USA: Solarbetriebene Gewächshäuser als Zukunftsmodell

Einer neuen Modellstudie zeigt, dass viele Gewächshäuser energieneutral werden könnten, wenn man durchsichtige Sonnenkollektoren zur Energiegewinnung einsetzt.

Viele Gewächshäuser könnten energieneutral werden, indem man durchsichtige Sonnenkollektoren zur Energiegewinnung einsetzt. Bild: NC State.

Anzeige

Viele Gewächshäuser könnten energieneutral werden, indem man durchsichtige Sonnenkollektoren zur Energiegewinnung einsetzt - hauptsächlich aus den Lichtwellenlängen, die Pflanzen nicht für die Photosynthese nutzen. Das sind die Ergebnisse einer neuen Modellstudie, die von Forschern aus den Bereichen Ingenieurwesen, Pflanzenbiologie und Physik an der North Carolina State University durchgeführt wurde.

"Pflanzen verwenden nur einige Wellenlängen des Lichts für die Photosynthese und die Idee ist es, Gewächshäuser zu schaffen, die aus diesem ungenutzten Licht Energie erzeugen und gleichzeitig den größten Teil des photosynthetischen Lichtbandes durchlassen", sagt Brendan O'Connor, der entsprechende Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik am NC State. "Wir können dies durch die Verwendung organischer Solarzellen erreichen, weil sie es uns ermöglichen, das Lichtspektrum, das die Solarzelle absorbiert, abzustimmen - so können wir uns darauf konzentrieren, hauptsächlich Lichtwellenlängen zu verwenden, die Pflanzen nicht nutzen. Bisher war jedoch nicht klar, wie viel Energie ein Gewächshaus einfangen könnte, wenn es diese halbtransparenten, wellenlängenselektiven, organischen Solarzellen verwenden würde".

Um diese Frage zu beantworten, verwendeten die Forscher ein Rechenmodell, um abzuschätzen, wie viel Energie ein Gewächshaus produzieren könnte, wenn es auf seinem Dach halbtransparente organische Solarzellen hätte - und ob das genug Energie wäre, um die Energiemenge auszugleichen, die das Gewächshaus für einen effektiven Betrieb benötigt. Das Modell wurde entwickelt, um den Energieverbrauch von Gewächshäusern für den Tomatenanbau an Standorten in Arizona, North Carolina und Wisconsin abzuschätzen.

"Ein großer Teil des Energieverbrauchs in Gewächshäusern wird durch Heizen und Kühlen erzeugt, daher konzentrierte sich unser Modell auf die Berechnung der Energiebelastung, die zur Aufrechterhaltung des optimalen Temperaturbereichs für das Tomatenwachstum erforderlich ist", sagt O'Connor. "Das Modell berechnete auch die Energiemenge, die ein Gewächshaus an jedem Standort erzeugen würde, wenn Solarzellen auf seinem Dach angebracht werden.

Die Modellrechnung ist komplex, weil es einen komplizierten Kompromiss zwischen der von den Solarzellen erzeugten Energiemenge und der Lichtmenge im fotosynthetischen Bereich gibt, die sie durchlassen. Wenn die Erzeuger bereit sind, größere Mengen an photosynthetischem Wachstum zu opfern, können sie im Grunde genommen mehr Strom erzeugen.

Darüber hinaus sind die für diese Analyse verwendeten Solarzellen wirksame Isolatoren, da sie Infrarotlicht reflektieren. Dadurch bleiben Gewächshäuser im Sommer kühler, während sie im Winter mehr Wärme einfangen.

Das Endergebnis ist, dass der Kompromiss für viele Gewächshausbetreiber ein kleiner sein könnte. Insbesondere bei Gewächshäusern in warmen oder gemäßigten Klimazonen.

In Arizona beispielsweise könnten die Gewächshäuser energieneutral werden - sie benötigen keine externe Stromquelle - während sie nur 10% des photosynthetischen Lichtbandes blockieren. Wenn die Gärtner jedoch bereit sind, mehr photosynthetisches Licht zu blockieren, könnten sie doppelt so viel Energie erzeugen, wie sie für den Betrieb des Gewächshauses benötigen. In North Carolina könnte ein Gewächshaus energieneutral werden und gleichzeitig 20% des photosynthetischen Lichts blockieren. In Wisconsin könnte ein Gewächshäuser mit den halbtransparenten Solarzellen nicht energieneutral werden - das Warmhalten des Gewächshauses im Winter erfordert zu viel Energie. Die Solarzellen könnten jedoch bis zu 46% des Energiebedarfs des Gewächshauses decken.

"Obwohl die Technologie einen Teil des Lichts nutzt, auf die Pflanzen angewiesen sind, glauben wir, dass die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum vernachlässigbar sind - und dass der Kompromiss für die Landwirte finanziell sinnvoll sein wird", sagt O'Connor. (NC State Universtity)

Der GABOT-Newsletter

Kommentare (0)

Bisher sind keine Kommentare zu diesem Artikel erstellt worden.