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Studenti universitari costruiscono una casa a energia solare che può coltivare cibo al chiuso

Studenti universitari costruiscono una casa a energia solare che può coltivare cibo al chiuso

Dai un'occhiata a questa casa impressionante basata sull'autosufficienza

Un team di studenti laureati dell'Università del Maryland ha portato a casa il secondo premio al Solar Decathlon creando una casa a energia solare che può coltivare cibo in casa.

Un team di studenti laureati dell'Università del Maryland ha vinto il secondo posto al Solar Decathlon di quest'anno per il design della casa a energia solare che presenta l'agricoltura idroponica. Concorso semestrale del Dipartimento dell'Energia per prototipi di alloggi ecologici, che raccoglie le proposte di studenti universitari di tutto il mondo.

La casa, la cui progettazione ha richiesto 18 mesi, presenta un "muro vivente" che coltiva verdure a foglia verde in acqua ricca di sostanze nutritive, un tetto di pannelli solari che catturano la luce solare per l'energia utilizzata per alimentare la casa, una serra chiusa che utilizza un sistema per distribuire l'aria calda in tutta la casa in autunno e inverno, e una toilette per il compostaggio.

Il team ReACT ha detto Business Insider che la casa sarebbe l'ideale per le comunità di nativi americani a causa della loro enfasi sull'autosufficienza.

"ReACT abbraccia pratiche edilizie sostenibili emergenti che promettono di trasformare e sostenere progetti abitativi tribali, fornendo anche ai due terzi dei nativi americani che vivono nei centri urbani opzioni abitative che supportano interazioni più armoniose, equilibrate e sostenibili con il mondo naturale", hanno detto alla presa.

Secondo i giudici di Decathlon, la casa ReACT si è assicurata il secondo posto per la sua attenzione al giardinaggio domestico e al sistema di riutilizzo dell'acqua. Ti stai concentrando sull'essere più gentile con il pianeta? Ecco 20 modi per essere più ecologici.


Lo studio rileva che le piante crescerebbero bene nelle serre a celle solari

Uno studio recente mostra che la lattuga può essere coltivata in serre che filtrano le lunghezze d'onda della luce utilizzate per generare energia solare, dimostrando la fattibilità dell'utilizzo di pannelli solari trasparenti nelle serre per generare elettricità.

"Siamo rimasti un po' sorpresi: non c'è stata una reale riduzione della crescita o della salute delle piante", afferma Heike Sederoff, co-autore dello studio e professore di biologia vegetale presso la North Carolina State University. "Significa che l'idea di integrare celle solari trasparenti nelle serre può essere realizzata".

Poiché le piante non utilizzano tutte le lunghezze d'onda della luce per la fotosintesi, i ricercatori hanno esplorato l'idea di creare celle solari organiche semitrasparenti che assorbono principalmente lunghezze d'onda della luce su cui le piante non fanno affidamento e di incorporare quelle celle solari nelle serre. Il lavoro precedente dello Stato del NC si è concentrato su quanta energia potrebbero produrre le serre a energia solare. A seconda del design della serra e della posizione in cui si trova, le celle solari potrebbero rendere molte serre neutre dal punto di vista energetico o addirittura consentire loro di generare più energia di quanta ne consumano.

Ma, fino ad ora, non era chiaro come questi pannelli solari semitrasparenti potessero influenzare le colture in serra.

Per affrontare il problema, i ricercatori hanno coltivato colture di lattuga a foglia rossa (Lactuca sativa) in camere di serra per 30 giorni – dal seme alla piena maturità. Le condizioni di crescita, dalla temperatura e dall'acqua al fertilizzante e alla CO2 concentrazione, erano tutti costanti – tranne che per la luce.

Un gruppo di controllo di lattughe è stato esposto all'intero spettro della luce bianca. Il resto delle lattughe è stato suddiviso in tre gruppi sperimentali. Ciascuno di questi gruppi è stato esposto alla luce attraverso diversi tipi di filtri che hanno assorbito lunghezze d'onda di luce equivalenti a quelle che avrebbero assorbito i diversi tipi di celle solari semitrasparenti.

"La quantità totale di luce incidente sui filtri era la stessa, ma la composizione cromatica di quella luce era diversa per ciascuno dei gruppi sperimentali", afferma Harald Ade, coautore dello studio e professore di fisica della Goodnight Innovation. allo stato NC .

"In particolare, abbiamo manipolato il rapporto tra luce blu e luce rossa in tutti e tre i filtri per vedere come influenzava la crescita delle piante", afferma Sederoff.

Per determinare l'effetto della rimozione di varie lunghezze d'onda della luce, i ricercatori hanno valutato una serie di caratteristiche delle piante. Ad esempio, i ricercatori hanno prestato molta attenzione alle caratteristiche visibili che sono importanti per coltivatori, droghieri e consumatori, come il numero delle foglie, la dimensione delle foglie e il peso delle lattughe. Ma hanno anche valutato i marcatori della salute delle piante e della qualità nutrizionale, come la quantità di CO2 assorbita dalle piante e i livelli di vari antiossidanti.

"Non solo non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra il gruppo di controllo e i gruppi sperimentali, ma non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra i diversi filtri", afferma Brendan O'Connor, coautore dello studio e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State.

"C'è anche un lavoro imminente che approfondisce i dettagli sui modi in cui la raccolta di varie lunghezze d'onda della luce influenza i processi biologici per lattughe, pomodori e altre colture", afferma Sederoff.

"Questo è promettente per il futuro delle serre a energia solare", afferma Ade. "Fare in modo che i coltivatori utilizzino questa tecnologia sarebbe un argomento difficile se si verificasse una perdita di produttività. Ma ora è un semplice argomento economico se l'investimento in nuove tecnologie per le serre sarebbe compensato dalla produzione e dal risparmio di energia».

"In base al numero di persone che mi hanno contattato in merito alle serre a energia solare quando abbiamo pubblicato lavori precedenti in questo spazio, c'è molto interesse da parte di molti coltivatori", afferma O'Connor. “Penso che l'interesse non farà altro che crescere. Abbiamo visto abbastanza prototipi proof-of-concept per sapere che questa tecnologia è fattibile in linea di principio, dobbiamo solo vedere un'azienda fare il salto e iniziare a produrre su larga scala".

Il documento, "Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica", appare sulla rivista Cell Report Scienze fisiche. I co-autori principali dell'articolo sono NC State Ph.D. gli studenti Melodi Charles e Eshwar Ravishankar. Il documento è stato co-autore di Yuan Xiong, un assistente di ricerca presso NC State Reece Henry e Ronald Booth, Ph. D. studenti presso NC State Jennifer Swift, John Calero e Sam Cho, tecnici presso NC State Taesoo Kim, un ricercatore presso NC State Yunpeng Qin e Carr Hoi Yi Ho, ricercatori post-dottorato presso NC State Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Aram Amassian, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Carole Saravitz, professore associato di ricerca di biologia vegetale presso NC State Jeromy Rech e Wei You dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin del Georgia Institute of Technology.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation nell'ambito delle sovvenzioni 1639429 e 1905901 dell'Office of Naval Research, nell'ambito delle sovvenzioni N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 e N00014-17-1-2204 Stato della Carolina del Nord Università e NextGen Nano Limited.

Nota per gli editori: Segue l'abstract dello studio.

"Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica"

Autori: 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 e Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech e Wei You, University of North Carolina a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Pubblicato: 17 marzo, Cell Report Scienze fisiche

Astratto: L'aggiunta di celle solari organiche semitrasparenti (ST-OSC) a una struttura di serra consente la coltivazione simultanea delle piante e la generazione di elettricità, riducendo così la domanda di energia della serra. Tuttavia, è necessario stabilire l'impatto di tali sistemi sulla crescita delle piante e sul clima interno e ottimizzare i compromessi del sistema. In questo lavoro, consideriamo la crescita delle piante sotto OSC e la progettazione rilevante del sistema. Innanzitutto, valutiamo la crescita della lattuga a foglia rossa sotto i filtri ST-OSC e confrontiamo l'impatto di tre diversi strati attivi OSC che hanno una trasmittanza unica. Non troviamo differenze significative nel peso fresco e nel contenuto di clorofilla della lattuga coltivata con questi filtri OSC. Inoltre, gli OSC forniscono un'opportunità per un'ulteriore gestione della luce e del calore della serra attraverso la progettazione del dispositivo e i rivestimenti ottici. Gli OSC possono quindi avere un impatto sulla crescita delle piante, sulla produzione di energia e sul carico termico della serra, e questo spazio commerciale di progettazione viene rivisto ed esemplificato.


Lo studio rileva che le piante crescerebbero bene nelle serre a celle solari

Uno studio recente mostra che la lattuga può essere coltivata in serre che filtrano le lunghezze d'onda della luce utilizzate per generare energia solare, dimostrando la fattibilità dell'utilizzo di pannelli solari trasparenti nelle serre per generare elettricità.

"Siamo rimasti un po' sorpresi: non c'è stata una reale riduzione della crescita o della salute delle piante", afferma Heike Sederoff, co-autore dello studio e professore di biologia vegetale presso la North Carolina State University. "Significa che l'idea di integrare celle solari trasparenti nelle serre può essere realizzata".

Poiché le piante non utilizzano tutte le lunghezze d'onda della luce per la fotosintesi, i ricercatori hanno esplorato l'idea di creare celle solari organiche semitrasparenti che assorbono principalmente lunghezze d'onda della luce su cui le piante non fanno affidamento e di incorporare quelle celle solari nelle serre. Il lavoro precedente dello Stato del NC si è concentrato su quanta energia potrebbero produrre le serre a energia solare. A seconda del design della serra e della posizione in cui si trova, le celle solari potrebbero rendere molte serre neutre dal punto di vista energetico o addirittura consentire loro di generare più energia di quanta ne consumano.

Ma, fino ad ora, non era chiaro come questi pannelli solari semitrasparenti potessero influenzare le colture in serra.

Per affrontare il problema, i ricercatori hanno coltivato colture di lattuga a foglia rossa (Lactuca sativa) in camere di serra per 30 giorni – dal seme alla piena maturità. Le condizioni di crescita, dalla temperatura e dall'acqua al fertilizzante e alla CO2 concentrazione, erano tutti costanti – tranne che per la luce.

Un gruppo di controllo di lattughe è stato esposto all'intero spettro della luce bianca. Il resto delle lattughe è stato suddiviso in tre gruppi sperimentali. Ciascuno di questi gruppi è stato esposto alla luce attraverso diversi tipi di filtri che hanno assorbito lunghezze d'onda di luce equivalenti a quelle che avrebbero assorbito i diversi tipi di celle solari semitrasparenti.

"La quantità totale di luce incidente sui filtri era la stessa, ma la composizione cromatica di quella luce era diversa per ciascuno dei gruppi sperimentali", afferma Harald Ade, coautore dello studio e professore di fisica della Goodnight Innovation. allo stato NC .

"In particolare, abbiamo manipolato il rapporto tra luce blu e luce rossa in tutti e tre i filtri per vedere come influenzava la crescita delle piante", afferma Sederoff.

Per determinare l'effetto della rimozione di varie lunghezze d'onda della luce, i ricercatori hanno valutato una serie di caratteristiche delle piante. Ad esempio, i ricercatori hanno prestato molta attenzione alle caratteristiche visibili che sono importanti per coltivatori, droghieri e consumatori, come il numero delle foglie, la dimensione delle foglie e il peso delle lattughe. Ma hanno anche valutato i marcatori della salute delle piante e della qualità nutrizionale, come la quantità di CO2 assorbita dalle piante e i livelli di vari antiossidanti.

"Non solo non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra il gruppo di controllo e i gruppi sperimentali, ma non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra i diversi filtri", afferma Brendan O'Connor, coautore dello studio e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State.

"C'è anche un lavoro imminente che approfondisce i dettagli sui modi in cui la raccolta di varie lunghezze d'onda della luce influenza i processi biologici per lattughe, pomodori e altre colture", afferma Sederoff.

"Questo è promettente per il futuro delle serre a energia solare", afferma Ade. "Fare in modo che i coltivatori utilizzino questa tecnologia sarebbe un argomento difficile se si verificasse una perdita di produttività. Ma ora è un semplice argomento economico se l'investimento in nuove tecnologie per le serre sarebbe compensato dalla produzione e dal risparmio di energia».

"In base al numero di persone che mi hanno contattato in merito alle serre a energia solare quando abbiamo pubblicato lavori precedenti in questo spazio, c'è molto interesse da parte di molti coltivatori", afferma O'Connor. “Penso che l'interesse non farà altro che crescere. Abbiamo visto abbastanza prototipi proof-of-concept per sapere che questa tecnologia è fattibile in linea di principio, dobbiamo solo vedere un'azienda fare il salto e iniziare a produrre su larga scala".

Il documento, "Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica", appare sulla rivista Cell Report Scienze fisiche. I co-autori principali dell'articolo sono NC State Ph.D. gli studenti Melodi Charles e Eshwar Ravishankar. Il documento è stato co-autore di Yuan Xiong, un assistente di ricerca presso NC State Reece Henry e Ronald Booth, Ph. D. studenti presso NC State Jennifer Swift, John Calero e Sam Cho, tecnici presso NC State Taesoo Kim, un ricercatore presso NC State Yunpeng Qin e Carr Hoi Yi Ho, ricercatori post-dottorato presso NC State Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Aram Amassian, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Carole Saravitz, professore associato di ricerca di biologia vegetale presso NC State Jeromy Rech e Wei You dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin del Georgia Institute of Technology.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation nell'ambito delle sovvenzioni 1639429 e 1905901 dell'Office of Naval Research, nell'ambito delle sovvenzioni N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 e N00014-17-1-2204 Stato della Carolina del Nord Università e NextGen Nano Limited.

Nota per gli editori: Segue l'abstract dello studio.

"Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica"

Autori: 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 e Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech e Wei You, University of North Carolina a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Pubblicato: 17 marzo, Cell Report Scienze fisiche

Astratto: L'aggiunta di celle solari organiche semitrasparenti (ST-OSC) a una struttura di serra consente la coltivazione simultanea delle piante e la generazione di elettricità, riducendo così la domanda di energia della serra. Tuttavia, è necessario stabilire l'impatto di tali sistemi sulla crescita delle piante e sul clima interno e ottimizzare i compromessi del sistema. In questo lavoro, consideriamo la crescita delle piante sotto OSC e la progettazione rilevante del sistema. Innanzitutto, valutiamo la crescita della lattuga a foglia rossa sotto i filtri ST-OSC e confrontiamo l'impatto di tre diversi strati attivi OSC che hanno una trasmittanza unica. Non troviamo differenze significative nel peso fresco e nel contenuto di clorofilla della lattuga coltivata con questi filtri OSC. Inoltre, gli OSC forniscono un'opportunità per un'ulteriore gestione della luce e del calore della serra attraverso la progettazione del dispositivo e i rivestimenti ottici. Gli OSC possono quindi avere un impatto sulla crescita delle piante, sulla produzione di energia e sul carico termico della serra, e questo spazio commerciale di progettazione viene rivisto ed esemplificato.


Lo studio rileva che le piante crescerebbero bene nelle serre a celle solari

Uno studio recente mostra che la lattuga può essere coltivata in serre che filtrano le lunghezze d'onda della luce utilizzate per generare energia solare, dimostrando la fattibilità dell'utilizzo di pannelli solari trasparenti nelle serre per generare elettricità.

"Siamo rimasti un po' sorpresi: non c'è stata una reale riduzione della crescita o della salute delle piante", afferma Heike Sederoff, co-autore dello studio e professore di biologia vegetale presso la North Carolina State University. "Significa che l'idea di integrare celle solari trasparenti nelle serre può essere realizzata".

Poiché le piante non utilizzano tutte le lunghezze d'onda della luce per la fotosintesi, i ricercatori hanno esplorato l'idea di creare celle solari organiche semitrasparenti che assorbono principalmente lunghezze d'onda della luce su cui le piante non fanno affidamento e di incorporare quelle celle solari nelle serre. Il lavoro precedente dello Stato del NC si è concentrato su quanta energia potrebbero produrre le serre a energia solare. A seconda del design della serra e della posizione in cui si trova, le celle solari potrebbero rendere molte serre neutre dal punto di vista energetico o addirittura consentire loro di generare più energia di quanta ne consumano.

Ma, fino ad ora, non era chiaro come questi pannelli solari semitrasparenti potessero influenzare le colture in serra.

Per affrontare il problema, i ricercatori hanno coltivato colture di lattuga a foglia rossa (Lactuca sativa) in camere di serra per 30 giorni – dal seme alla piena maturità. Le condizioni di crescita, dalla temperatura e dall'acqua al fertilizzante e alla CO2 concentrazione, erano tutti costanti – tranne che per la luce.

Un gruppo di controllo di lattughe è stato esposto all'intero spettro della luce bianca. Il resto delle lattughe è stato suddiviso in tre gruppi sperimentali. Ciascuno di questi gruppi è stato esposto alla luce attraverso diversi tipi di filtri che hanno assorbito lunghezze d'onda di luce equivalenti a quelle che avrebbero assorbito i diversi tipi di celle solari semitrasparenti.

"La quantità totale di luce incidente sui filtri era la stessa, ma la composizione cromatica di quella luce era diversa per ciascuno dei gruppi sperimentali", afferma Harald Ade, coautore dello studio e professore di fisica della Goodnight Innovation. allo stato NC .

"In particolare, abbiamo manipolato il rapporto tra luce blu e luce rossa in tutti e tre i filtri per vedere come influenzava la crescita delle piante", afferma Sederoff.

Per determinare l'effetto della rimozione di varie lunghezze d'onda della luce, i ricercatori hanno valutato una serie di caratteristiche delle piante. Ad esempio, i ricercatori hanno prestato molta attenzione alle caratteristiche visibili che sono importanti per coltivatori, droghieri e consumatori, come il numero delle foglie, la dimensione delle foglie e il peso delle lattughe. Ma hanno anche valutato i marcatori della salute delle piante e della qualità nutrizionale, come la quantità di CO2 assorbita dalle piante e i livelli di vari antiossidanti.

"Non solo non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra il gruppo di controllo e i gruppi sperimentali, ma non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra i diversi filtri", afferma Brendan O'Connor, coautore dello studio e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State.

"C'è anche un lavoro imminente che approfondisce i dettagli sui modi in cui la raccolta di varie lunghezze d'onda della luce influenza i processi biologici per lattughe, pomodori e altre colture", afferma Sederoff.

"Questo è promettente per il futuro delle serre a energia solare", afferma Ade. "Fare in modo che i coltivatori utilizzino questa tecnologia sarebbe un argomento difficile se si verificasse una perdita di produttività. Ma ora è un semplice argomento economico se l'investimento in nuove tecnologie per le serre sarebbe compensato dalla produzione e dal risparmio di energia».

"In base al numero di persone che mi hanno contattato in merito alle serre a energia solare quando abbiamo pubblicato lavori precedenti in questo spazio, c'è molto interesse da parte di molti coltivatori", afferma O'Connor. “Penso che l'interesse non farà altro che crescere. Abbiamo visto abbastanza prototipi proof-of-concept per sapere che questa tecnologia è fattibile in linea di principio, dobbiamo solo vedere un'azienda fare il salto e iniziare a produrre su larga scala".

Il documento, "Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica", appare sulla rivista Cell Report Scienze fisiche. I co-autori principali dell'articolo sono NC State Ph.D. gli studenti Melodi Charles e Eshwar Ravishankar. Il documento è stato co-autore di Yuan Xiong, un assistente di ricerca presso NC State Reece Henry e Ronald Booth, Ph. D. studenti presso NC State Jennifer Swift, John Calero e Sam Cho, tecnici presso NC State Taesoo Kim, un ricercatore presso NC State Yunpeng Qin e Carr Hoi Yi Ho, ricercatori post-dottorato presso NC State Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Aram Amassian, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Carole Saravitz, professore associato di ricerca di biologia vegetale presso NC State Jeromy Rech e Wei You dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin del Georgia Institute of Technology.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation nell'ambito delle sovvenzioni 1639429 e 1905901 dell'Office of Naval Research, nell'ambito delle sovvenzioni N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 e N00014-17-1-2204 Stato della Carolina del Nord Università e NextGen Nano Limited.

Nota per gli editori: Segue l'abstract dello studio.

"Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica"

Autori: 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 e Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech e Wei You, University of North Carolina a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Pubblicato: 17 marzo, Cell Report Scienze fisiche

Astratto: L'aggiunta di celle solari organiche semitrasparenti (ST-OSC) a una struttura di serra consente la coltivazione simultanea delle piante e la generazione di elettricità, riducendo così la domanda di energia della serra. Tuttavia, è necessario stabilire l'impatto di tali sistemi sulla crescita delle piante e sul clima interno e ottimizzare i compromessi del sistema. In questo lavoro, consideriamo la crescita delle piante sotto OSC e la progettazione rilevante del sistema. Innanzitutto, valutiamo la crescita della lattuga a foglia rossa sotto i filtri ST-OSC e confrontiamo l'impatto di tre diversi strati attivi OSC che hanno una trasmittanza unica. Non troviamo differenze significative nel peso fresco e nel contenuto di clorofilla della lattuga coltivata con questi filtri OSC. Inoltre, gli OSC forniscono un'opportunità per un'ulteriore gestione della luce e del calore della serra attraverso la progettazione del dispositivo e i rivestimenti ottici. Gli OSC possono quindi avere un impatto sulla crescita delle piante, sulla produzione di energia e sul carico termico della serra, e questo spazio commerciale di progettazione viene rivisto ed esemplificato.


Lo studio rileva che le piante crescerebbero bene nelle serre a celle solari

Uno studio recente mostra che la lattuga può essere coltivata in serre che filtrano le lunghezze d'onda della luce utilizzate per generare energia solare, dimostrando la fattibilità dell'utilizzo di pannelli solari trasparenti nelle serre per generare elettricità.

"Siamo rimasti un po' sorpresi: non c'è stata una reale riduzione della crescita o della salute delle piante", afferma Heike Sederoff, co-autore dello studio e professore di biologia vegetale presso la North Carolina State University. "Significa che l'idea di integrare celle solari trasparenti nelle serre può essere realizzata".

Poiché le piante non utilizzano tutte le lunghezze d'onda della luce per la fotosintesi, i ricercatori hanno esplorato l'idea di creare celle solari organiche semitrasparenti che assorbono principalmente lunghezze d'onda della luce su cui le piante non fanno affidamento e di incorporare quelle celle solari nelle serre. Il lavoro precedente dello Stato del NC si è concentrato su quanta energia potrebbero produrre le serre a energia solare. A seconda del design della serra e della posizione in cui si trova, le celle solari potrebbero rendere molte serre neutre dal punto di vista energetico o addirittura consentire loro di generare più energia di quanta ne consumano.

Ma, fino ad ora, non era chiaro come questi pannelli solari semitrasparenti potessero influenzare le colture in serra.

Per affrontare il problema, i ricercatori hanno coltivato colture di lattuga a foglia rossa (Lactuca sativa) in camere di serra per 30 giorni – dal seme alla piena maturità. Le condizioni di crescita, dalla temperatura e dall'acqua al fertilizzante e alla CO2 concentrazione, erano tutti costanti – tranne che per la luce.

Un gruppo di controllo di lattughe è stato esposto all'intero spettro della luce bianca. Il resto delle lattughe è stato suddiviso in tre gruppi sperimentali. Ciascuno di questi gruppi è stato esposto alla luce attraverso diversi tipi di filtri che hanno assorbito lunghezze d'onda di luce equivalenti a quelle che avrebbero assorbito i diversi tipi di celle solari semitrasparenti.

"La quantità totale di luce incidente sui filtri era la stessa, ma la composizione cromatica di quella luce era diversa per ciascuno dei gruppi sperimentali", afferma Harald Ade, coautore dello studio e professore di fisica della Goodnight Innovation. allo stato NC .

"In particolare, abbiamo manipolato il rapporto tra luce blu e luce rossa in tutti e tre i filtri per vedere come influenzava la crescita delle piante", afferma Sederoff.

Per determinare l'effetto della rimozione di varie lunghezze d'onda della luce, i ricercatori hanno valutato una serie di caratteristiche delle piante. Ad esempio, i ricercatori hanno prestato molta attenzione alle caratteristiche visibili che sono importanti per coltivatori, droghieri e consumatori, come il numero delle foglie, la dimensione delle foglie e il peso delle lattughe. Ma hanno anche valutato i marcatori della salute delle piante e della qualità nutrizionale, come la quantità di CO2 assorbita dalle piante e i livelli di vari antiossidanti.

"Non solo non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra il gruppo di controllo e i gruppi sperimentali, ma non abbiamo riscontrato alcuna differenza significativa tra i diversi filtri", afferma Brendan O'Connor, coautore dello studio e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State.

"C'è anche un lavoro imminente che approfondisce i dettagli sui modi in cui la raccolta di varie lunghezze d'onda della luce influenza i processi biologici per lattughe, pomodori e altre colture", afferma Sederoff.

"Questo è promettente per il futuro delle serre a energia solare", afferma Ade. "Fare in modo che i coltivatori utilizzino questa tecnologia sarebbe un argomento difficile se si verificasse una perdita di produttività. Ma ora è un semplice argomento economico se l'investimento in nuove tecnologie per le serre sarebbe compensato dalla produzione e dal risparmio di energia».

"In base al numero di persone che mi hanno contattato in merito alle serre a energia solare quando abbiamo pubblicato lavori precedenti in questo spazio, c'è molto interesse da parte di molti coltivatori", afferma O'Connor. “Penso che l'interesse non farà altro che crescere. Abbiamo visto abbastanza prototipi proof-of-concept per sapere che questa tecnologia è fattibile in linea di principio, dobbiamo solo vedere un'azienda fare il salto e iniziare a produrre su larga scala".

Il documento, "Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica", appare sulla rivista Cell Report Scienze fisiche. I co-autori principali dell'articolo sono NC State Ph.D. gli studenti Melodi Charles e Eshwar Ravishankar. Il documento è stato co-autore di Yuan Xiong, un assistente di ricerca presso NC State Reece Henry e Ronald Booth, Ph. D. studenti presso NC State Jennifer Swift, John Calero e Sam Cho, tecnici presso NC State Taesoo Kim, un ricercatore presso NC State Yunpeng Qin e Carr Hoi Yi Ho, ricercatori post-dottorato presso NC State Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Aram Amassian, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso NC State Carole Saravitz, professore associato di ricerca di biologia vegetale presso NC State Jeromy Rech e Wei You dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin del Georgia Institute of Technology.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation nell'ambito delle sovvenzioni 1639429 e 1905901 dell'Office of Naval Research, nell'ambito delle sovvenzioni N00014-20-1-2183, N00014-17-1-2242 e N00014-17-1-2204 Stato della Carolina del Nord Università e NextGen Nano Limited.

Nota per gli editori: Segue l'abstract dello studio.

"Bilanciamento della produzione agricola e della raccolta di energia nelle serre ad energia solare organica"

Autori: 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 e Brendan T. O'Connor, North Carolina State University Jeromy Rech e Wei You, University of North Carolina a Chapel Hill e Alex H. Balzer e Natalie Stingelin, Georgia Institute of Technology

Pubblicato: 17 marzo, Cell Report Scienze fisiche

Astratto: L'aggiunta di celle solari organiche semitrasparenti (ST-OSC) a una struttura di serra consente la coltivazione simultanea delle piante e la generazione di elettricità, riducendo così la domanda di energia della serra. Tuttavia, è necessario stabilire l'impatto di tali sistemi sulla crescita delle piante e sul clima interno e ottimizzare i compromessi del sistema. In questo lavoro, consideriamo la crescita delle piante sotto OSC e la progettazione rilevante del sistema. Innanzitutto, valutiamo la crescita della lattuga a foglia rossa sotto i filtri ST-OSC e confrontiamo l'impatto di tre diversi strati attivi OSC che hanno una trasmittanza unica. Non troviamo differenze significative nel peso fresco e nel contenuto di clorofilla della lattuga coltivata con questi filtri OSC. Inoltre, gli OSC forniscono un'opportunità per un'ulteriore gestione della luce e del calore della serra attraverso la progettazione del dispositivo e i rivestimenti ottici. Gli OSC possono quindi avere un impatto sulla crescita delle piante, sulla produzione di energia e sul carico termico della serra, e questo spazio commerciale di progettazione viene rivisto ed esemplificato.


Lo studio rileva che le piante crescerebbero bene nelle serre a celle solari

Uno studio recente mostra che la lattuga può essere coltivata in serre che filtrano le lunghezze d'onda della luce utilizzate per generare energia solare, dimostrando la fattibilità dell'utilizzo di pannelli solari trasparenti nelle serre per generare elettricità.

"Siamo rimasti un po' sorpresi: non c'è stata una reale riduzione della crescita o della salute delle piante", afferma Heike Sederoff, co-autore dello studio e professore di biologia vegetale presso la North Carolina State University. "Significa che l'idea di integrare celle solari trasparenti nelle serre può essere realizzata".

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”

Authors: 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

Abstract: 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”

Authors: 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

Abstract: 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”

Authors: 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

Abstract: 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”

Authors: 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

Abstract: 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”

Authors: 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

Abstract: 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”

Authors: 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

Abstract: 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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