ทีมนักวิจัยจาก North Carolina State University ทำงานร่วมกับ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ NextGen Nano บริษัท (OPV) ได้แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์กึ่งโปร่งใส (OSCs) ลงในเรือนกระจกช่วยให้ผู้ปลูกสามารถผลิตไฟฟ้าและปลูกผักกาดหอมไปพร้อม ๆ กันซึ่งช่วยลดความต้องการพลังงานเรือนกระจกได้อย่างไร ผลที่ได้จะเป็นการวางรากฐานสำหรับการผลิตไฟฟ้าในการเพาะปลูกเรือนกระจกอย่างยั่งยืน
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน เซลล์รายงานวิทยาศาสตร์กายภาพพบว่าผักกาดแดงสามารถปลูกในโรงเรือนที่มี OSC ที่กรองความยาวคลื่นของแสงที่ใช้สร้างพลังงานแสงอาทิตย์ได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้แผงโซลาร์เซลล์แบบโปร่งใสในโรงเรือนเพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าที่สูง ในขณะที่ไม่ทำให้ผลผลิตพืชผลลดลง
ตลอดระยะเวลา 30 วัน กลุ่มผักกาดหอมสี่กลุ่มถูกปลูกภายใต้องค์ประกอบสีอ่อนที่ต่างกันโดยใช้ฟิลเตอร์ OSC ซึ่งรวมถึงกลุ่มควบคุมที่เปิดรับแสงสีขาวเต็มสเปกตรัม ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในน้ำหนักสดหรือปริมาณคลอโรฟิลล์ระหว่างกลุ่มควบคุมและกลุ่มทดลอง ซึ่งบ่งชี้ว่าการนำสเปกตรัมแสงบางส่วนที่เลือกสรรมาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไม่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืช จากนั้นความยาวคลื่นที่เก็บเกี่ยวได้สามารถนำมาใช้เป็นพลังงานให้กับระบบแสงสว่างที่ใช้พลังงานสูง การจัดการความร้อน และระบบชลประทานที่จำเป็นสำหรับการเพาะปลูกเรือนกระจก
ดร.คาร์ โฮ นักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัยของ NextGen Nano อธิบายว่า "เรือนกระจกใช้ปลูกพืชได้อย่างมาก เพราะมันเพิ่มผลผลิตอย่างมากในสภาพอากาศที่ไม่ใช่ของพื้นเมือง ในขณะที่ลดการใช้น้ำและการใช้สารกำจัดศัตรูพืชเมื่อเทียบกับการทำฟาร์มแบบเดิม" “แต่กระจกเรือนกระจกมีฉนวนกันความร้อนที่ไม่ดี ดังนั้นจำเป็นต้องติดตั้งระบบทำความร้อนและระบายอากาศเพื่อช่วยรักษาสภาพที่เหมาะสม นอกจากแสงเสริมแล้ว สิ่งนี้ยังนำไปสู่การใช้พลังงานจำนวนมากที่ไม่ยั่งยืน
“ด้วยการวิจัยนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ NCSU ได้ค้นพบวิธีการปลูกเรือนกระจกโดยไม่ต้องใช้พลังงานจำนวนมากซึ่งเกี่ยวข้องกับประเพณีดั้งเดิม” โฮกล่าวต่อ “ด้วยการใช้ OSC ที่มีการเคลือบด้วยแสงและคุณสมบัติการออกแบบที่เหมาะสม ผู้ปลูกสามารถจัดการการส่งผ่านแสง การผลิตพลังงาน และโหลดความร้อนในเรือนกระจกเพื่อผลผลิตสูงโดยใช้พลังงานต่ำ
การใช้สารเคลือบ DBR ไม่เพียงแต่ให้โอกาสในการเพิ่มการผลิตพลังงานเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อลดความร้อนสูงเกินไปในเรือนกระจกได้อีกด้วย เราแสดงให้เห็นว่าสำหรับเรือนกระจกในเมืองแซคราเมนโต รัฐแคลิฟอร์เนีย จำนวนชั่วโมงที่เรือนกระจกมีความร้อนสูงเกินไปสามารถลดลงจาก 280 เป็น 82 ชั่วโมงเมื่อใช้ OSC ที่มีการปรับ DBR เพื่อสะท้อนแสง NIR แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความต้องการพลังงาน แต่คาดว่าจะปรับปรุงการผลิตพืชผล
สุดท้าย การใช้อิเล็กโทรด OSC ที่สามารถทำหน้าที่เป็นสารเคลือบที่มีความเข้มข้นต่ำนั้นแสดงให้เห็นว่าช่วยลดภาระความร้อนของเรือนกระจกได้อย่างมาก การรวมผลกระทบที่น้อยที่สุดที่สังเกตได้จากผลผลิตของพืช ควบคู่ไปกับการผลิตพลังงานและการจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงด้วยการใช้ ST-OSC แนะนำว่าการรวม OSCs กับเรือนกระจกเป็นกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีที่จะบรรลุการเกษตรแบบเรือนกระจกที่มีความเข้มข้นสูงที่ยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อม
“จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนา OSC ที่สามารถเพิ่มผลผลิตในโรงเรือนได้ แต่งานวิจัยที่สนับสนุนโดย NextGen Nano ชี้ให้เห็นอย่างแน่นอนว่าการรวม OSCs เข้ากับการเพาะปลูกเรือนกระจกเป็นกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีที่จะบรรลุการเกษตรบนเรือนกระจกที่มีความเข้มข้นสูงอย่างยั่งยืนและยั่งยืน”
นอกจากการรองรับบทความนี้แล้ว NextGen Nano ยังได้พัฒนาอุปกรณ์ OPV ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรซึ่งสามารถนำมาใช้ในพลังงานแสงอาทิตย์รุ่นต่อไปได้ เทคโนโลยีนี้ทำมาจากพอลิเมอร์ชีวภาพที่ยืดหยุ่น ทนทาน และเป็นมิตรกับโลก โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทดแทนเซลล์แสงอาทิตย์ที่เปราะบางแบบดั้งเดิมซึ่งทำจากโลหะหนักที่มีสารพิษ เช่น ลีดเพอร์รอฟสกี้
ความต้องการแสงสว่างในเรือนกระจกจะขึ้นอยู่กับที่ตั้งทางภูมิศาสตร์และพืชผล แม้ว่าผักกาดหอมจะเติบโตได้ดีภายใต้ ST-OSC แต่ก็เป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นพืชที่ทนต่อร่มเงา7 สำหรับพืชที่ต้องการแสงสว่างมากขึ้น อาจจำเป็นต้องมีการออกแบบอุปกรณ์ ST-OSC ทางเลือกและเลเยอร์ที่ใช้งาน ตำแหน่งเรือนกระจกจะกำหนดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์รายวันที่เข้าสู่เรือนกระจกตลอดจนความต้องการความร้อนและความเย็นของพื้นที่ ในส่วนนี้ เราพิจารณาข้อควรพิจารณาในการออกแบบของ ST-OSC ที่ส่งผลต่อการผลิตพืชผล การผลิตไฟฟ้า และภาระความร้อนของโรงงาน
เอกสารการวิจัยฉบับเต็มสามารถเข้าถึงได้จาก Cell Reports เว็บไซต์. สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพัฒนาผลิตภัณฑ์อื่นๆ ของ NextGen Nano โปรดเยี่ยมชมเว็บไซต์ของบริษัท http://nextgen-nano.co.uk/.