата Северная Каролина. "Это означает, что идея интеграции прозрачных солнечных элементов в теплицы может быть реализована."
Поскольку растения не используют все длины волн света для фотосинтеза, исследователи изучали идею создания полупрозрачных органических солнечных элементов, которые в основном поглощают те длины волн света, на которые растения не полагаются, и включения этих солнечных элементов в теплицы. Ранее работа NC State была сосредоточена на том, сколько энергии могут производить теплицы, работающие на солнечной энергии.
В зависимости от конструкции теплицы и места ее расположения солнечные элементы могут сделать многие теплицы энергетически нейтральными – или даже позволить им вырабатывать больше энергии, чем они используют.
Но до сих пор было неясно, как эти полупрозрачные солнечные панели могут повлиять на тепличные культуры.
Чтобы решить эту проблему, исследователи выращивали урожай красного салата (Lactuca sativa) в тепличных камерах в течение 30 дней – от семян до полной зрелости. Условия выращивания, от температуры и воды до удобрений и концентрации CO2, были постоянными, за исключением света.
Контрольная группа салатов подвергалась воздействию полного спектра белого света. Остальные салаты были разделены на три экспериментальные группы.
Каждая из этих групп подвергалась воздействию света через различные типы фильтров, которые поглощали световые волны с длиной волны, эквивалентной тому, что поглощали бы разные типы полупрозрачных солнечных элементов.
«Общее количество света, падающего на фильтры, было одинаковым, но цветовой состав этого света был разным для каждой из экспериментальных групп», – говорит Харальд Аде, соавтор исследования и заслуженный профессор физики Goodnight Innovation. в штате Северная Каролина.
«В частности, мы изменили соотношение синего и красного света 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, исследователи обратили пристальное внимание на видимые характеристики, которые важны для производителей, бакалейщиков и потребителей, такие как количество листьев, размер листьев и вес салата. Но они также оценили маркеры здоровья растений и качества питания, такие как количество CO2, поглощаемое растениями, и уровни различных антиоксидантов.
«Мы не только не обнаружили значимой разницы между контрольной группой и экспериментальными группами, но и не обнаружили существенной разницы между различными фильтрами», – говорит Брендан О’Коннор, соавтор-корреспондент исследования и доцент. машиностроения и аэрокосмической техники в NC State.
«Также в ближайшее время будет проведена работа, в которой более подробно рассматриваются способы, которыми сбор света с различной длиной волны влияет на биологические процессы при выращивании салата, томатов и других культур», – говорит Седерофф.
«Это многообещающее будущее для теплиц на солнечной энергии», – говорит Аде. "Убедить производителей использовать эту технологию было бы серьезным аргументом, если бы произошла потеря производительности. Но теперь это простой экономический аргумент в пользу того, будут ли инвестиции в новые тепличные технологии компенсироваться производством энергии и экономией."
«Судя по количеству людей, которые связались со мной по поводу теплиц на солнечной энергии, когда мы публиковали предыдущие работы в этой области, многие производители проявляют большой интерес», – говорит О’Коннор. "Я думаю, что интерес будет только расти. Мы видели достаточно прототипов, подтверждающих правильность концепции, чтобы понять, что эта технология возможна в принципе, нам просто нужно увидеть, как компания делает рывок и начинает масштабное производство."
Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда в рамках грантов 1639429 и 1905901; Управление военно-морских исследований, гранты N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 и N00014-17-1-2204; Государственный университет Северной Каролины; и NextGen Nano Limited.