Forskare har visat att användningen av tonade, genomskinliga solpaneler samtidigt kan generera el och producera näringsrika grödor, vilket leder till högre inkomstutsikter för jordbrukare och maximerar markanvändningen inom jordbruket.
Genom att göra det möjligt för jordbrukare att diversifiera sina investeringsportföljer skulle detta nya system kunna ge ekonomiskt skydd mot fluktuationer i marknadspriser eller förändringar i efterfrågan och minska riskerna i samband med klimatotillförlitlighet. I större skala kan det kraftigt öka solenergikapaciteten för att generera el utan att påverka jordbruksproduktionen.
Det är inte första gången som halvgenomskinliga solpaneler har använts för att producera grödor och elektricitet samtidigt, en teknik som kallas agrophotovoltaics. Men i en ny anpassning använde forskarna orangefärgade paneler för att få ut det mesta av våglängderna (eller färgerna) av ljus som kan passera genom dem.
Tonade solpaneler absorberar blå och gröna våglängder för att generera elektricitet. Orange och röda våglängder passerar igenom, så att växterna nedan kan växa. Medan grödor som odlas i vanliga jordbrukssystem får mindre än hälften av sitt totala ljus, är färgerna som passerar genom panelerna de som är bäst lämpade för deras tillväxt.
" För en högvärdig gröda som basilika kompenserar värdet av elproduktion helt enkelt för förlusten av biomassaproduktion från tonade solpaneler. Men när grödor som spenat är av lägre värde har detta betydande ekonomiska fördelar. Denna ledande forskare Dr Paolo Bombelli vid University of Cambridge's Department of Biochemistry sa.
Under normala odlingsförhållanden är det sammanlagda värdet av spenat och el som produceras med hjälp av ett tonat solcellssystem inom jordbruket 35 procent högre än enbart odling av spenat. Som jämförelse är den totala ekonomiska vinsten för basilika som odlas på detta sätt bara 2,5%. Beräkningen använder aktuella marknadspriser: Basil säljer för ungefär fem gånger så mycket som spenat. Värdet på den producerade elen beräknas under förutsättning att den kommer att säljas till det italienska nationella nätet, som genomförde studien.
" Våra beräkningar är en ganska konservativ uppskattning av systemets totala finansiella värde. Faktum är att om jordbrukare köpte el från det nationella nätet för att driva sina hus skulle fördelarna vara större, säger professor Christopher Howe, University of California, USA. University of Cambridges institution för biokemi deltog också i forskningen.
Studien visade att basilika som odlades under tonade solpaneler hade en 15 procent lägre säljbar avkastning och spenat cirka 26 procent lägre än normala odlingsförhållanden. Spenatrötter växer dock mycket mindre än stjälkar och löv: mindre ljus finns tillgängligt, och växten lägger energi på att odla "bio-solpaneler" för att fånga ljuset.
Laboratorieanalys av spenat- och basilikablad som odlats under plattorna visade att båda hade högre proteinkoncentrationer. Forskarna tror att växter kan producera ytterligare proteiner för att förbättra sin förmåga att fotosyntesera under reducerade ljusförhållanden. För att rymma det reducerade ljuset producerar spenat längre stjälkar som underlättar skörden genom att lyfta bladen från jorden.
– Ur bondens synvinkel är det bra om dina bladgrönsaker har större blad, den ätbara delen av växten som kan säljas. Eftersom den globala efterfrågan på protein fortsätter att växa är det möjligt att öka proteinet i växtgrödor Innehållstekniken skulle också vara mycket fördelaktigt."
Studiens huvudförfattare, Dr Eleanor Thompson från University of Greenwich, sa: "Med så många grödor som för närvarande växer under någon form av transparent täckning finns det ingen markförlust för ytterligare energiproduktion med färgade solpaneler. "
Alla gröna växter omvandlar ljus från solen till kemisk energi som driver deras tillväxt genom fotosyntes. Försöken utfördes i Italien med hjälp av två testgrödor. Spenat (Spinacia oleracea) representerar en vintergröda: den växer med mindre solljus och tolererar kallt väder. Basilika (Ocimum basilicum) representerar en sommargröda som kräver mycket ljus och högre temperaturer.
Forskarna diskuterar just nu ytterligare försök med systemet för att se hur väl systemet fungerar på andra grödor, och hur odling under främst rött och orange ljus påverkar grödor på molekylär nivå.