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有色太阳能电池板可使植物在“农用”农场中高效生长

03 Sep 2020
橙色温室
后期橘园:Paolo Bombelli及其同事在研究中使用的带有着色太阳能电池板的温室。 (礼貌:保罗·邦贝利/剑桥大学)

英国和意大利的研究人员称,着色的太阳能电池板可以使土地被用来种植农作物并同时发电,从而获得经济利益。橙色的太阳能电池板吸收某些波长的光,同时使最适合植物生长的光通过。该团队甚至声称他们的装置可以生产提供优质营养的农作物。

Agrivoltaics利用土地同时种植农作物并利用太阳能电池板发电。通常使用不透明或中性的半透明太阳能电池板。现在, 保罗·邦贝利剑桥大学的一名生物化学家,他和他的同事使用了橙色的半透明太阳能电池板,以查看是否有选择地将不同波长的光用于植物生长和发电会带来额外的好处。太阳能电池板允许橙色和红色光通过,因为这些波长最适合植物生长,同时吸收蓝色和绿色光以发电。

研究人员在意大利北部的温室中种植罗勒和菠菜,用玻璃屋顶替换为半透明的橙色着色太阳能电池板。他们在杂志上报告说,尽管与标准温室中种植的植物相比,两种作物的产量都降低了,但农用光伏系统提供了优于标准生长条件的经济优势。 先进能源材料.

财务收益

总体而言,农用大棚温室中的菠菜和电力价值比标准大棚中种植的菠菜作物高35%。罗勒和发电产生的经济收益约为2.5%。这是基于农作物的全球批发价格和当地向意大利国家电网出售电力的上网电价。根据研究人员的说法,由于罗勒的售价大约是菠菜价格的五倍,因此在经济收益方面存在实质性差异。换句话说,当与价值较低的农作物一起使用时,这种农用光伏系统会提供更多的经济回报。

与标准温室相比,桔黄色太阳能电池板下生长的罗勒产量下降了15%,而菠菜的产量下降了26%。但是,研究人员注意到农用植物和传统植物之间存在一些有趣的差异。生长在太阳能电池板下方的植物表现出对光的更有效的光合作用,并且它们在地上产生更多的组织,而在地下产生更少的组织。这导致植物形态上的差异,罗勒产生较大的叶子,菠菜较长的茎。

此外,实验室测试发现,在太阳能电池板下生长的罗勒和菠菜植物都比在标准温室中种植的蛋白质多。研究人员认为,在减少的光照条件下,形态变化,地上和地下代谢能的重新定向以及蛋白质的增加可能是改善光合作用的适应措施。他们补充说,“鉴于需要替代性的可持续蛋白质来源来替代动物蛋白质,例如在基于植物的人造肉中,更多蛋白质的积累很有趣。”

需要更多实验

邦贝利告诉 物理世界 该技术可能适用于意大利以外的地区’地中海气候,取决于所选条件。他说:“这取决于太阳能电池板占土地覆盖的百分比和所选择的农作物的类型”,并补充说,确定的唯一方法是进行额外的实验工作。确实,该团队现在希望在英国进行审判。

今年早些时候 布伦丹·奥’Connor 和北卡罗来纳州立大学的同事发表了一篇 建模研究 在日记中 焦耳 看看在温室中增加太阳能电池可以产生多少能量。像邦贝利’在这项工作中,该研究分析了太阳能电池板,该太阳能电池板从植物不用于光合作用的光的波长中获取能量。

奥康纳(O’Connor)解释说:“我们发现,在高温和中温气候下存在更多的机会。然而,在较冷的气候中对热能的需求给温室种植者带来了巨大的成本,而抵消这些能源成本至关重要。如果太阳能电池的设计可以最大程度地减少植物产量的损失,那么在不同的气候区域都应该会受益。”

O’康纳说,最新研究令人印象深刻。他解释说:“虽然在作物生物量中发现了一些损失,但它们证明了该系统的净经济利益,这对该概念而言是非常令人兴奋的结果,”他解释说。 Ø’康纳补充说,将太阳能电池与温室结构整合在一起的研究正在迅速发展,因为“有必要以最环保和可持续的方式重新想象生产食物以满足人类需求”。

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者