Forscher haben gezeigt, dass die Verwendung von getönten, durchscheinenden Sonnenkollektoren gleichzeitig Strom erzeugen und nahrhafte Pflanzen produzieren kann, was zu höheren Einkommensaussichten für Landwirte führt und die landwirtschaftliche Landnutzung maximiert.
Indem es den Landwirten ermöglicht, ihre Anlageportfolios zu diversifizieren, könnte dieses neuartige System finanziellen Schutz vor Schwankungen der Marktpreise oder Nachfrageänderungen bieten und die mit der Unzuverlässigkeit des Klimawandels verbundenen Risiken mindern. In größerem Maßstab kann es die Solarstromversorgungskapazität zur Stromerzeugung erheblich erhöhen, ohne die landwirtschaftliche Produktion zu beeinträchtigen.
Dies ist nicht das erste Mal, dass halbtransparente Sonnenkollektoren verwendet wurden, um gleichzeitig Getreide und Elektrizität zu produzieren, eine Technik, die als Agrophotovoltaik bekannt ist. Aber in einer neuartigen Adaption verwendeten die Forscher orange getönte Panels, um das Beste aus den Wellenlängen (oder Farben) des Lichts zu machen, die durch sie hindurchgehen könnten.
Getönte Sonnenkollektoren absorbieren blaue und grüne Wellenlängen, um Strom zu erzeugen. Orange und rote Wellenlängen gehen durch, so dass die Pflanzen darunter wachsen können. Während Pflanzen, die in Standard-Anbausystemen angebaut werden, weniger als die Hälfte ihres Gesamtlichts erhalten, sind die Farben, die durch die Paneele gehen, diejenigen, die für ihr Wachstum am besten geeignet sind.
"Für eine hochwertige Ernte wie Basilikum gleicht der Wert der Stromerzeugung einfach den Verlust der Biomasseproduktion durch getönte Sonnenkollektoren aus. Wenn jedoch Kulturen wie Spinat von geringerem Wert sind, hat dies erhebliche finanzielle Vorteile. Dies sagte der leitende Forscher Dr. Paolo Bombelli von der Abteilung für Biochemie der Universität Cambridge.
Unter normalen Wachstumsbedingungen ist der kombinierte Wert von Spinat und Strom, der mit einer getönten landwirtschaftlichen PV-Anlage erzeugt wird, um 35% höher als der anbauende Spinat allein. Im Vergleich dazu beträgt der gesamte finanzielle Gewinn für das auf diese Weise angebaute Basilikum nur 2,5%. Bei der Berechnung werden aktuelle Marktpreise zugrunde gelegt: Basilikum verkauft sich etwa fünfmal so viel wie Spinat. Der Wert des erzeugten Stroms wird unter der Annahme berechnet, dass er an das italienische Nationale Stromnetz verkauft wird, das die Studie durchgeführt hat.
"Unsere Berechnungen sind eine ziemlich konservative Schätzung des finanziellen Gesamtwerts des Systems. In der Tat, wenn Landwirte Strom aus dem nationalen Netz kaufen würden, um ihre Häuser zu betreiben, wären die Vorteile größer ", sagte Professor Christopher Howe, University of California, USA. Das Department of Biochemistry der University of Cambridge war ebenfalls an der Forschung beteiligt.
Die Studie ergab, dass Basilikum, das unter getönten Sonnenkollektoren angebaut wurde, einen um 15 Prozent niedrigeren marktfähigen Ertrag und Spinat etwa 26 Prozent weniger als normale Wachstumsbedingungen hatte. Spinatwurzeln wachsen jedoch weit weniger als Stängel und Blätter: Weniger Licht ist verfügbar, und die Pflanze steckt Energie in den Anbau von "Bio-Sonnenkollektoren", um das Licht einzufangen.
Laboranalysen von Spinat- und Basilikumblättern, die unter den Platten angebaut wurden, zeigten, dass beide höhere Proteinkonzentrationen aufwiesen. Die Forscher glauben, dass Pflanzen zusätzliche Proteine produzieren können, um ihre Fähigkeit zur Photosynthese unter reduzierten Lichtverhältnissen zu verbessern. Um das reduzierte Licht aufzunehmen, produziert Spinat längere Stängel, die die Ernte erleichtern, indem die Blätter aus dem Boden gehoben werden.
"Aus der Sicht eines Landwirts ist es von Vorteil, wenn Ihr Blattgemüse größere Blätter hat, den essbaren Teil der Pflanze, der verkauft werden kann. Da die globale Nachfrage nach Protein weiter wächst, ist es auch möglich, Protein in Pflanzenkulturen zu erhöhen Die Content-Technologie wäre ebenfalls sehr vorteilhaft."
Die Hauptautorin der Studie, Dr. Eleanor Thompson von der University of Greenwich, sagte: "Bei so vielen Pflanzen, die derzeit unter einer Art transparenter Abdeckung wachsen, gibt es keinen Landverlust für zusätzliche Energieerzeugung mit farbigen Sonnenkollektoren. "
Alle grünen Pflanzen wandeln das Licht der Sonne in chemische Energie um, die ihr Wachstum durch Photosynthese antreibt. Die Experimente wurden in Italien mit zwei Testkulturen durchgeführt. Spinat (Spinacia oleracea) stellt eine Winterernte dar: Er wächst mit weniger Sonnenlicht und verträgt kaltes Wetter. Basilikum (Ocimum basilicum) stellt eine Sommerpflanze dar, die viel Licht und höhere Temperaturen benötigt.
Die Forscher diskutieren derzeit weitere Versuche des Systems, um zu sehen, wie gut das System auf anderen Kulturen funktioniert und wie sich der Anbau unter hauptsächlich rotem und orangefarbenem Licht auf die Pflanzen auf molekularer Ebene auswirkt.