下一代溫室可能完全由太陽(yáng)能供電

許多溫室可以通過(guò)利用透明的太陽(yáng)能電池板來(lái)獲取能量-主要是從植物不用于光合作用的光波長(zhǎng)中獲取能量。這是由北卡羅萊納州立大學(xué)的工程、植物生物學(xué)和物理學(xué)研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)新的建模研究的結(jié)果。

這項(xiàng)研究的相應(yīng)作者、NC State的機(jī)械和航空航天工程副教授布蘭登·奧康納（Brendan O"Connor）說(shuō)：“植物只利用一些波長(zhǎng)的光進(jìn)行光合作用，其想法是建立溫室，利用那些未使用的光來(lái)制造能量，同時(shí)讓大部分光合帶通過(guò)?！薄拔覀兡軌蛲ㄟ^(guò)使用有機(jī)太陽(yáng)能電池來(lái)做到這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S我們調(diào)整太陽(yáng)能電池吸收的光的光譜，這樣我們就可以集中精力使用植物不使用的大部分波長(zhǎng)的光。然而，到目前為止，還不清楚溫室能捕獲多少能量，如果它使用這些半透明的，波長(zhǎng)選擇性的有機(jī)太陽(yáng)能電池?！?/p>

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員使用了一個(gè)計(jì)算模型來(lái)估計(jì)如果溫室屋頂上有半透明的有機(jī)太陽(yáng)能電池，溫室能產(chǎn)生多少能量-以及這是否足以抵消溫室有效運(yùn)行所需的能量。該模型是為了估計(jì)亞利桑那州、北卡羅來(lái)納州和威斯康星州種植西紅柿的溫室的能源使用情況而開(kāi)發(fā)的。

奧康納說(shuō)：“溫室中的大量能源使用來(lái)自加熱和冷卻，因此我們的模型側(cè)重于計(jì)算維持番茄生長(zhǎng)的最佳溫度范圍所需的能源負(fù)荷。該模型還計(jì)算了當(dāng)太陽(yáng)能電池被放置在屋頂時(shí)，溫室在每個(gè)地點(diǎn)產(chǎn)生的能量。

這個(gè)模型是復(fù)雜的，因?yàn)樵谔?yáng)能電池產(chǎn)生的功率和它們?cè)试S通過(guò)的光合帶中的光量之間有一個(gè)復(fù)雜的權(quán)衡。基本上，如果種植者愿意犧牲更大數(shù)量的光合生長(zhǎng)，他們就能產(chǎn)生更多的能量。

更重要的是，用于這種分析的太陽(yáng)能電池是有效的絕緣體，因?yàn)樗鼈兎瓷浼t外光。這有助于使溫室在夏天保持涼爽，同時(shí)在冬天捕捉更多的溫暖。

最終的結(jié)果是，對(duì)于許多溫室經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，這種權(quán)衡可能是一個(gè)小的權(quán)衡。特別是在溫暖或溫帶氣候下的溫室。

例如，在亞利桑那州，溫室可以成為能量中性-不需要外部電源-同時(shí)只阻止10%的光合光帶。然而，如果種植者愿意阻止更多的光合光，他們可以產(chǎn)生兩倍的能量，他們需要操作溫室。在北卡羅來(lái)納州，溫室可以成為能量中性，同時(shí)阻止20%的光合光。在威斯康星州，溫室不能使用半透明的太陽(yáng)能電池成為中性能源-在冬天保持溫室溫暖需要太多的能量。然而，太陽(yáng)能電池可以滿足溫室46%的能源需求。

奧康納說(shuō)：“雖然這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)使用了一些植物所依賴的光，但我們認(rèn)為對(duì)植物生長(zhǎng)的影響是可以忽略不計(jì)的，而這種權(quán)衡對(duì)種植者來(lái)說(shuō)是有經(jīng)濟(jì)意義的。”

論文《通過(guò)整合半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)凈零能源溫室》發(fā)表在《焦耳》雜志上。