Растения сами по себе напоминают солнечные панели: они используют свет для получения энергии, причём особенно важны для них красная и синяя части спектра. Исследователи решили проверить, можно ли заставить настоящие солнечные панели забирать ту часть света, которая растениям нужна меньше, а полезные для роста длины волн пропускать вниз.
Для этого команда под руководством Сильвии Ма Лу из Мелардаленского университета в Швеции испытала полупрозрачные солнечные панели розового оттенка. Они позволяют части солнечного света проходить к растениям, одновременно используя другую часть для производства электричества.
Идея проста: один и тот же солнечный свет делится между двумя задачами — выращиванием урожая и генерацией энергии.
Для эксперимента исследователи выбрали брокколи. Этот овощ относится к тому же виду, что капуста, цветная капуста, листовая капуста, брюссельская капуста и кольраби, поэтому учёным было интересно понять, сможет ли подобная система в дальнейшем работать и с другими родственными культурами.
Брокколи выращивали на трёх участках площадью по 20 квадратных метров.
На первом растения росли под открытым солнцем. На двух других участках над ними установили розовые солнечные панели с прозрачностью 50 и 70 процентов.
Результат оказался неожиданным: к моменту сбора урожая количество брокколи во всех трёх вариантах было примерно одинаковым.
Правда, растениям под солнечными панелями потребовалось примерно на 25 дней больше, чтобы достичь готовности к сбору.
При этом они получали значительно меньше света, поэтому фактически использовали доступное освещение гораздо эффективнее. Под панелями с прозрачностью 50 процентов эффективность использования света оказалась в 4,5 раза выше, а при прозрачности 70 процентов — в 2,8 раза выше, чем у растений под открытым солнцем.
Исследователей также удивило, что брокколи под двумя типами панелей развивалась почти одинаково, несмотря на заметную разницу в прозрачности.
Сами панели устроены не совсем так, как может показаться из-за их розового цвета. В стекло встроены непрозрачные полосы из теллурида кадмия, которые непосредственно поглощают солнечный свет и вырабатывают электричество.
Чем плотнее расположены эти полосы, тем больше энергии может получить панель, но тем меньше света достаётся растениям внизу.
Розовый оттенок при этом вовсе не является обязательным. Панели могли бы быть и нейтральными.
Изначально такие панели создавались для зданий: они должны были придавать внутренним помещениям розоватое освещение и одновременно производить небольшое количество электричества. В сельскохозяйственный эксперимент они попали потому, что уже были доступны на рынке.
Розовый фильтр пропускает красный и синий свет, важный для роста растений, и задерживает часть зелёного. Но эта зелёная часть света пока не используется солнечными элементами для производства энергии.
Поэтому исследование пока не позволяет точно определить, что именно повлияло на рост брокколи: изменение спектра света, общее снижение освещённости или сочетание нескольких факторов.
Есть и ещё одна переменная — стеклянные панели могут создавать эффект, похожий на теплицу, однако в этом эксперименте его отдельно не изучали.
Несмотря на это, авторы считают технологию потенциально полезной для небольших участков, общественных садов или крыш теплиц. Для крупных сельскохозяйственных хозяйств система пока выглядит менее очевидной.
Главная проблема — производство электричества.
За период выращивания розовые панели выработали около 224,7 мегаватт-часа электроэнергии на гектар. Это примерно на 100 мегаватт-часов меньше, чем могли бы произвести обычные солнечные панели сопоставимого размера.
По оценке специалиста по энергетическим системам Рамеша Райуду, который не участвовал в исследовании, чтобы компенсировать стоимость недополученной электроэнергии, с каждого гектара пришлось бы дополнительно получать примерно от 1,2 до 3,2 тонны брокколи — в зависимости от цен на электричество и урожай.
Именно поэтому главный вопрос пока остаётся открытым: даст ли сочетание солнечных батарей и сельского хозяйства достаточно дополнительной выгоды, чтобы оправдать более сложную конструкцию и меньшую выработку электричества.
Идея распределять разные части солнечного спектра между растениями и солнечными элементами выглядит многообещающе, но до эффективного применения на больших сельскохозяйственных площадях технологии ещё предстоит пройти немало испытаний.
Исследование опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.
