Вместо того, чтобы выделять землю исключительно под солнечные фермы, Абу Наджм, эксперт по биофизике почв Калифорнийского университета в Дэвисе, изучает, как полупрозрачные фотоэлектрические панели, установленные над сельскохозяйственными полями, можно настроить так, чтобы они поглощали и пропускали оптимальные полосы солнечного света для выработки значительной энергии, не останавливая развитие сельскохозяйственных культур, растущих под ними. В некоторых случаях панели могут даже повысить урожайность.
«По прогнозам ООН, к 2050 году человечеству потребуется примерно на 60 процентов больше еды, на 40 процентов больше воды и на 50 процентов больше энергии. Мы находимся на этапе, когда решение одной проблемы за раз не сработает. Нам нужно оптимизировать», — говорит Абу Наджм.
Попытки объединить солнечные технологии и сельское хозяйство, известные как агровольтаика, предпринимаются уже десять лет. В последние несколько лет некоторые исследователи начали изучать возможности использования фотоэлектрических панелей, которые пропускают свет, а не просто улавливают его и отбрасывают тень. Они намекнули на фантастическую возможность: повысить чистую эффективность и прибыльность системы за счет выработки энергии с более высокой энергией синей стороны солнечного спектра и пропускания более красного света, который предпочитают многие растения.
Это реальная возможность благодаря растущей доступности настраиваемых полупрозрачных солнечных панелей, изготовленных из полупроводниковых пленок или частиц. Исследователи из Университета Аризоны и нескольких израильских институтов, например, изучают агроэлектроэнергетику с использованием органических фотоэлектрических пленок, производимых компанией Armor Group , базирующейся в Нанте, Франция. Между тем, разработчик квантовых точек UbiQD из Лос-Аламоса, штат Нью-Мексико, использовал свои полупроводниковые частицы для производства прозрачных фотоэлектрических элементов.
Вклад Абу Наджма вместе с гидрологом Маттео Кампорезе из Университета Падуи в Италии является первой комплексной моделью роста, которая может предсказать спектральное разделение, которое максимизирует эффективность земли и воды для любой комбинации урожая, климата и солнечной панели.
Это сложная проблема с нелинейным взаимодействием между ключевыми компонентами, говорит Абу Наджм. Он добавляет, что оптимизация методом проб и ошибок замедлит развитие отрасли. «Это первая модель, которая может рассматривать все эти взаимодействия вместе и решать их одновременно с помощью набора уравнений». Модель была опубликована в прошлом месяце в Earth’s Future , журнале Американского геофизического союза.
Исследователи оценили свою модель, имитируя агроэлектрическое выращивание салата, базилика и клубники. Они подтвердили, что выращивание под более красным светом, как правило, снижает потребление воды и ускоряет рост, но обнаружили, что пропускание синего света дает оптимальные результаты.
Более поздние полевые исследования с профессором сельскохозяйственной инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе Андре Даккаче добавляют подтверждения. В предварительных экспериментах с использованием цветных фильтров в качестве замены полупрозрачного PV измеряли выращивание томатов в различных условиях. В настоящее время команда анализирует множество данных с датчиков, которые собирали данные во время испытания.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com