Солнечные панели для фотосинтеза растений

08.01.2018

Одно из новых направление применения солнечных панелей является применение их в тепличных хозяйствах. Речь идет не о классическом применение энергии солнца для автономного отопления и электрификации оборудования и досветки, а о совершенно новом революционном способе применении:

Использование светоизменяющегося красителя для фотосинтеза растений

Таким образом, новые панели выполняют две функции:

1. Обеспечивает хозяйство электроэнергией.

2. Дает растениям необходимый солнечный свет для роста.

3. Меняет световой поток и предотвращает растения от перегрева и высушивания.

Эта идея принадлежит компании-производителю UC Santa Cruz.

© UC Santa Cruz
© UC Santa Cruz

Недавние проводимые исследования подтверждают, что солнечные панели LUMO компании Soliculture, которые генерируют электроэнергию и более эффективны чем обычные фотоэлектрические системы, положительно влияют на рост сельскохозяйственных культур и фактически повышают урожайность некоторых растений с уменьшением количества воды. Это немаловажный фактор для засушливых районов, или районов с малом количеством осадков.

Панели LUMO

Технология LSC была предметом исследований уже более 40 лет. Птицеводство является первой отраслью, которая полностью применило и развивает данную технологию.

Теплица, где проводились исследования в Калифорнийском университете, SANTA CRUZ
Теплица, где проводились исследования в Калифорнийском университете, SANTA CRUZ

Теплицы LUMO применяются в пчеловодстве, где они уже в течение более 4 лет генерируют энергию по всему миру.

LUMO - первые доступные для массового коммерческого применения люминесцентный солнечный коллектор (LSC) .

Технология

Кремниевые фотогальванические (PV) полоски с небольшим промежутком выкладываются на прозрачную стеклянную солнечную панель, которая в дальнейшем герметизируется. Таким образом, панель пропускает свет.

Ячейки панели при увеличении
Ячейки панели при увеличении

На заднюю сторону стекла наносят тонкий слой люминесцентного порошка, который улучшает качество светового потока, путем изменения длины волн с зеленого света на красный.

Панель LUMO-90, которую можно приобрести на сайте производителя
Панель LUMO-90, которую можно приобрести на сайте производителя

Оптимизированный световой спектр увеличивает производство энергии и способствует росту растений. Солнечные панели LUMO идеально подходят для покрытия теплицы, где требуется максимальная передача света.

Принцип технологии
Принцип технологии

Изменение светового потока для фотосинтеза

Основа технологии LUMO - это светоизлучающий краситель, который преобразует зеленый свет в красный. Красный свет обладает максимальной эффективностью для фотосинтеза растений. Абсорбция хлорофилла а и b, двух пигментов, обнаруженных в растениях, имеют решающее значение для фотосинтеза, подчеркивает тот факт, что растения поглощают синюю и красную часть спектра, а не зеленую.

UC Davis - всемирно известный университет сельскохозяйственных исследований и науки о растениеводстве. В 2015 году Soliculture совместно с профессором Юнисом Бассамом (Younis Bassam) установили теплицу LUMO в кампусе UC Davis. Компания Soliculture разработала две потенциальные панели LUMO следующего поколения, чтобы проверить их жизнеспособность и эффективность
UC Davis - всемирно известный университет сельскохозяйственных исследований и науки о растениеводстве. В 2015 году Soliculture совместно с профессором Юнисом Бассамом (Younis Bassam) установили теплицу LUMO в кампусе UC Davis. Компания Soliculture разработала две потенциальные панели LUMO следующего поколения, чтобы проверить их жизнеспособность и эффективность

При испытании растений и различных культур под панелями LUMO наблюдалось положительные реакции роста, включая увеличение урожайности, более быстрое время созревания и устойчивость к болезням.

При финансовой поддержке  корпорации по изменению климата (CCEMC),  Soliculture сотрудничала с Alberta Innovates Technology Futures для проведения исследований за пределами города Эдмонтона. Исследования проводились во всей провинции Альберты (Канада) в течение нескольких лет
При финансовой поддержке корпорации по изменению климата (CCEMC), Soliculture сотрудничала с Alberta Innovates Technology Futures для проведения исследований за пределами города Эдмонтона. Исследования проводились во всей провинции Альберты (Канада) в течение нескольких лет

Другим преимуществом PV панелей является их низкая стоимость, которая, как говорят, составляет около 65 центов на ватт, или на 40% меньше, чем у обычных солнечных панелей.

Майкл Лойк (Michael Loik, его выступление в ролике выше), профессор экологических исследований в Университете Санта-Круз (UC Santa Cruz), недавно опубликовал статью в журнале «Будущее Земли» ( Earth's Future).

WSPV - Вариационно-селективные фотогальванические системы (Wavelength-Selective Photovoltaic Systems)

В статье анализируется влияние роста растений при использовании WSPV технологии, которая представляет собой новое направление для декарбонизации пищевой системы и завершаются тем, что технология «должна способствовать развитию автоматизированных теплиц, которые максимально эффективно используют энергию солнца и воды при выращивании растительных продуктов питания в любых условиях».

Исследования на 5000 м2 в теплице, Залив Монтерей, Калифорния, США
Исследования на 5000 м2 в теплице, Залив Монтерей, Калифорния, США

По словам Лойка, большинство (80%) первых культур, выращенных в "пурпурных" теплицах - не пострадали, находясь под рассеянным спектром света панелей, а 20% «действительно улучшались».

После партнерства с компанией Kitayama Brothers, Inc. (KB Farms) на пробном участке теплицы площадью 5 000 кв. футов, в 2015 году компания Soliculture установила 10 кВт энергетическую систему LUMO. Система LUMO компенсирует часть электрической энергии ферме, что приводит к возврату инвестиций для компании
После партнерства с компанией Kitayama Brothers, Inc. (KB Farms) на пробном участке теплицы площадью 5 000 кв. футов, в 2015 году компания Soliculture установила 10 кВт энергетическую систему LUMO. Система LUMO компенсирует часть электрической энергии ферме, что приводит к возврату инвестиций для компании

Команда, возглавляемая Лойком, контролировала скорость фотосинтеза на производстве фруктов и 20 разных растений, включая помидоры, огурцы, клубнику, перец, базилик, лимоны и др., выращенные в трех разных местах под красными тепличными крышами.

Он отметил:

1. 20% растений росли более энергично.

2. 5% -ную экономию в использовании воды растениями томатов.

Мы продемонстрировали, что "умные теплицы" могут поглощать солнечную энергию для производства электричества без снижения роста растений, - что довольно интересно, заключил Лойк.

Теплицам необходим солнечный свет для растений, но им также необходима электроэнергия для запуска вентиляторов, датчиков, света, климатического оборудования, насосов.

Окупаемость

Количество парниковых газов за последние 20 лет увеличилось в 6 раз. Потребление электроэнергии для тепличного хозяйства только увеличивается.

В Южной Калифорнии панели LUMO были установлены в 2013 году. Испытывали более 800 растений огурца в 5-акровой теплице. Испытание продолжалось три цикла роста в течение года
В Южной Калифорнии панели LUMO были установлены в 2013 году. Испытывали более 800 растений огурца в 5-акровой теплице. Испытание продолжалось три цикла роста в течение года

Такие системы, как панели LUMO от компании Soliculture могут помочь поддерживать теплицы в рамках прибыльности, а данная технология поможет использовать теплицы в автономном режиме.

Согласно веб-сайту Soliculture, LUMO - первые в мире панели серийно выпускаемые с люминесцентным солнечным коллектором (LSC), а теплицы с установленными на них панелями уже генерируют электричество более 4 лет.

Срок окупаемости, как говорят, составляет от 3 до 7 лет с 20-летним производством электроэнергии, что может привести к экономии капитальных затрат на 20-30% по сравнению с обычной теплицей.