下一代温室可能完全由太阳能供电
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许多温室可以通过使用透明的太阳能板来获取能量——主要来自植物不用于光合作用的波长的光，从而达到能量中性。这些是北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的工程、植物生物学和物理学研究人员进行的一项新的建模研究的发现。
Brendan O 'Connor说:“植物只使用一些波长的光进行光合作用，这个想法是创造温室，从这些未使用的光中产生能量，同时允许大部分光合波段的光通过，”该研究的通讯作者，北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授。“我们能够通过使用有机太阳能电池来做到这一点，因为它们允许我们调整太阳能电池吸收的光的光谱，这样我们就可以集中使用植物不使用的大部分波长的光。”然而，直到现在还不清楚如果温室使用这些半透明的、波长选择性的有机太阳能电池，它能捕获多少能量。”
为了解决这个问题，研究人员使用了一个计算模型来估算如果一个温室在其屋顶上安装了半透明的有机太阳能电池，它能产生多少能量——以及这是否足以抵消温室有效运转所需的能量。该模型用于估算亚利桑那州、北卡罗来纳州和威斯康星州温室种植番茄的能耗。
“温室中大量的能源消耗来自加热和冷却，所以我们的模型专注于计算维持番茄生长的最佳温度范围所需的能量负荷，”奥康纳说。“该模型还计算了当太阳能电池被放置在温室屋顶上时，在每个位置产生的能量。”
建模是复杂的，因为在太阳能电池产生的能量和它们允许通过的光合波段的光的数量之间有一个复杂的权衡。基本上，如果种植者愿意牺牲更多的光合作用生长，他们就能产生更多的能量。
此外，用于分析的太阳能电池是有效的绝缘体，因为它们反射红外光。这有助于使温室在夏季保持凉爽，而在冬季捕获更多的热量。
最终的结果是，对许多温室经营者来说，这种取舍可能是很小的。特别是在温暖或温带气候下的温室。
例如，在亚利桑那州，温室可以成为能源中性——不需要外部能源——同时只阻挡10%的光合波段。然而，如果种植者愿意阻挡更多的光合作用的光，他们可以产生两倍于他们需要的能量来运行温室。在北卡罗来纳州，一个温室可以在阻挡20%的光合作用光的同时变成能量中性。在威斯康辛州，温室不能通过半透明的太阳能电池实现能源中性——在冬天保持温室温暖需要太多的能源。然而，太阳能电池可以满足高达46%的温室能源需求。
奥康纳说:“虽然这项技术确实利用了一些植物所依赖的植物，但我们认为它对植物生长的影响可以忽略不计——而且这种权衡对种植者来说是有经济意义的。”
纸”,集成半透明有机太阳能电池，实现温室零能耗，发表在该杂志上焦耳．该论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生埃什瓦尔·拉维尚卡尔(Eshwar Ravishankar)。这篇论文的合著者是北卡罗来纳州的博士生罗纳德·布斯(Ronald Booth);Carole Saravitz，北卡州立大学植物加速器主任;Heike Sederoff，北卡罗莱纳州植物和微生物生物学教授;Harald Ade，晚安创新杰出教授，北卡罗来纳州立大学。这项研究得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)的资助，资助编号为1639429。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“集成半透明有机太阳能电池实现温室零能耗”
作者: Eshwar raishankar, Ronald E. Booth, Carole Saravitz, Heike Sederoff, Harald W. Ade和Brendan T. O 'Connor, North Carolina State University
发表: 1月29日,焦耳
DOI: 10.1016 / j.joule.2019.12.018
文摘:目前的农业做法对环境造成了巨大的压力，包括不可持续的用水、森林砍伐和农药流失。由于需要养活不断增长的全球人口，这些压力预计在未来几年将变得更加严重。一个有希望减少环境影响的方法是温室农业，它可以显著提高土地利用效率，同时减少水的消耗和杀虫剂。然而，温室的一个主要限制是用于调节空间的显著较高的能源消耗。在这里，我们展示了半透明有机太阳能电池(OSCs)可以实现净零能源(NZE)温室，从而为推进环境可持续农业提供了一个重要的机会。此外，我们还表明，有机太阳能电池的独特属性非常适合协同温室集成，这为OSCs的广泛商业应用提供了潜在的途径。
