Med nye solcellemoduler kører drivhuse på deres egen energi

Planter bruger kun lysbølger fra en del af spektret til fotosyntese - resten kan genvindes og bruges til at generere solenergi. Det er ideen bag solcellemodulerne udviklet af EPFL startup Voltiris. Efter opmuntrende foreløbige resultater blev der for nylig installeret en ny pilotinstallation i Graubünden.

I Schweiz kræver dyrkning af tomater, agurker, peberfrugter og andre lys- og varmeintensive grøntsager, at man bygger et drivhus - men at drive et sådant bruger en enorm mængde strøm. Landmænd skal omhyggeligt balancere afgrødeudbytte og økonomi med miljøhensyn. "Det koster mere end 1,5 millioner CHF om året at opvarme et 5 hektar stort drivhus," siger Nicolas Weber, CEO for Voltiris. "Og et drivhus af den størrelse udleder nogenlunde den samme mængde CO₂ om året som 2.000 mennesker."

Den schweiziske føderation af frugt- og grøntsagsavlere, som dyrker flere tusinde hektar over hele landet, har sat sig et mål om at eliminere al fossil-brændstof-baseret energi fra sine landbrugsprocesser inden 2040. Systemet udviklet af Voltiris kan gå langt i retning af at nå det mål. Dens teknologi er baseret på det faktum, at planter ikke bruger alle de bølger, der er indeholdt i sollys; de resterende kan koncentreres på fotovoltaiske (PV) celler for at generere solenergi. Voltiris' system er let og designet til at spore solens bevægelser hen over himlen og kan prale af daglige udbytter på niveau med konventionelle solpaneler. De første grøntsager dyrket under Voltiris' system blev høstet denne sommer gennem pilotforsøg udført i to drivhuse, i kantonerne Valais og Graubünden.

Sollys er essentielt for dyrkning af afgrøder, da planter har brug for det til ikke kun fotosyntese, men også fototropisme (hvad får planter til at vokse i lysets retning) og fotoperiodisme (hvordan organismer reagerer på sæsonbestemte ændringer i længden af ​​dagen). Men planter er selektive med hensyn til, hvilke dele af spektret de bruger, idet de er afhængige af rødt og blåt lys. Voltiris' filtre lader derfor disse bølgelængder passere igennem, mens de leder de andre bølgelængder (grøn og nær-infrarød) mod PV-celler, hvor de omdannes til solenergi. Desuden genererer systemet denne vedvarende energi uden at reducere afgrødeudbyttet, da planterne stadig modtager alt det sollys, de har brug for.

Systemet består af dikroiske spejle, som viser en forskellig farve, afhængig af observationstilstanden. Farven på glasset – der minder om den antirefleksbelægning, der bruges på briller – giver spejlene en næsten dekorativ fornemmelse, da de skifter farver baseret på lyset, der passerer gennem dem. To patenterede opfindelser er det, der gør Voltiris' system unikt og i stand til at yde så godt. Det første er et optimeret optisk system, der effektivt koncentrerer sollys, og det andet er en sol-tracking-enhed designet til brug under tag, som forlænger den tid, systemet kan producere solenergi med 40 %.

Takket være disse gennembrud kan systemet opnå udbytter svarende til udbyttet af konventionelle solpaneler, men med kun halvdelen af ​​lysbølgerne - dvs. grønt og nær-infrarødt lys. "Vi planlægger at anvende forskellige behandlinger til det reflekterende glas baseret på behovene for specifikke afgrøder, for at forbedre vores udbytte yderligere," siger Weber. Den lette installation passer ind i det tomme rum mellem taget af drivhuset og toppen af ​​planterne.

Opfylder 60-100 % af et drivhuss energibehov

Pilottest af det nye system har vist, at de burde kunne skære drivhusenes CO₂ ned emissioner i halvdelen, mens de dækker mellem 60 % og 100 % af deres energibehov afhængigt af det installerede varmesystem:"emission reduceres ikke til nul, fordi vores system vil begynde at erstatte elektricitet, som generelt er "renere" end gas. "Dette udmønter sig i en miljømæssig fordel, men også en økonomisk fordel, når først omkostningerne ved systemet er blevet inddrevet, hvilket burde tage mellem fire og syv år," siger Weber.

Voltiris' innovation kommer på et passende tidspunkt, da den schweiziske føderale regering har udrullet incitamenter i løbet af de sidste par år for at opmuntre drivhusoperatører til at reducere deres afhængighed af fossile brændstoffer til opvarmning. Disse incitamenter omfatter tilskud til rene energisystemer. Men eksisterende alternativer, såsom træ, biobrændsel og geotermisk kraft, vil formentlig ikke være nok. Teknologien udviklet af Voltiris lover derfor at være en attraktiv løsning. Firmaet planlægger nu at køre flere pilottests i Holland og Genève, før det introducerer sit produkt på markedet i anden halvdel af 2023. + Udforsk yderligere

Næste generation af drivhuse kan være fuldt soldrevne