Många växthus kan bli energineutrala genom att använda genomskinliga solpaneler för att skörda energi – främst från ljusets våglängder som växter inte använder för fotosyntes. Det är resultaten av en ny modellstudie utförd av ingenjör, växtbiologi och fysik forskare vid North Carolina State University.

"Växter använder bara vissa våglängder av ljus för fotosyntes, och tanken är att skapa växthus som gör energi från det oanvända ljuset samtidigt som det låter det mesta av det fotosyntetiska ljusbandet passera, " säger Brendan O'Connor, motsvarande författare till studien och en docent i maskin- och flygteknik vid NC State. "Vi kan göra detta genom att använda organiska solceller, eftersom de tillåter oss att ställa in ljusspektrumet som solcellen absorberar – så att vi kan fokusera på att använda mestadels våglängder av ljus som växter inte använder. Dock, tills nu var det inte klart hur mycket energi ett växthus kunde fånga om det använde dessa halvtransparenta, våglängdsselektiv, organiska solceller."

För att ta itu med den frågan, Forskare använde en beräkningsmodell för att uppskatta hur mycket energi ett växthus skulle kunna producera om det hade halvtransparenta organiska solceller på taket - och om det skulle vara tillräckligt med energi för att kompensera den mängd energi som växthuset krävs för att fungera effektivt. Modellen utvecklades för att uppskatta energianvändningen för växthus som odlar tomater på platser i Arizona, North Carolina och Wisconsin.

"En stor del av energianvändningen i växthus kommer från uppvärmning och kylning, så vår modell fokuserade på att beräkna energibelastningen som behövs för att upprätthålla det optimala temperaturintervallet för tomattillväxt, "O'Connor säger. "Modellen beräknade också mängden energi ett växthus skulle producera på varje plats när solceller placerades på taket."

Modelleringen är komplex eftersom det finns en komplicerad kompromiss mellan mängden energi som solcellerna genererar och mängden ljus i fotosyntesbandet som de tillåter att passera igenom. I grund och botten, om odlare är villiga att offra större mängder fotosyntetisk tillväxt, de kan generera mer kraft.

Vad mer, solcellerna som används för denna analys är effektiva isolatorer, eftersom de reflekterar infrarött ljus. Detta hjälper till att hålla växthus svalare på sommaren, samtidigt som den fångar mer värme på vintern.

Slutresultatet är att, för många växthusoperatörer, avvägningen kan vara liten. Särskilt för växthus i varma eller tempererade klimat.

Till exempel, i Arizona, växthusen skulle kunna bli energineutrala – som inte kräver någon extern kraftkälla – samtidigt som de blockerar bara 10 % av det fotosyntetiska ljusbandet. Dock, om odlare är villiga att blockera mer fotosyntetiskt ljus, de kunde generera dubbelt så mycket energi som de krävde för att driva växthuset. I North Carolina, ett växthus kan bli energineutralt samtidigt som det blockerar 20 % av det fotosyntetiska ljuset. I Wisconsin, växthus kunde inte bli energineutrala med de semitransparenta solcellerna – att hålla växthuset varmt på vintern kräver för mycket energi. Dock, solcellerna skulle kunna möta upp till 46 % av växthusets energibehov.

"Medan tekniken använder en del av de ljusa växter förlitar sig på, vi tror att effekten kommer att vara försumbar på växternas tillväxt – och att avvägningen kommer att vara ekonomiskt vettig för odlarna, " säger O'Connor.

Pappret, "Att uppnå nettonollenergiväxthus genom att integrera halvtransparenta organiska solceller, " publiceras i tidskriften Joule .