Οι ερευνητές απέδειξαν ότι η χρήση φιμέ, ημιδιαφανών ηλιακών συλλεκτών μπορεί ταυτόχρονα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και να παράγει θρεπτικές καλλιέργειες, οδηγώντας σε υψηλότερες προοπτικές εισοδήματος για τους αγρότες και μεγιστοποιώντας τη χρήση της γεωργικής γης.
Επιτρέποντας στους γεωργούς να διαφοροποιήσουν τα επενδυτικά χαρτοφυλάκιά τους, αυτό το νέο σύστημα θα μπορούσε να παράσχει χρηματοοικονομική προστασία από τις διακυμάνσεις των τιμών της αγοράς ή τις μεταβολές της ζήτησης και να μετριάσει τους κινδύνους που συνδέονται με την αναξιοπιστία για το κλίμα. Σε μεγαλύτερη κλίμακα μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ικανότητα παροχής ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς να επηρεάζει τη γεωργική παραγωγή.
Δεν είναι η πρώτη φορά που ημιδιαφανείς ηλιακοί συλλέκτες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή καλλιεργειών και ηλεκτρικής ενέργειας ταυτόχρονα, μια τεχνική γνωστή ως αγροφωτοβόλτα. Αλλά σε μια νέα προσαρμογή, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πορτοκαλί-χρωματισμένο πάνελ για να αξιοποιήσουν στο έπακρο τα μήκη κύματος (ή τα χρώματα) του φωτός που θα μπορούσαν να περάσουν μέσα από αυτά.
Οι έγχρωμοι ηλιακοί συλλέκτες απορροφούν μπλε και πράσινα μήκη κύματος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα πορτοκαλί και κόκκινα μήκη κύματος περνούν, επιτρέποντας στα φυτά παρακάτω να αναπτυχθούν. Ενώ οι καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε τυποποιημένα συστήματα καλλιέργειας λαμβάνουν λιγότερο από το ήμισυ του συνολικού φωτός τους, τα χρώματα που περνούν μέσα από τα πάνελ είναι αυτά που ταιριάζουν καλύτερα στην ανάπτυξή τους.
"Για μια καλλιέργεια υψηλής αξίας όπως ο βασιλικός, η αξία της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απλά αναπτερώνει την απώλεια παραγωγής βιομάζας από φιμέ ηλιακούς συλλέκτες. Ωστόσο, όταν καλλιέργειες όπως το σπανάκι έχουν χαμηλότερη αξία, αυτό έχει σημαντικά οικονομικά πλεονεκτήματα. Αυτός ο επικεφαλής ερευνητής Δρ Paolo Bombelli του Τμήματος Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ είπε.
Υπό κανονικές συνθήκες καλλιέργειας, η συνδυασμένη αξία του σπανακιού και της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται με τη χρήση ενός χρωματισμένου γεωργικού φωτοβολταϊκού συστήματος είναι 35% υψηλότερη από την καλλιέργεια σπανακιού μόνο. Συγκριτικά, το συνολικό οικονομικό κέρδος για τον βασιλικό που καλλιεργείται με αυτόν τον τρόπο είναι μόνο 2,5%. Ο υπολογισμός χρησιμοποιεί τις τρέχουσες τιμές της αγοράς: Ο Βασιλικός πωλεί για περίπου πέντε φορές περισσότερο από το σπανάκι. Η αξία της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας υπολογίζεται με την προϋπόθεση ότι θα πωληθεί στο ιταλικό εθνικό δίκτυο, το οποίο διεξήγαγε τη μελέτη.
"Οι υπολογισμοί μας αποτελούν αρκετά συντηρητική εκτίμηση της συνολικής οικονομικής αξίας του συστήματος. Στην πραγματικότητα, εάν οι αγρότες αγόραζαν ηλεκτρική ενέργεια από το εθνικό δίκτυο για να διευθύνουν τα σπίτια τους, τα οφέλη θα ήταν μεγαλύτερα»,δήλωσε ο καθηγητής Christopher Howe, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, ΗΠΑ. Το Τμήμα Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Cambridge συμμετείχε επίσης στην έρευνα.
Η μελέτη διαπίστωσε ότι ο βασιλικός που καλλιεργείται κάτω από φιμέ ηλιακούς συλλέκτες είχε 15 τοις εκατό χαμηλότερη εμπορεύσιμη απόδοση και σπανάκι περίπου 26 τοις εκατό χαμηλότερο από τις κανονικές συνθήκες καλλιέργειας. Ωστόσο, οι ρίζες σπανακιού αναπτύσσονται πολύ λιγότερο από τους μίσχους και τα φύλλα: λιγότερο φως είναι διαθέσιμο και το φυτό βάζει ενέργεια στην ανάπτυξη "βιο-ηλιακών συλλεκτών" για να συλλάβει το φως.
Η εργαστηριακή ανάλυση των φύλλων σπανακιού και βασιλικού που καλλιεργούνται κάτω από τις πλάκες έδειξε ότι και οι δύο είχαν υψηλότερες συγκεντρώσεις πρωτεϊνών. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα φυτά μπορεί να παράγουν πρόσθετες πρωτεΐνες για να ενισχύσουν την ικανότητά τους να φωτοσύνθεση υπό συνθήκες μειωμένου φωτός. Για να φιλοξενήσει το μειωμένο φως, το σπανάκι παράγει μακρύτερους μίσχους που διευκολύνουν τη συγκομιδή ανυψώνοντας τα φύλλα από το έδαφος.
"Από την άποψη του αγρότη, είναι ευεργετικό εάν τα φυλλώδη χόρτα σας έχουν μεγαλύτερα φύλλα, το βρώσιμο μέρος του φυτού που μπορεί να πωληθεί. Καθώς η παγκόσμια ζήτηση για πρωτεΐνες συνεχίζει να αυξάνεται, είναι δυνατόν να αυξηθεί η πρωτεΐνη στις φυτικές καλλιέργειες Η τεχνολογία περιεχομένου θα ήταν επίσης πολύ επωφελής.»
Η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Δρ Eleanor Thompson από το Πανεπιστήμιο του Γκρίνουιτς, δήλωσε: «Με τόσες πολλές καλλιέργειες που αναπτύσσονται επί του παρόντος υπό κάποιο είδος διαφανούς κάλυψης, δεν υπάρχει απώλεια γης για πρόσθετη παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιώντας έγχρωμους ηλιακούς συλλέκτες».
Όλα τα πράσινα φυτά μετατρέπουν το φως από τον ήλιο σε χημική ενέργεια που τροφοδοτεί την ανάπτυξή τους μέσω φωτοσύνθεσης. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στην Ιταλία με τη χρήση δύο δοκιμών. Το σπανάκι (Spinacia oleracea) αντιπροσωπεύει μια χειμερινή καλλιέργεια: αναπτύσσεται με λιγότερο ηλιακό φως και ανέχεται τον κρύο καιρό. Ο βασιλικός (Ocimum basilicum) αντιπροσωπεύει μια καλοκαιρινή καλλιέργεια που απαιτεί πολύ φως και υψηλότερες θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές συζητούν επί του παρόντος περαιτέρω δοκιμές του συστήματος για να δουν πόσο καλά λειτουργεί το σύστημα σε άλλες καλλιέργειες και πώς η καλλιέργεια υπό κυρίως κόκκινο και πορτοκαλί φως επηρεάζει τις καλλιέργειες σε μοριακό επίπεδο.