Une équipe de chercheurs de la North Carolina State University, travaillant avec cellule photovoltaïque organique (OPV) NextGen Nano, a démontré comment l'ajout de cellules solaires organiques semi-transparentes (OSC) aux serres permet aux producteurs de produire de l'électricité et de cultiver simultanément de la laitue, réduisant ainsi la demande en énergie des serres. Les résultats jetteront les bases de la production d'électricité dans le cadre d'une culture en serre durable.
La recherche, publiée dans Cell Reports Science physique, ont découvert que la laitue rouge peut être cultivée dans des serres avec des OSC qui filtrent les longueurs d'onde de la lumière utilisées pour générer de l'énergie solaire. Cela démontre la faisabilité de l'utilisation de panneaux solaires transparents dans les serres pour répondre à leurs besoins élevés en électricité, sans réduire le rendement des cultures.
Sur une période de 30 jours, quatre groupes de laitues ont été cultivés sous différentes compositions de couleurs claires à l'aide de filtres OSC. Cela comprenait un groupe témoin exposé à un spectre complet de lumière blanche. Aucune différence significative dans le poids frais ou la teneur en chlorophylle entre le groupe témoin et les groupes expérimentaux n'a été trouvée, ce qui suggère que la suppression des portions sélectives du spectre lumineux nécessaires pour générer de l'électricité n'a pas affecté la croissance de la culture. Les longueurs d'onde récoltées pourraient ensuite être utilisées pour alimenter les systèmes d'éclairage, de gestion thermique et d'irrigation énergivores nécessaires à la culture en serre.
"Les serres sont utilisées pour faire pousser des plantes car elles augmentent considérablement le rendement dans les climats non indigènes, tout en réduisant la consommation d'eau et l'utilisation de pesticides par rapport à l'agriculture conventionnelle", a expliqué le docteur Carr Ho, chercheur à NextGen Nano. « Mais le vitrage des serres a une mauvaise isolation thermique, donc des systèmes de chauffage et de ventilation doivent être installés pour aider à maintenir des conditions optimales. Avec un éclairage supplémentaire, cela conduit à des consommations d'énergie importantes et non durables.
"Avec cette recherche, les scientifiques du NCSU ont trouvé un moyen de cultiver en serre sans les grandes demandes énergétiques qui y sont traditionnellement associées", a poursuivi Ho. « En utilisant des OSC avec les revêtements optiques et les caractéristiques de conception appropriés, les producteurs peuvent gérer la transmission de la lumière, la production d'électricité et les charges thermiques dans une serre pour une productivité élevée avec des utilisations à faible consommation d'énergie.
L'utilisation de revêtements DBR offre non seulement une opportunité d'augmenter la production d'électricité, mais elle peut également être utilisée pour réduire la surchauffe dans la serre. Nous montrons que pour une serre à Sacramento, en Californie, le nombre d'heures de surchauffe de la serre peut être réduit de 280 à 82 h en utilisant des OSC avec un DBR réglé pour refléter la lumière NIR. Bien que cela n'ait pas un impact important sur la demande d'énergie, on s'attend à ce que cela améliore la production agricole.
Enfin, il a été démontré que l'utilisation d'électrodes OSC pouvant également fonctionner comme des revêtements à faible ε réduisait considérablement la charge de chauffage de la serre. La combinaison de l'impact minimal observé sur la productivité des plantes, de la production d'électricité et de la gestion thermique améliorée avec l'utilisation de ST-OSC, suggère que l'intégration des OSC aux serres est une stratégie prometteuse pour parvenir à une agriculture sous serre à haute intensité et durable sur le plan environnemental.
« Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer des OSC capables d'augmenter le rendement de la production dans les serres. Mais la recherche soutenue par NextGen Nano suggère certainement que l'intégration des OSC dans la culture en serre est une stratégie prometteuse pour parvenir à une agriculture en serre durable et à haute intensité. »
En plus de la prise en charge de cet article, NextGen Nano a développé un dispositif OPV breveté qui peut être utilisé dans la prochaine génération d'énergie solaire. Cette technologie est fabriquée à partir de biopolymères flexibles, robustes et respectueux de l'environnement dans le but de remplacer les cellules solaires fragiles traditionnelles fabriquées à partir de métaux lourds en toxines, comme les pérovskites de plomb.
Les demandes d'éclairage dans la serre dépendront de l'emplacement géographique et de la culture. Bien que la laitue pousse bien sous les ST-OSC, elle est connue pour être une culture tolérante à l'ombre.7 Pour les usines qui ont des exigences d'éclairage plus élevées, des conceptions de dispositifs ST-OSC et des couches actives alternatives peuvent être nécessaires. L'emplacement de la serre dictera également le rayonnement solaire quotidien entrant dans la serre ainsi que les besoins de chauffage et de refroidissement de l'espace. Dans cette section, nous considérons les considérations de conception ST-OSC qui affectent la production agricole, la production d'électricité et la charge thermique de l'installation.
Le document de recherche complet est accessible sur les Cell Reports site . Pour plus d'informations sur les autres développements de produits de NextGen Nano, visitez le site Web de l'entreprise http://nextgen-nano.co.uk/.