Bitkiler, kendi başlarına harika güneş panelleridir; özellikle kırmızı ve mavi ışık spektrumunu enerjiye dönüştürme konusunda oldukça başarılıdırlar. Peki ya, bitkilerin kullanmadığı ışık spektrumlarını yakalarken, kendileri için gerekli olan kırmızı ve mavi ışığı geçiren bir güneş paneliyle bitkiler bir arada yaşayabilir miydi?
İsveç'teki Mälardalen Üniversitesi'nden Silvia Ma Lu liderliğindeki bir ekip, tam da bu soruyu ele aldı. Yeni bir çalışmada, yarı saydam ve gül pembesi renginde tasarlanan güneş panelleri kullanarak, bitkilerin altına ulaşan belirli ışık dalga boylarına izin verirken aynı zamanda elektrik üretmeyi başardılar.
Bu yenilikçi prototip, bilimsel bir dergide yayımlanarak tanıtıldı. Temel fikir oldukça basit: Güneş panelleri, gelen güneş ışığının bir kısmını kullanarak yenilenebilir elektrik üretirken, kalan ışığın da altındaki bitkilere ulaşmasını sağlıyor.
Bu sayede, güneş spektrumunun farklı bölümlerini bitki gelişimi ve elektrik üretimi için ayırarak güneş ışığından daha verimli bir şekilde yararlanmak mümkün olabilir. Ancak çalışmada test edilen bu pembe paneller, henüz nihai ürün olmaktan çok bir prototip niteliğinde.
Pembe renk, yeşil ışık spektrumunu filtreleyerek bitkilere ulaşmasını engelliyor. Şu anki durumda bu filtrelenen yeşil ışık enerjisi, güneş hücreleri tarafından tam olarak yakalanmıyor. Ancak yapılan deneyler, gelecekte bu durumun bir olasılık olabileceğini gösteriyor.
Ma Lu ve ekibi, bu pembe hücreleri test etmek için brokoli bitkisini seçti. Brokoli, lahana, karnabahar, lahana yaprağı, Brüksel lahanası ve alabaş gibi birçok ticari bitkinin de dahil olduğu aynı türden bir bitki. Eğer brokoli bu pembe güneş hücrelerinin gölgesinde iyi gelişebilirse, aynı türdeki diğer bitkilerin de gelişebilmesi muhtemel.
Araştırmacılar, brokoliyi yetiştirmek için üç farklı 20 metrekarelik arazi bölümü oluşturdular. Bir bölümde brokoli, standart büyüme koşullarını karşılaştırmak için doğrudan güneş ışığı altında yetiştirildi. Diğer iki bölümde ise brokoli, pembe güneş panellerinin altında büyütüldü. Bu panellerden birinde %50, diğerinde ise %70 şeffaflık sağlandı.
Araştırmacılar, farklı şeffaflık seviyelerine rağmen brokolinin her iki güneş paneli sisteminde de şaşırtıcı derecede benzer şekilde geliştiğini gözlemlediler. Ancak bu bulguların deneysel koşullara özgü olduğunu ve ek büyüme mevsimleri ve sistem konfigürasyonlarında doğrulanması gerektiğini belirtiyorlar.
Hasat zamanı geldiğinde tüm brokoli bitkilerinin verimi benzer olsa da, pembe paneller altında yetişenler hasada ulaşmak için 25 gün daha fazla zaman aldı. Bu, bitkilerin doğrudan güneş ışığına göre çok daha az ışık almasına rağmen mevcut ışıktan daha verimli faydalandıkları anlamına geliyor: %50 şeffaflıktaki paneller altında 4.5 kat daha fazla, %70 şeffaflıktaki paneller altında ise 2.8 kat daha fazla verimlilik gösterdiler.
Bu panellerde bulunan ve ışığı değiştiren sadece pembe renk değil. Bu hücrelerin aktif bileşeni olan opak kadmiyum tellürür (CdTe), cam panelin boyunca şeritler halinde yerleştirilmiş durumda. Bu tasarım detayı, ışığın geçmesine olanak tanıyan bir güneş paneli oluşturuyor. Şeritler ne kadar sıkı aralıklı olursa, hücre o kadar fazla güneş ışığını yakalayarak elektrik üretebilir, ancak bu aynı zamanda altındaki bitkilere ulaşan ışık miktarını da azaltır.
Bu durum ilginç bir soruyu akla getiriyor: Eğer CdTe şeritleri cam renginden bağımsız olarak ışığın geçmesine izin veriyorsa, panellerin neden pembe renkte olmasına gerek var? Aslında, pek de gerek yok. Cam nötr bir renkte de olabilirdi.
Bu pembe paneller aslında ilk olarak binalarda, iç mekanlara pembe bir ışıltı verirken aynı zamanda bir miktar elektrik üretmek amacıyla tasarlanmıştı. Bu deneyde kullanılmalarının tek sebebi, ticari olarak zaten mevcut olmaları ve yeniden amaçlandırmaya hazır olmalarıydı.
Pembe filtre, bitki gelişimi için iki önemli ışık spektrumunu, yani kırmızı ve mavi ışığı geçiriyor. Filtrenin engellediği kalan yeşil ışık ise güneş hücresi tarafından tam olarak yakalanmıyor. Bu nedenle, bu çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, brokolinin büyümesini etkileyen faktörün CdTe şeritlerinin yerleştirildiği pembe filtre mi yoksa genel ışık seviyeleri mi olduğu tam olarak net değil. Ayrıca, camın bir sebzenin üzerinde olmasının yarattığı sera etkisi de bu deneyde hesaba katılmamış.
Tüm bu değişkenleri netleştirmek için daha detaylı deneylere ihtiyaç duyulacak.
Ancak bu gül pembesi paneller zaten piyasada bulunduğundan, Ma Lu evlerde ve topluluk gruplarında küçük alanlardan en iyi şekilde yararlanmak için bir yol sunabileceğini belirtiyor. Bu prototipe benzer konfigürasyonların, büyük tarım alanlarına hemen uygulanmasından ziyade, topluluk bahçeleri gibi küçük ölçekli uygulamalar veya seraların çatılarına entegrasyon için uygun olabileceğini söylüyor.
Farklı ışık spektrumlarını filtreleyerek enerjiyi ayrı hedeflere, yani bitki yetiştirmeye ve elektrik üretmeye ayırma fikri teorik olarak mantıklı. Ancak, büyük ölçekli ticari uygulamalar için değerli olacak bir güneş paneli yaratma konusunda hala katedilmesi gereken yol olduğu görülüyor.
Çalışmaya dahil olmayan güç sistemleri mühendisliği uzmanı Ramesh Rayudu, mühendislik açısından bakıldığında bunun güneş ışığı ve arazinin en iyi şekilde kullanılmasından ibaret olduğunu açıklıyor. Deneyde elde edilen enerji açısından bakıldığında, pembe paneller büyüme dönemi boyunca hektar başına yaklaşık 224.7 MWh elektrik üretti. Bu, benzer boyuttaki geleneksel güneş panellerine göre hektar başına yaklaşık 100 MWh daha az.
Rayudu, elektriğin değeri ve brokoli için alınan fiyata bağlı olarak, bu kayıp elektriğin değerini dengelemek için hektar başına yaklaşık 1.2 ila 3.2 ton ek brokoli üretilmesi gerekeceğini belirtiyor. Asıl soru, dalga boyu seçici güneş panellerinin getirdiği ek karmaşıklığın, daha düşük elektrik üretimi karşılığında yeterince ek tarımsal değer üretip üretmeyeceği. İşte merakla beklenen karşılaştırma bu olacak.
