非晶硅薄膜溫室開始萌芽

光伏項目業(yè)主可以通過在同一塊土地上同時收割農(nóng)作物并利用太陽能發(fā)電來增加財務(wù)收益。在配備有色半透明光伏組件的溫室中，所種植的羅勒和菠菜的總財務(wù)收益分別增加了2.5%和35%。

劍橋大學(xué)的研究人員描述了“有色半透明太陽能電池板允許在同一塊農(nóng)田上同時生產(chǎn)農(nóng)作物和發(fā)電”的潛在收益，這項研究最近發(fā)表在《先進能源材料》上。

人們以前嘗試過在農(nóng)作物上方部署雙面組件，由此在同一塊土地上收獲生物量和電能。通常電池與組件之間相隔較遠，以便更多的陽光可以穿透并照射到農(nóng)作物上。但在這種應(yīng)用中，農(nóng)作物上方不透明組件的陰影無法避免，生物量增長速度減慢。

新的研究表明，使用有色半透明組件可以獲得更好的結(jié)果。專門生產(chǎn)20%透明太陽能玻璃的臺灣公司Polysolar提供了這項研究使用的組件。非晶硅薄膜組件包括透明的背面氧化鋅導(dǎo)電層，且前面使用有氟錫氧化物涂層的通透玻璃。此類組件的光伏區(qū)域被夾在兩片玻璃之間。根據(jù)研究論文的描述，這些組件使轉(zhuǎn)化效率提高了8%，因此輸出功率為66瓦/平方米。

使用有色組件背后的想法是，植物和太陽能光伏發(fā)電需要光，但波長和數(shù)量不同。使用定制的橙色電池板，照射在溫室內(nèi)農(nóng)作物上的波長正好就是最有利于植物生長的波長。

植物的光合色素葉綠素在藍色(400-500納米)、紅色(600-700納米)及綠色(500-600nm)光譜中有吸收峰。植物中的類胡蘿卜素和花青素可以吸收藍色(400-500納米)和綠色光譜中的光，以保護光合機構(gòu)免受過度輻射。因此，在藍色和綠色光譜中吸收的光對光合作用的貢獻不大。通過部署可以吸收藍色和綠色光譜的有色太陽能電池板，抵達植物上的光具有高得多的紅色光譜，而這對光合作用最有效。

雖然以前就有人討論過有色半透明太陽能電池板在溫室中的使用，但尚未有相關(guān)的實驗研究。在此次試驗中，研究小組春/夏季在意大利的一間溫室里種植了12株羅勒植物，其中6株植物使用有色太陽能電池板，另外6株則用作傳統(tǒng)溫室中的參照植物。在第二次試驗中，研究小組還在兩個秋/冬季種植了菠菜。

使用有色太陽能電池板的溫室內(nèi)的植物比傳統(tǒng)溫室中的植物接受的太陽輻射少57%。正如研究人員預(yù)期的那樣，這些植物生長速度的下降與光照不足不成線性關(guān)系。羅勒和菠菜的生物量增長分別下降了30%和28%。在這些試驗中，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在所創(chuàng)造的條件下，這些植物生長的根和莖較少，但葉面積增加，以優(yōu)化光吸收，這對綠葉蔬菜來說非常理想。羅勒的可銷售生物量(葉)僅減少了15%(菠菜減少26%)。

為了計算羅勒和菠菜的收入，研究人員綜合考量了這些農(nóng)作物的銷售產(chǎn)量和全球批發(fā)價格來研究這項活動的財務(wù)影響。然后，研究小組查看了總發(fā)電量，并將其與試驗地點意大利的上網(wǎng)電價相匹配。

在這項實驗中，光伏溫室中的羅勒收入為19.4美元/平方米，而在傳統(tǒng)溫室中為22.8美元/平方米。其中的損失由27.8千瓦時/平方米的光伏發(fā)電量抵消，后者產(chǎn)生了4.02美元/平方米的收入。就兩間溫室的總價值而言，傳統(tǒng)溫室為22.8美元/平方米，而采用有色組件屋頂?shù)臏厥覟?3.4美元/平方米，增幅為2.5%。

劍橋大學(xué)生物化學(xué)專業(yè)研究員Paolo Bombelli說道：“對于像羅勒這樣的高價值作物，所產(chǎn)生的電力價值正好補償了有色太陽能電池板造成的生物產(chǎn)量損失。但是，當(dāng)作物的價值較低時，比如菠菜，這種新穎的農(nóng)業(yè)發(fā)電技術(shù)有著顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。”

菠菜的效果甚至更好。有色光伏組件下的植物產(chǎn)生了3.11美元/平方米的可銷售生物量，而透明玻璃為4.18美元/平方米。而發(fā)電量為17.6千瓦時/平方米，因此有機會根據(jù)意大利FIT計劃彌補2.55美元/平方米的收入。因此，菠菜種植戶使用光伏溫室將產(chǎn)生5.66美元/平方米的收入，而在透明玻璃條件下為4.18美元/平方米——增加了35%。

劍橋大學(xué)生物化學(xué)專業(yè)的Christopher Howe教授表示：“我們的計算結(jié)果是對這種系統(tǒng)整體財務(wù)價值的一個相當(dāng)保守的估計。實際上，如果一位農(nóng)民從國家電網(wǎng)購買電力來經(jīng)營他們的場地，收益還要多得多。”

植物在新陳代謝方面適應(yīng)了新的光照條件，葉片中的蛋白質(zhì)含量比參照植物高很多。我們可以展開更多的試驗來確定是否有可能修改電池板的光學(xué)特性，使植物將所需營養(yǎng)物質(zhì)儲存在葉片中。

“從農(nóng)民的角度來看，最好能讓綠葉蔬菜長出更大的葉片——這是植物可以出售的可食用部分。并且，隨著全球?qū)Φ鞍踪|(zhì)需求的持續(xù)增長，能夠增加植物中蛋白質(zhì)含量的技術(shù)也將令人類受益頗多。”Bombelli表示。