研究发现植物在太阳能电池温室中生长良好

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Heike Sederoff hwsedero@ncsu.edu

哈拉尔德正面 harald_ade@ncsu.edu

Brendan O ' connor btoconno@ncsu.edu

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu

最近的一项研究表明，生菜可以在温室中种植，这种温室可以过滤用于产生太阳能的光的波长，这证明了在温室中使用透明太阳能电池板发电的可行性。

“我们有点惊讶——植物的生长或健康并没有真正减少，”该研究的共同通讯作者、北卡罗莱纳州立大学植物生物学教授Heike Sederoff说。“这意味着将透明太阳能电池集成到温室中的想法可以实现。”

由于植物并不是利用所有波长的光进行光合作用，研究人员已经探索了制造半透明有机太阳能电池的想法，这种太阳能电池主要吸收植物不依赖的波长的光，并将这些太阳能电池整合到温室中。北卡罗来纳州立大学早期的工作重点是太阳能温室能产生多少能量．根据温室的设计和位置，太阳能电池可以使许多温室保持能源中性，甚至允许它们产生比它们使用的更多的电力。

但是，直到现在，还不清楚这些半透明的太阳能电池板会如何影响温室作物。

为了解决这个问题，研究人员种植了红叶莴苣(摘要以)，在温室温室内放置30天，从种子到完全成熟。生长条件，从温度、水到肥料和CO₂浓度，都是恒定的——除了光。

对照组的生菜暴露在全光谱白光中。其余的莴苣被分成三个实验组。每一组都通过不同类型的滤光片暴露在阳光下，这些滤光片吸收的波长相当于不同类型的半透明太阳能电池吸收的波长。

“入射到滤光片上的光的总量是一样的，但每个实验组的光的颜色组成是不同的，”哈拉尔德·艾德说，他是该研究的共同通信作者，也是北卡州立大学晚安创新杰出物理学教授。

Sederoff说:“具体来说，我们操纵了这三种滤镜中的蓝光与红光的比例，以观察它是如何影响植物生长的。”

为了确定去除不同波长的光的效果，研究人员评估了一系列植物特征。例如，研究人员密切关注对种植者、食品商和消费者来说很重要的可见特征，如叶子的数量、叶子的大小和生菜的重量。但他们也评估了植物健康和营养质量的指标，比如植物吸收了多少二氧化碳和各种抗氧化剂的水平。

“我们不仅没有发现控制组和实验组之间有什么有意义的差异，而且我们也没有发现不同过滤器之间有任何显著的差异，”该研究的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授布兰登·奥康纳(Brendan O’connor)说。

Sederoff说:“还有一些即将进行的工作，将更详细地研究收获不同波长的光对莴苣、西红柿和其他作物的生物过程的影响。”

“这对太阳能温室的未来是有希望的，”艾德说。“如果产量下降，让种植者使用这种技术将是一个棘手的问题。但现在，对新温室技术的投资是否会被能源生产和节约所抵消，只是一个简单的经济争论。”

奥康纳说:“当我们发表之前在这个领域的研究成果时，有很多人联系我，问我有关太阳能温室的问题。根据这些人的数量，很多种植者对此很感兴趣。”“我认为这种兴趣只会增长。我们已经看到了足够多的概念原型，知道这项技术原则上是可行的，我们只需要看到一家公司迈出这一步，开始规模化生产。”

纸”,在有机太阳能温室中平衡作物生产和能源收集，”发表在杂志上细胞报告物理科学．这篇论文的共同作者是北卡罗来纳州立大学的博士生Melodi Charles和Eshwar Ravishankar。该论文由北卡罗来纳州立大学的研究助理熊元(音)共同撰写;北卡州立大学的博士研究生Reece Henry和Ronald Booth;詹妮弗·斯威夫特(Jennifer Swift)、约翰·卡莱罗(John Calero)和山姆·周(Sam Cho)，北卡州立大学的技术人员;北卡罗来纳州立大学的研究科学家Taesoo Kim;北卡罗来纳州立大学博士后秦云鹏、何海毅;北卡罗来纳州立大学材料科学与工程杰出教授frank So, Walter and Ida Freeman;Aram Amassian，北卡罗来纳州立大学材料科学与工程副教授;北卡罗来纳州立大学(NC State)植物生物学研究副教授卡罗尔·萨拉维茨(Carole Saravitz); Jeromy Rech and Wei You of the University of North Carolina at Chapel Hill; and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin of the Georgia Institute of Technology.

这项工作得到了美国国家科学基金会1639429和1905901的支持;海军研究办公室(Office of Naval Research)，资助项目:N00014-20-1-2183、N00014-17-1-2242和N00014-17-1-2204;北卡罗来纳州立大学;和NextGen Nano Limited。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“在有机太阳能温室中平衡作物生产和能源收集”

作者: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O 'Connor, North Carolina State University;北卡罗莱纳大学教堂山分校的Jeromy Rech和Wei You;佐治亚理工学院的亚历克斯·h·巴尔泽尔和娜塔莉·斯廷德林

发表: 3月17日,细胞报告物理科学

文摘:在温室结构中添加半透明有机太阳能电池(ST-OSCs)可以同时进行植物种植和发电，从而减少温室能源需求。然而，有必要确定这些系统对植物生长和室内气候的影响，并优化系统权衡。在本工作中，我们考虑了OSCs下的植物生长和系统相关设计。首先，我们评估了st -盐含量滤波器下红叶莴苣的生长，并比较了三种不同的盐含量活性层具有独特的透射率的影响。我们发现在这些盐含量过滤器下生长的莴苣的鲜重和叶绿素含量没有显著差异。此外，OSCs通过器件设计和光学涂层为温室进一步的光和热管理提供了机会。因此，OSCs可以影响植物生长，发电和温室的热负荷，这个设计交易空间被审查和例证。