Şeffaf, pembe güneş panelleri: Tarım ve elektrik aynı arazide paylaşılabilecek

İsveç’te Mälardalen Üniversitesi’nden Silvia Ma Lu liderliğindeki bir araştırma ekibi, bitkilerin altında tarım yapılmasına olanak tanıyan yarı şeffaf, pembe renkli güneş panellerini test etti. Paneller, bitkilerin kullanamadığı ışık dalgalarını yakalayıp yenilenebilir elektrik üretirken, fotosentez için gerekli kırmızı ve mavi dalga boylarını toprağa geçiriyor. Ekip, bu prototipi Cell Reports Physical Science adlı bilimsel dergide yayımladı.

Bu yaklaşım, güneş ışığının farklı spektrum bölümlerinin tarım ve elektrik üretimi arasında paylaşılmasına dayanıyor. Araştırmacılar, aynı araziden hem gıda hem de temiz enerji elde etme potansiyelini deneylerle ölçmeye çalıştı.

Pembe paneller bir prototip aşamasında

Araştırmada kullanılan pembe paneller, yeşil spektrumda ışığı süzen bir yapıya sahip ancak şu anda bu yeşil ışık enerjisi güneş hücreleri tarafından yakalanmıyor. Deneyler, gelecekte böyle bir imkanın mümkün olabileceğine işaret ediyor.

Araştırmacılar, pembe hücreleri test etmek için brokoliyi seçti. Brokoli, lahana, karnibahçe (karnabahar), kale, brüksel filizleri ve kohlrabi gibi ticari ürünlerle aynı Brassica oleracea türüne ait olduğundan, bu bitkininin pembe gölgede iyi büyümesi halinde diğerlerinin de benzer şekilde büyüyebileceği düşünüldü.

Araştırmacılar, brokoliyeti yetiştirmek için üç farklı 20 metrekarelik tarla kurdular. Bir tarlada brokoli tam güneş altında, yani güneş panelinin olmadığı ‘normal’ büyüme karşılaştırması için yetiştirildi. Diğer iki tarlada ise brokoli pembe güneş panellerinin altında büyütüldü; bir tarlada panellerin şeffaflığı %50, diğerindeyse %70’ti.

Aynı verim, farklı ışık koşulları

Pembe paneller altındaki brokoller hasat zamanında benzer verimler verdi ancak bu bitkilerin olgunlaşması tam güneş altında yetişenlere göre 25 gün daha uzun sürdü. Az ışık almalarına rağmen mevcut ışığı daha verimli kullandıkları görüldü: Yoğun, %50 şeffaf paneller altındaki bitkiler %70’lik panelle karşılaştırıldığında kullanılabilir ışığı 4,5 kat; %70 şeffaf paneller altındakiyse 2,8 kat daha verimli kullandı.

Bu ışık değişiminin nedeni yalnızca pembe renk değil. Hücrelerin aktif bileşeni olan opak kadmiyum tellürü (CdTe), cam panel üzerinde şeritler halinde gömülü. Tam anlamıyla ışığın geçtiği bir güneş paneli yapan tasarım öğesi de bu. Şeritler daha sık aralıklıysa, hücre daha fazla güneş ışığını emip elektrik üretiyor ancak alttaki bitkilere daha az ışık ulaşıyor.

Paneller sistemlerinin şeffaflık düzeyleri farklı olmasına rağmen brokollerin iki panel sistemi altında da benzer şekilde performans göstermesi en ilginç bulduğum bulumlardan biriydi. Ancak bu bulgular yalnızca deney koşullarımıza özgü ve ek yetiştirme mevsimlerinde ile farklı sistem konfigürasyonlarında doğrulanması gerekiyor.

Silvia Ma Lu, Mälardalen Üniversitesi

Pembe rengin zorunluluğu yok

Araştırmacılar, panellerin neden pembe olmak zorunda olduğu sorusunu da gündeme getiriyor. CdTe şeritleri cam rekinden bağımsız olarak ışığı geçtiğine göre, pencerenin nötr olması da mümkündü. Bu pembe paneller aslında başta bina tasarımında kullanılmak üzere üretilmişti; bir binanın içine pembe bir parıltı katarken aynı zamanda biraz da elektrik üretmeyi hedefliyordu. Deneyde yalnızca ticari olarak mevcut olmaları ve yeniden değerlendirilmeye hazır olmaları nedeniyle tercih edildi.

Pembe filtre, bitki büyümesi için iki önemli ışık spektrumunu—kırmızı ve maviyi—geçirirken, filtrenin engellediği artan yeşil ışık güneş hücresi tarafından yakalanmayabiliyor. Bu nedenle çalışmadan, brokollerin büyümesini CdTe şeritlerinin gömülü olduğu pembe filtrenin mi yoksa genel ışık seviyesinin mi etkilediğine dair kesin bir sonuç çıkarulamıyor. Ayrıca camın altındaki sebzelerin üzerine serilmesiyle oluşan sera etkisi de dikkate alınmamış; bu deneyde hesaba katılmayan bir unsur.

Bu değişkenlerin tümünün ayrıştırılması için daha detaylı deneylere ihtiyaç var.

Küçük ölçekli uygulamalara uygun

Pembe paneller şu anda piyasada olduğundan, Ma Lu’nun bu ürünlerin evlere ve topluluk gruplarına küçük bir alanı en iyi şekilde kullanma imkanı sunabileceğini belirtmesi doğal. Benzer konfigürasyonların prototipinin, büyük tarım arazilerine anında yayılmaktansa topluluk bahçeleri gibi daha küçük ölçekli uygulamalarda veya sera çatılarına entegrasyonda uygun olabileceğini söyledi.

Farklı ışık spektrumlarını süzerek enerjiyi bitki büyümesi ve elektrik üretimi gibi ayrı hedeflere yönlendirmek teoriyle mantıklı görünüyor. Ancak büyük ticari uygulamalar için değerli sayılacak bir güneş paneli yaratmak hâlâ yolun başında.

Mühendislik açısından bu, güneş ışığından ve araziden mümkün olan en iyi genel kullanımı elde etmekle ilgili. Enerji üretimi açısından deneyde pembe paneller yetiştirme döneminde hektar başına yaklaşık 224,7 megawatsaat elektrik üretti—benzer boyuttaki geleneksel güneş panellerinden yaklaşık 100 MWh/hektar daha az.

Ramesh Rayudu, enerji sistemleri mühendisliği uzmanı (çalışmaya katılmadı)

Rayudu, kaybedilen elektriğin değerini dengelemek için hektar başına yaklaşık 1,2 ile 3,2 ton arasında ekstra brokoli gerekebileceğini ekledi. Gerçek sorunun, dalga boyu seçici panellerin ek karmaşıklığının, daha az elektrik üretimini telafi edecek kadar fazla tarımsal değer yaratıp yaratmadığı olduğunu vurguladı.

Araştırma Cell Reports Physical Science dergisinde yayımlandı. Bu makale Fiona MacDonald tarafından doğrulanmış ve düzenlenmiştir.