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College-Studenten bauen ein solarbetriebenes Haus, in dem Lebensmittel drinnen angebaut werden können

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Schauen Sie sich dieses beeindruckende Haus an, das auf Selbstversorgung basiert

Ein Team von Doktoranden der University of Maryland gewann den zweiten Platz beim Solar Decathlon, indem sie ein solarbetriebenes Haus schufen, in dem Lebensmittel in Innenräumen angebaut werden können.

Ein Team von Doktoranden der University of Maryland gewann den zweiten Platz beim diesjährigen Solar Decathlon für ihr solarbetriebenes Hausdesign mit hydroponischer Landwirtschaft. Der halbjährliche Wettbewerb des Department of Energy für umweltfreundliche Wohnprototypen, bei dem Studenten aus der ganzen Welt eingereicht werden.

Das Haus, dessen Entwurf 18 Monate gedauert hat, verfügt über eine „lebende Wand“, die grünes Blattgemüse in nährstoffreichem Wasser anbaut, ein Dach aus Sonnenkollektoren, die Sonnenlicht zur Energiegewinnung einfangen, um das Haus mit Energie zu versorgen, ein geschlossenes Gewächshaus, das ein System verwendet um im Herbst und Winter warme Luft im ganzen Haus zu verteilen, und eine Komposttoilette.

Das ReACT-Team sagte Geschäftseingeweihter dass das Haus aufgrund ihrer Betonung der Selbstversorgung ideal für indianische Gemeinschaften wäre.

„ReACT umfasst aufkommende nachhaltige Baupraktiken, die versprechen, indigene Wohnprojekte zu transformieren und zu unterstützen, und gleichzeitig den zwei Dritteln der in städtischen Zentren lebenden amerikanischen Ureinwohner Wohnoptionen zur Verfügung zu stellen, die eine harmonischere, ausgewogenere und nachhaltigere Interaktion mit der Natur unterstützen.“ Sie sagten der Steckdose.

Laut Decathlon-Juroren sicherte sich das ReACT-Heim seinen 2. Platz für seinen Fokus auf den Heimgarten und das Wasserwiederverwendungssystem. Konzentrierst du dich darauf, freundlicher für den Planeten zu sein? Hier sind 20 Möglichkeiten, um umweltfreundlicher zu werden.


Studie zeigt, dass Pflanzen in Solarzellen-Gewächshäusern gut wachsen würden

Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass Salat in Gewächshäusern angebaut werden kann, die Wellenlängen des Lichts herausfiltern, das zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet wird, und zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung von durchsichtigen Sonnenkollektoren in Gewächshäusern zur Stromerzeugung.

„Wir waren ein wenig überrascht – es gab keine wirkliche Verringerung des Pflanzenwachstums oder der Gesundheit“, sagt Heike Sederoff, mitkorrespondierende Autorin der Studie und Professorin für Pflanzenbiologie an der North Carolina State University. „Damit kann die Idee, transparente Solarzellen in Gewächshäuser zu integrieren, umgesetzt werden.“

Da Pflanzen nicht alle Wellenlängen des Lichts für die Photosynthese nutzen, haben Forscher die Idee untersucht, halbtransparente organische Solarzellen zu schaffen, die hauptsächlich Lichtwellenlängen absorbieren, auf die Pflanzen nicht angewiesen sind, und diese Solarzellen in Gewächshäuser einzubauen. Frühere Arbeiten von NC State konzentrierten sich darauf, wie viel Energie solarbetriebene Gewächshäuser produzieren könnten. Je nach Bauart und Standort des Gewächshauses könnten Solarzellen viele Gewächshäuser energieneutral machen – oder sogar mehr Strom erzeugen als sie verbrauchen.

Bisher war jedoch nicht klar, wie sich diese halbtransparenten Sonnenkollektoren auf Gewächshauspflanzen auswirken könnten.

Um das Problem anzugehen, bauten die Forscher rote Blattsalate an (Lactuca sativa) in Gewächshauskammern für 30 Tage – von der Aussaat bis zur vollen Reife. Die Wachstumsbedingungen, von Temperatur und Wasser bis hin zu Dünger und CO2 Konzentration, waren alle konstant – außer Licht.

Eine Kontrollgruppe von Salaten wurde dem vollen Spektrum von weißem Licht ausgesetzt. Der Rest der Salate wurde in drei Versuchsgruppen eingeteilt. Jede dieser Gruppen wurde Licht durch verschiedene Arten von Filtern ausgesetzt, die Lichtwellenlängen absorbierten, die denen entsprachen, die verschiedene Arten von halbtransparenten Solarzellen absorbieren würden.

„Die Gesamtmenge des auf die Filter einfallenden Lichts war gleich, aber die Farbzusammensetzung dieses Lichts war für jede der Versuchsgruppen unterschiedlich“, sagt Harald Ade, Co-korrespondierender Autor der Studie und Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics bei NC State.

„Insbesondere haben wir das Verhältnis von blauem Licht zu rotem Licht in allen drei Filtern manipuliert, um zu sehen, wie es das Pflanzenwachstum beeinflusst“, sagt Sederoff.

Um den Effekt der Entfernung verschiedener Lichtwellenlängen zu bestimmen, bewerteten die Forscher eine Vielzahl von Pflanzeneigenschaften. Die Forscher achteten beispielsweise genau auf sichtbare Merkmale, die für Züchter, Lebensmittelhändler und Verbraucher wichtig sind, wie Blattzahl, Blattgröße und das Gewicht der Salate. Sie bewerteten aber auch Marker für die Pflanzengesundheit und die Ernährungsqualität, beispielsweise wie viel CO2 die Pflanzen aufgenommen haben und wie viele Antioxidantien sie enthalten.

„Wir haben nicht nur keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und den Experimentalgruppen festgestellt, sondern auch keinen signifikanten Unterschied zwischen den verschiedenen Filtern“, sagt Brendan O'Connor, Co-korrespondierender Autor der Studie und außerordentlicher Professor des Maschinenbaus und der Luft- und Raumfahrttechnik bei NC State.

„Außerdem gibt es noch weitere Arbeiten, die genauer untersuchen, wie sich die Ernte verschiedener Lichtwellenlängen auf die biologischen Prozesse bei Salat, Tomaten und anderen Nutzpflanzen auswirkt“, sagt Sederoff.

„Das ist vielversprechend für die Zukunft solarbetriebener Gewächshäuser“, sagt Ade. „Die Züchter dazu zu bringen, diese Technologie zu nutzen, wäre ein schwieriges Argument, wenn es zu einem Produktivitätsverlust kommen sollte. Aber jetzt ist es ein einfaches wirtschaftliches Argument, ob die Investition in neue Gewächshaustechnologie durch Energieproduktion und Einsparungen ausgeglichen werden würde.“

„Basierend auf der Anzahl der Leute, die mich wegen solarbetriebener Gewächshäuser kontaktiert haben, als wir frühere Arbeiten in diesem Bereich veröffentlicht haben, gibt es großes Interesse von vielen Züchtern“, sagt O’Connor. „Ich denke, das Interesse wird nur zunehmen. Wir haben genug Proof-of-Concept-Prototypen gesehen, um zu wissen, dass diese Technologie im Prinzip machbar ist. Wir müssen nur sehen, wie ein Unternehmen den Sprung wagt und mit der Produktion im Maßstab beginnt.“

Der Artikel „Balance Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses“ erscheint in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische Wissenschaft. Co-Lead-Autoren des Papiers sind NC State Ph.D. Studenten Melodi Charles und Eshwar Ravishankar. Das Papier wurde gemeinsam von Yuan Xiong, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter am NC State Reece Henry und Ronald Booth, Doktoranden am NC State Jennifer Swift, John Calero und Sam Cho, Techniker am NC State Taesoo Kim, a . verfasst Wissenschaftler am NC State Yunpeng Qin und Carr Hoi Yi Ho, Postdoktoranden am NC State Franky So, Walter und Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering am NC State Aram Amassian, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften und -technik an der NC State Carole Saravitz, Research Associate Professor für Pflanzenbiologie am NC State Jeromy Rech und Wei You von der University of North Carolina in Chapel Hill sowie Alex H. Balzer und Natalie Stingelin vom Georgia Institute of Technology.

Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation im Rahmen der Stipendien 1639429 und 1905901 des Office of Naval Research unter den Stipendien N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 und N00014-17-1-2204 North Carolina State durchgeführt Universität und NextGen Nano Limited.

Hinweis an die Redaktionen: Es folgt die Studienzusammenfassung.

„Ausbalancierung von Pflanzenproduktion und Energiegewinnung in organischen solarbetriebenen Gewächshäusern“

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff und Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech und Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill und Alex H. Balzer und Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Veröffentlicht: 17. März, Zellberichte Physikalische Wissenschaft

Abstrakt: Das Hinzufügen von semitransparenten organischen Solarzellen (ST-OSCs) zu einer Gewächshausstruktur ermöglicht die gleichzeitige Kultivierung von Pflanzen und die Stromerzeugung, wodurch der Energiebedarf im Gewächshaus reduziert wird. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Auswirkungen solcher Systeme auf das Pflanzenwachstum und das Raumklima zu ermitteln und die Systemkompromisse zu optimieren. In dieser Arbeit betrachten wir Pflanzenwachstum unter OSCs und systemrelevantes Design. Zuerst bewerten wir das Wachstum von rotem Blattsalat unter ST-OSC-Filtern und vergleichen die Wirkung von drei verschiedenen aktiven OSC-Schichten, die eine einzigartige Transmission aufweisen. Wir finden keine signifikanten Unterschiede im Frischgewicht und Chlorophyllgehalt des unter diesen OSC-Filtern angebauten Salats. Darüber hinaus bieten OSCs eine Möglichkeit für ein weiteres Licht- und Wärmemanagement des Gewächshauses durch Gerätedesign und optische Beschichtungen. Die OSCs können somit das Pflanzenwachstum, die Stromerzeugung und die thermische Belastung des Gewächshauses beeinflussen, und dieser Design-Handelsraum wird überprüft und veranschaulicht.


Studie zeigt, dass Pflanzen in Solarzellen-Gewächshäusern gut wachsen würden

Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass Salat in Gewächshäusern angebaut werden kann, die Wellenlängen des Lichts herausfiltern, das zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet wird, und zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung von durchsichtigen Sonnenkollektoren in Gewächshäusern zur Stromerzeugung.

„Wir waren ein wenig überrascht – es gab keine wirkliche Verringerung des Pflanzenwachstums oder der Gesundheit“, sagt Heike Sederoff, mitkorrespondierende Autorin der Studie und Professorin für Pflanzenbiologie an der North Carolina State University. „Damit kann die Idee, transparente Solarzellen in Gewächshäuser zu integrieren, umgesetzt werden.“

Da Pflanzen nicht alle Wellenlängen des Lichts für die Photosynthese nutzen, haben Forscher die Idee untersucht, halbtransparente organische Solarzellen zu schaffen, die hauptsächlich Lichtwellenlängen absorbieren, auf die Pflanzen nicht angewiesen sind, und diese Solarzellen in Gewächshäuser einzubauen. Frühere Arbeiten von NC State konzentrierten sich darauf, wie viel Energie solarbetriebene Gewächshäuser produzieren könnten. Je nach Bauart und Standort des Gewächshauses könnten Solarzellen viele Gewächshäuser energieneutral machen – oder sogar mehr Strom erzeugen als sie verbrauchen.

Bisher war jedoch nicht klar, wie sich diese halbtransparenten Sonnenkollektoren auf Gewächshauspflanzen auswirken könnten.

Um das Problem anzugehen, bauten die Forscher rote Blattsalate an (Lactuca sativa) in Gewächshauskammern für 30 Tage – von der Aussaat bis zur vollen Reife. Die Wachstumsbedingungen, von Temperatur und Wasser bis hin zu Dünger und CO2 Konzentration, waren alle konstant – außer Licht.

Eine Kontrollgruppe von Salaten wurde dem vollen Spektrum von weißem Licht ausgesetzt. Der Rest der Salate wurde in drei Versuchsgruppen eingeteilt. Jede dieser Gruppen wurde Licht durch verschiedene Arten von Filtern ausgesetzt, die Lichtwellenlängen absorbierten, die denen entsprachen, die verschiedene Arten von halbtransparenten Solarzellen absorbieren würden.

„Die Gesamtmenge des auf die Filter einfallenden Lichts war gleich, aber die Farbzusammensetzung dieses Lichts war für jede der Versuchsgruppen unterschiedlich“, sagt Harald Ade, Co-korrespondierender Autor der Studie und Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics bei NC State.

„Insbesondere haben wir das Verhältnis von blauem Licht zu rotem Licht in allen drei Filtern manipuliert, um zu sehen, wie es das Pflanzenwachstum beeinflusst“, sagt Sederoff.

Um den Effekt der Entfernung verschiedener Lichtwellenlängen zu bestimmen, bewerteten die Forscher eine Vielzahl von Pflanzeneigenschaften. Die Forscher achteten beispielsweise genau auf sichtbare Merkmale, die für Züchter, Lebensmittelhändler und Verbraucher wichtig sind, wie Blattzahl, Blattgröße und das Gewicht der Salate. Sie bewerteten aber auch Marker für die Pflanzengesundheit und die Ernährungsqualität, beispielsweise wie viel CO2 die Pflanzen aufgenommen haben und wie viele Antioxidantien sie enthalten.

„Wir haben nicht nur keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und den Experimentalgruppen festgestellt, sondern auch keinen signifikanten Unterschied zwischen den verschiedenen Filtern“, sagt Brendan O'Connor, Co-korrespondierender Autor der Studie und außerordentlicher Professor des Maschinenbaus und der Luft- und Raumfahrttechnik bei NC State.

„Außerdem gibt es noch weitere Arbeiten, die genauer untersuchen, wie sich die Ernte verschiedener Lichtwellenlängen auf die biologischen Prozesse bei Salat, Tomaten und anderen Nutzpflanzen auswirkt“, sagt Sederoff.

„Das ist vielversprechend für die Zukunft solarbetriebener Gewächshäuser“, sagt Ade. „Die Züchter dazu zu bringen, diese Technologie zu nutzen, wäre ein schwieriges Argument, wenn es zu einem Produktivitätsverlust kommen sollte. Aber jetzt ist es ein einfaches wirtschaftliches Argument, ob die Investition in neue Gewächshaustechnologie durch Energieproduktion und Einsparungen ausgeglichen würde.“

„Basierend auf der Anzahl der Leute, die mich wegen solarbetriebener Gewächshäuser kontaktiert haben, als wir frühere Arbeiten in diesem Bereich veröffentlicht haben, gibt es großes Interesse von vielen Züchtern“, sagt O’Connor. „Ich denke, das Interesse wird nur zunehmen. Wir haben genug Proof-of-Concept-Prototypen gesehen, um zu wissen, dass diese Technologie im Prinzip machbar ist. Wir müssen nur sehen, wie ein Unternehmen den Sprung wagt und mit der Produktion im Maßstab beginnt.“

Der Artikel „Balance Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses“ erscheint in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische Wissenschaft. Co-Lead-Autoren des Papiers sind NC State Ph.D. Studenten Melodi Charles und Eshwar Ravishankar. Das Papier wurde gemeinsam von Yuan Xiong, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter am NC State Reece Henry und Ronald Booth, Doktoranden am NC State Jennifer Swift, John Calero und Sam Cho, Techniker am NC State Taesoo Kim, a . verfasst Wissenschaftler am NC State Yunpeng Qin und Carr Hoi Yi Ho, Postdoktoranden am NC State Franky So, Walter und Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering am NC State Aram Amassian, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften und -technik an der NC State Carole Saravitz, Research Associate Professor für Pflanzenbiologie am NC State Jeromy Rech und Wei You von der University of North Carolina in Chapel Hill sowie Alex H. Balzer und Natalie Stingelin vom Georgia Institute of Technology.

Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation im Rahmen der Stipendien 1639429 und 1905901 des Office of Naval Research unter den Stipendien N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 und N00014-17-1-2204 North Carolina State durchgeführt Universität und NextGen Nano Limited.

Hinweis an die Redaktionen: Es folgt die Studienzusammenfassung.

„Ausbalancierung von Pflanzenproduktion und Energiegewinnung in organischen solarbetriebenen Gewächshäusern“

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff und Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech und Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill und Alex H. Balzer und Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Veröffentlicht: 17. März, Zellberichte Physikalische Wissenschaft

Abstrakt: Das Hinzufügen von semitransparenten organischen Solarzellen (ST-OSCs) zu einer Gewächshausstruktur ermöglicht die gleichzeitige Kultivierung von Pflanzen und die Stromerzeugung, wodurch der Energiebedarf des Gewächshauses reduziert wird. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Auswirkungen solcher Systeme auf das Pflanzenwachstum und das Raumklima zu ermitteln und die Systemkompromisse zu optimieren. In dieser Arbeit betrachten wir Pflanzenwachstum unter OSCs und systemrelevantes Design. Zuerst bewerten wir das Wachstum von rotem Blattsalat unter ST-OSC-Filtern und vergleichen die Wirkung von drei verschiedenen aktiven OSC-Schichten, die eine einzigartige Transmission aufweisen. Wir finden keine signifikanten Unterschiede im Frischgewicht und Chlorophyllgehalt des unter diesen OSC-Filtern angebauten Salats. Darüber hinaus bieten OSCs eine Möglichkeit für ein weiteres Licht- und Wärmemanagement des Gewächshauses durch Gerätedesign und optische Beschichtungen. Die OSCs können somit das Pflanzenwachstum, die Stromerzeugung und die thermische Belastung des Gewächshauses beeinflussen, und dieser Design-Handelsraum wird überprüft und veranschaulicht.


Studie zeigt, dass Pflanzen in Solarzellen-Gewächshäusern gut wachsen würden

Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass Salat in Gewächshäusern angebaut werden kann, die Wellenlängen des Lichts herausfiltern, das zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet wird, und zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung von durchsichtigen Sonnenkollektoren in Gewächshäusern zur Stromerzeugung.

„Wir waren ein wenig überrascht – es gab keine wirkliche Verringerung des Pflanzenwachstums oder der Gesundheit“, sagt Heike Sederoff, mitkorrespondierende Autorin der Studie und Professorin für Pflanzenbiologie an der North Carolina State University. „Damit kann die Idee, transparente Solarzellen in Gewächshäuser zu integrieren, umgesetzt werden.“

Da Pflanzen nicht alle Wellenlängen des Lichts für die Photosynthese nutzen, haben Forscher die Idee untersucht, halbtransparente organische Solarzellen zu schaffen, die hauptsächlich Lichtwellenlängen absorbieren, auf die Pflanzen nicht angewiesen sind, und diese Solarzellen in Gewächshäuser einzubauen. Frühere Arbeiten von NC State konzentrierten sich darauf, wie viel Energie solarbetriebene Gewächshäuser produzieren könnten. Je nach Bauart und Standort des Gewächshauses könnten Solarzellen viele Gewächshäuser energieneutral machen – oder sogar mehr Strom erzeugen als sie verbrauchen.

Bisher war jedoch nicht klar, wie sich diese halbtransparenten Sonnenkollektoren auf Gewächshauspflanzen auswirken könnten.

Um das Problem anzugehen, bauten die Forscher rote Blattsalate an (Lactuca sativa) in Gewächshauskammern für 30 Tage – von der Aussaat bis zur vollen Reife. Die Wachstumsbedingungen, von Temperatur und Wasser bis hin zu Dünger und CO2 Konzentration, waren alle konstant – außer Licht.

Eine Kontrollgruppe von Salaten wurde dem vollen Spektrum von weißem Licht ausgesetzt. Der Rest der Salate wurde in drei Versuchsgruppen eingeteilt. Jede dieser Gruppen wurde Licht durch verschiedene Arten von Filtern ausgesetzt, die Lichtwellenlängen absorbierten, die denen entsprachen, die verschiedene Arten von halbtransparenten Solarzellen absorbieren würden.

„Die Gesamtmenge des auf die Filter einfallenden Lichts war gleich, aber die Farbzusammensetzung dieses Lichts war für jede der Versuchsgruppen unterschiedlich“, sagt Harald Ade, Co-korrespondierender Autor der Studie und Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics bei NC State.

„Insbesondere haben wir das Verhältnis von blauem Licht zu rotem Licht in allen drei Filtern manipuliert, um zu sehen, wie es das Pflanzenwachstum beeinflusst“, sagt Sederoff.

Um den Effekt der Entfernung verschiedener Lichtwellenlängen zu bestimmen, bewerteten die Forscher eine Vielzahl von Pflanzeneigenschaften. Die Forscher achteten beispielsweise genau auf sichtbare Merkmale, die für Züchter, Lebensmittelhändler und Verbraucher wichtig sind, wie Blattzahl, Blattgröße und das Gewicht der Salate. Sie bewerteten aber auch Marker für die Pflanzengesundheit und die Ernährungsqualität, beispielsweise wie viel CO2 die Pflanzen aufgenommen haben und wie viele Antioxidantien sie enthalten.

„Wir haben nicht nur keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und den Experimentalgruppen festgestellt, sondern auch keinen signifikanten Unterschied zwischen den verschiedenen Filtern“, sagt Brendan O'Connor, Co-korrespondierender Autor der Studie und außerordentlicher Professor des Maschinenbaus und der Luft- und Raumfahrttechnik bei NC State.

„Außerdem gibt es noch weitere Arbeiten, die genauer untersuchen, wie sich die Ernte verschiedener Lichtwellenlängen auf die biologischen Prozesse bei Salat, Tomaten und anderen Nutzpflanzen auswirkt“, sagt Sederoff.

„Das ist vielversprechend für die Zukunft solarbetriebener Gewächshäuser“, sagt Ade. „Die Züchter dazu zu bringen, diese Technologie zu nutzen, wäre ein schwieriges Argument, wenn es zu einem Produktivitätsverlust kommen sollte. Aber jetzt ist es ein einfaches wirtschaftliches Argument, ob die Investition in neue Gewächshaustechnologie durch Energieproduktion und Einsparungen ausgeglichen werden würde.“

„Basierend auf der Anzahl der Leute, die mich wegen solarbetriebener Gewächshäuser kontaktiert haben, als wir frühere Arbeiten in diesem Bereich veröffentlicht haben, gibt es großes Interesse von vielen Züchtern“, sagt O’Connor. „Ich denke, das Interesse wird nur zunehmen. Wir haben genug Proof-of-Concept-Prototypen gesehen, um zu wissen, dass diese Technologie im Prinzip machbar ist. Wir müssen nur sehen, wie ein Unternehmen den Sprung wagt und mit der Produktion im Maßstab beginnt.“

Der Artikel „Balance Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses“ erscheint in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische Wissenschaft. Co-Lead-Autoren des Papiers sind NC State Ph.D. Studenten Melodi Charles und Eshwar Ravishankar. Das Papier wurde gemeinsam von Yuan Xiong, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter am NC State Reece Henry und Ronald Booth, Doktoranden am NC State Jennifer Swift, John Calero und Sam Cho, Techniker am NC State Taesoo Kim, a . verfasst Wissenschaftler am NC State Yunpeng Qin und Carr Hoi Yi Ho, Postdoktoranden am NC State Franky So, Walter und Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering am NC State Aram Amassian, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften und -technik an der NC State Carole Saravitz, Research Associate Professor für Pflanzenbiologie am NC State Jeromy Rech und Wei You von der University of North Carolina in Chapel Hill sowie Alex H. Balzer und Natalie Stingelin vom Georgia Institute of Technology.

Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation im Rahmen der Stipendien 1639429 und 1905901 des Office of Naval Research unter den Stipendien N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 und N00014-17-1-2204 North Carolina State durchgeführt Universität und NextGen Nano Limited.

Hinweis an die Redaktionen: Es folgt die Studienzusammenfassung.

„Ausbalancierung von Pflanzenproduktion und Energiegewinnung in organischen solarbetriebenen Gewächshäusern“

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff und Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech und Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill und Alex H. Balzer und Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Veröffentlicht: 17. März, Zellberichte Physikalische Wissenschaft

Abstrakt: Das Hinzufügen von semitransparenten organischen Solarzellen (ST-OSCs) zu einer Gewächshausstruktur ermöglicht die gleichzeitige Kultivierung von Pflanzen und die Stromerzeugung, wodurch der Energiebedarf des Gewächshauses reduziert wird. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Auswirkungen solcher Systeme auf das Pflanzenwachstum und das Raumklima zu ermitteln und die Systemkompromisse zu optimieren. In dieser Arbeit betrachten wir Pflanzenwachstum unter OSCs und systemrelevantes Design. Zuerst bewerten wir das Wachstum von rotem Blattsalat unter ST-OSC-Filtern und vergleichen die Wirkung von drei verschiedenen aktiven OSC-Schichten, die eine einzigartige Transmission aufweisen. Wir finden keine signifikanten Unterschiede im Frischgewicht und Chlorophyllgehalt des unter diesen OSC-Filtern angebauten Salats. Darüber hinaus bieten OSCs eine Möglichkeit für ein weiteres Licht- und Wärmemanagement des Gewächshauses durch Gerätedesign und optische Beschichtungen. Die OSCs können somit das Pflanzenwachstum, die Stromerzeugung und die thermische Belastung des Gewächshauses beeinflussen, und dieser Design-Handelsraum wird überprüft und veranschaulicht.


Studie zeigt, dass Pflanzen in Solarzellen-Gewächshäusern gut wachsen würden

Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass Salat in Gewächshäusern angebaut werden kann, die Wellenlängen des Lichts herausfiltern, das zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet wird, und zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung von durchsichtigen Sonnenkollektoren in Gewächshäusern zur Stromerzeugung.

„Wir waren ein wenig überrascht – es gab keine wirkliche Verringerung des Pflanzenwachstums oder der Gesundheit“, sagt Heike Sederoff, mitkorrespondierende Autorin der Studie und Professorin für Pflanzenbiologie an der North Carolina State University. „Damit kann die Idee, transparente Solarzellen in Gewächshäuser zu integrieren, umgesetzt werden.“

Da Pflanzen nicht alle Wellenlängen des Lichts für die Photosynthese nutzen, haben Forscher die Idee untersucht, halbtransparente organische Solarzellen zu schaffen, die hauptsächlich Lichtwellenlängen absorbieren, auf die Pflanzen nicht angewiesen sind, und diese Solarzellen in Gewächshäuser einzubauen. Frühere Arbeiten von NC State konzentrierten sich darauf, wie viel Energie solarbetriebene Gewächshäuser produzieren könnten. Je nach Bauart und Standort des Gewächshauses könnten Solarzellen viele Gewächshäuser energieneutral machen – oder sogar mehr Strom erzeugen als sie verbrauchen.

Bisher war jedoch nicht klar, wie sich diese halbtransparenten Sonnenkollektoren auf Gewächshauspflanzen auswirken könnten.

Um das Problem anzugehen, bauten die Forscher rote Blattsalate an (Lactuca sativa) in Gewächshauskammern für 30 Tage – von der Aussaat bis zur vollen Reife. Die Wachstumsbedingungen, von Temperatur und Wasser bis hin zu Dünger und CO2 Konzentration, waren alle konstant – außer Licht.

Eine Kontrollgruppe von Salaten wurde dem vollen Spektrum von weißem Licht ausgesetzt. Der Rest der Salate wurde in drei Versuchsgruppen eingeteilt. Jede dieser Gruppen wurde Licht durch verschiedene Arten von Filtern ausgesetzt, die Lichtwellenlängen absorbierten, die denen entsprachen, die verschiedene Arten von halbtransparenten Solarzellen absorbieren würden.

„Die Gesamtmenge des auf die Filter einfallenden Lichts war gleich, aber die Farbzusammensetzung dieses Lichts war für jede der Versuchsgruppen unterschiedlich“, sagt Harald Ade, Co-korrespondierender Autor der Studie und Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics bei NC State.

„Insbesondere haben wir das Verhältnis von blauem Licht zu rotem Licht in allen drei Filtern manipuliert, um zu sehen, wie es das Pflanzenwachstum beeinflusst“, sagt Sederoff.

Um den Effekt der Entfernung verschiedener Lichtwellenlängen zu bestimmen, bewerteten die Forscher eine Vielzahl von Pflanzeneigenschaften. Die Forscher achteten beispielsweise genau auf sichtbare Merkmale, die für Züchter, Lebensmittelhändler und Verbraucher wichtig sind, wie Blattzahl, Blattgröße und das Gewicht der Salate. Sie bewerteten aber auch Marker für die Pflanzengesundheit und die Ernährungsqualität, beispielsweise wie viel CO2 die Pflanzen aufgenommen haben und wie viele Antioxidantien sie enthalten.

„Wir haben nicht nur keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und den Experimentalgruppen festgestellt, sondern auch keinen signifikanten Unterschied zwischen den verschiedenen Filtern“, sagt Brendan O'Connor, Co-korrespondierender Autor der Studie und außerordentlicher Professor des Maschinenbaus und der Luft- und Raumfahrttechnik bei NC State.

„Außerdem gibt es noch weitere Arbeiten, die genauer untersuchen, wie sich die Ernte verschiedener Lichtwellenlängen auf die biologischen Prozesse bei Salat, Tomaten und anderen Nutzpflanzen auswirkt“, sagt Sederoff.

„Das ist vielversprechend für die Zukunft solarbetriebener Gewächshäuser“, sagt Ade. „Die Züchter dazu zu bringen, diese Technologie zu nutzen, wäre ein schwieriges Argument, wenn es zu einem Produktivitätsverlust kommen sollte. Aber jetzt ist es ein einfaches wirtschaftliches Argument, ob die Investition in neue Gewächshaustechnologie durch Energieproduktion und Einsparungen ausgeglichen werden würde.“

„Basierend auf der Zahl der Leute, die mich wegen solarbetriebener Gewächshäuser kontaktiert haben, als wir frühere Arbeiten in diesem Bereich veröffentlicht haben, gibt es großes Interesse von vielen Züchtern“, sagt O’Connor. „Ich denke, das Interesse wird nur zunehmen. Wir haben genug Proof-of-Concept-Prototypen gesehen, um zu wissen, dass diese Technologie im Prinzip machbar ist. Wir müssen nur sehen, wie ein Unternehmen den Sprung wagt und mit der Produktion im Maßstab beginnt.“

Der Artikel „Balance Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses“ erscheint in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische Wissenschaft. Co-Lead-Autoren des Papiers sind NC State Ph.D. Studenten Melodi Charles und Eshwar Ravishankar. Das Papier wurde gemeinsam von Yuan Xiong, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter am NC State Reece Henry und Ronald Booth, Doktoranden am NC State Jennifer Swift, John Calero und Sam Cho, Techniker am NC State Taesoo Kim, a . verfasst Wissenschaftler am NC State Yunpeng Qin und Carr Hoi Yi Ho, Postdoktoranden am NC State Franky So, Walter und Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering am NC State Aram Amassian, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften und -technik an der NC State Carole Saravitz, Research Associate Professor für Pflanzenbiologie am NC State Jeromy Rech und Wei You von der University of North Carolina in Chapel Hill sowie Alex H. Balzer und Natalie Stingelin vom Georgia Institute of Technology.

Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation im Rahmen der Stipendien 1639429 und 1905901 des Office of Naval Research unter den Stipendien N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 und N00014-17-1-2204 North Carolina State durchgeführt Universität und NextGen Nano Limited.

Hinweis an die Redaktionen: Es folgt die Studienzusammenfassung.

„Ausbalancierung von Pflanzenproduktion und Energiegewinnung in organischen solarbetriebenen Gewächshäusern“

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff und Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech und Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill und Alex H. Balzer und Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Veröffentlicht: 17. März, Zellberichte Physikalische Wissenschaft

Abstrakt: Das Hinzufügen von semitransparenten organischen Solarzellen (ST-OSCs) zu einer Gewächshausstruktur ermöglicht die gleichzeitige Kultivierung von Pflanzen und die Stromerzeugung, wodurch der Energiebedarf des Gewächshauses reduziert wird. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Auswirkungen solcher Systeme auf das Pflanzenwachstum und das Raumklima zu ermitteln und die Systemkompromisse zu optimieren. In dieser Arbeit betrachten wir Pflanzenwachstum unter OSCs und systemrelevantes Design. Zuerst bewerten wir das Wachstum von rotem Blattsalat unter ST-OSC-Filtern und vergleichen die Wirkung von drei verschiedenen aktiven OSC-Schichten, die eine einzigartige Transmission aufweisen. Wir finden keine signifikanten Unterschiede im Frischgewicht und Chlorophyllgehalt des unter diesen OSC-Filtern angebauten Salats. Darüber hinaus bieten OSCs eine Möglichkeit für ein weiteres Licht- und Wärmemanagement des Gewächshauses durch Gerätedesign und optische Beschichtungen. Die OSCs können somit das Pflanzenwachstum, die Stromerzeugung und die thermische Belastung des Gewächshauses beeinflussen, und dieser Design-Handelsraum wird überprüft und veranschaulicht.


Studie zeigt, dass Pflanzen in Solarzellen-Gewächshäusern gut wachsen würden

Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass Salat in Gewächshäusern angebaut werden kann, die Wellenlängen des Lichts herausfiltern, das zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet wird, und zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung von durchsichtigen Sonnenkollektoren in Gewächshäusern zur Stromerzeugung.

„Wir waren ein wenig überrascht – es gab keine wirkliche Verringerung des Pflanzenwachstums oder der Gesundheit“, sagt Heike Sederoff, mitkorrespondierende Autorin der Studie und Professorin für Pflanzenbiologie an der North Carolina State University. „Damit kann die Idee, transparente Solarzellen in Gewächshäuser zu integrieren, umgesetzt werden.“

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

Note to Editors: The study abstract follows.

“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


Study Finds Plants Would Grow Well in Solar Cell Greenhouses

A recent study shows that lettuce can be grown in greenhouses that filter out wavelengths of light used to generate solar power, demonstrating the feasibility of using see-through solar panels in greenhouses to generate electricity.

“We were a little surprised – there was no real reduction in plant growth or health,” says Heike Sederoff, co-corresponding author of the study and a professor of plant biology at North Carolina State University. “It means the idea of integrating transparent solar cells into greenhouses can be done.”

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

Note to Editors: The study abstract follows.

“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


Study Finds Plants Would Grow Well in Solar Cell Greenhouses

A recent study shows that lettuce can be grown in greenhouses that filter out wavelengths of light used to generate solar power, demonstrating the feasibility of using see-through solar panels in greenhouses to generate electricity.

“We were a little surprised – there was no real reduction in plant growth or health,” says Heike Sederoff, co-corresponding author of the study and a professor of plant biology at North Carolina State University. “It means the idea of integrating transparent solar cells into greenhouses can be done.”

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

Note to Editors: The study abstract follows.

“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


Study Finds Plants Would Grow Well in Solar Cell Greenhouses

A recent study shows that lettuce can be grown in greenhouses that filter out wavelengths of light used to generate solar power, demonstrating the feasibility of using see-through solar panels in greenhouses to generate electricity.

“We were a little surprised – there was no real reduction in plant growth or health,” says Heike Sederoff, co-corresponding author of the study and a professor of plant biology at North Carolina State University. “It means the idea of integrating transparent solar cells into greenhouses can be done.”

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

Note to Editors: The study abstract follows.

“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


Study Finds Plants Would Grow Well in Solar Cell Greenhouses

A recent study shows that lettuce can be grown in greenhouses that filter out wavelengths of light used to generate solar power, demonstrating the feasibility of using see-through solar panels in greenhouses to generate electricity.

“We were a little surprised – there was no real reduction in plant growth or health,” says Heike Sederoff, co-corresponding author of the study and a professor of plant biology at North Carolina State University. “It means the idea of integrating transparent solar cells into greenhouses can be done.”

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

Note to Editors: The study abstract follows.

“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


Study Finds Plants Would Grow Well in Solar Cell Greenhouses

A recent study shows that lettuce can be grown in greenhouses that filter out wavelengths of light used to generate solar power, demonstrating the feasibility of using see-through solar panels in greenhouses to generate electricity.

“We were a little surprised – there was no real reduction in plant growth or health,” says Heike Sederoff, co-corresponding author of the study and a professor of plant biology at North Carolina State University. “It means the idea of integrating transparent solar cells into greenhouses can be done.”

Because plants do not use all of the wavelengths of light for photosynthesis, researchers have explored the idea of creating semi-transparent organic solar cells that primarily absorb wavelengths of light that plants don’t rely on, and incorporating those solar cells into greenhouses. Earlier work from NC State focused on how much energy solar-powered greenhouses could produce. Depending on the design of the greenhouse, and where it is located, solar cells could make many greenhouses energy neutral – or even allow them to generate more power than they use.

But, until now, it wasn’t clear how these semi-transparent solar panels might affect greenhouse crops.

To address the issue, researchers grew crops of red leaf lettuce (Lactuca sativa) in greenhouse chambers for 30 days – from seed to full maturity. The growing conditions, from temperature and water to fertilizer and CO2 concentration, were all constant – except for light.

A control group of lettuces was exposed to the full spectrum of white light. The rest of the lettuces were dived into three experimental groups. Each of those groups was exposed to light through different types of filters that absorbed wavelengths of light equivalent to what different types of semi-transparent solar cells would absorb.

“The total amount of light incident on the filters was the same, but the color composition of that light was different for each of the experimental groups,” says Harald Ade, co-corresponding author of the study and the Goodnight Innovation Distinguished Professor of Physics at NC State.

“Specifically, we manipulated the ratio of blue light to red light in all three filters to see how it affected plant growth,” Sederoff says.

To determine the effect of removing various wavelengths of light, the researchers assessed a host of plant characteristics. For example, the researchers paid close attention to visible characteristics that are important to growers, grocers and consumers, such as leaf number, leaf size, and how much the lettuces weighed. But they also assessed markers of plant health and nutritional quality, such as how much CO2 the plants absorbed and the levels of various antioxidants.

“Not only did we find no meaningful difference between the control group and the experimental groups, we also didn’t find any significant difference between the different filters,” says Brendan O’Connor, co-corresponding author of the study and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.

“There is also forthcoming work that delves into greater detail about the ways in which harvesting various wavelengths of light affects biological processes for lettuces, tomatoes and other crops,” Sederoff says.

“This is promising for the future of solar-powered greenhouses,” Ade says. “Getting growers to use this technology would be a tough argument if there was a loss of productivity. But now it is a simple economic argument about whether the investment in new greenhouse technology would be offset by energy production and savings.”

“Based on the number of people who have contacted me about solar-powered greenhouses when we’ve published previous work in this space, there is a lot of interest from many growers,” O’Connor says. “I think that interest is only going to grow. We’ve seen enough proof-of-concept prototypes to know this technology is feasible in principle, we just need to see a company take the leap and begin producing to scale.”

The paper, “Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses,” appears in the journal Cell Reports Physical Science. Co-lead authors of the paper are NC State Ph.D. students Melodi Charles and Eshwar Ravishankar. The paper was co-authored by Yuan Xiong, a research assistant at NC State Reece Henry and Ronald Booth, Ph. D. students at NC State Jennifer Swift, John Calero and Sam Cho, technicians at NC State Taesoo Kim, a research scientist at NC State Yunpeng Qin and Carr Hoi Yi Ho, postdoctoral researchers at NC State Franky So, Walter and Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering at NC State Aram Amassian, an associate professor of materials science and engineering at NC State Carole Saravitz, a research associate professor of plant biology at NC State 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.

The work was done with support from the National Science Foundation under grants 1639429 and 1905901 the Office of Naval Research, under grants N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 and N00014-17-1-2204 North Carolina State University and NextGen Nano Limited.

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“Balancing Crop Production and Energy Harvesting in Organic Solar Powered Greenhouses”

Autoren: Eshwar Ravishankar, Melodi Charles, Yuan Xiong, Reece Henry, Jennifer Swift, John Calero, Sam Cho, Ronald E. Booth, Taesoo Kim, Yunpeng Qin, Carr Hoi Yi Ho, Franky So, Aram Amassian, Carole Saravitz, Harald Ade, Heike Sederoff and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University Jeromy Rech and Wei You, University of North Carolina at Chapel Hill and Alex H. Balzer and Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Published: March 17, Cell Reports Physical Science

Abstrakt: Adding semitransparent organic solar cells (ST-OSCs) to a greenhouse structure enables simultaneous plant cultivation and electricity generation thereby reducing the greenhouse energy demand. However, there is a need to establish the impact of such systems on plant growth and indoor climate and to optimize system tradeoffs. In this work, we consider plant growth under OSCs and system relevant design. First, we evaluate the growth of red leaf lettuce under ST-OSC filters and compare the impact of three different OSC active layers that have unique transmittance. We find no significant differences in the fresh weight and chlorophyll content of the lettuce grown under these OSC filters. In addition, OSCs provide an opportunity for further light and thermal management of the greenhouse through device design and optical coatings. The OSCs can thus impact plant growth, power generation, and thermal load of the greenhouse, and this design trade-space is reviewed and exemplified.


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Bemerkungen:

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    Ich bin bereit, Ihnen zu helfen, Fragen zu stellen. Gemeinsam können wir die Entscheidung finden.

  2. Athamas

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  3. Harman

    Sehr wertvolle Informationen

  4. Feodras

    Voll und ganz teile ich Ihre Meinung. Ich mag deine Idee. Ich schlage vor, es für die allgemeine Diskussion herauszunehmen.

  5. Ramone

    Schwacher Trost!

  6. Moogugis

    Entschuldigung, ich kann dir nicht helfen. Aber ich bin sicher, dass Sie die richtige Lösung finden. Nicht verzweifeln.



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