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下一代溫室可能完全由太陽能供電

出處 Science Daily 作者 馬維揚摘譯 年份 2020/03/23
報告類型 新聞報導 分類 新及再生能源 資料時間 2020年3月
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       許多溫室可以藉由使用透明的太陽能板來收集能量,而這些能量主要來自於不被植物使用於光合作用的太陽光。

       北卡羅來納州立大學副教授布倫丹·奧康納說,植物僅將某些波長的太陽光用於光合作用,因此我們可以建立一個太陽能供電的溫室,允許大部分光合作用的光通過,並利用未被植物使用的光來產生能量。我們可以使用有機太陽能電池來做到這一點,因為它們的吸收光譜是可以調整的。但是,到目前為止我們無法得知,如果使用這些半透明且具有波長選擇性的有機太陽能電池後,溫室到底可以捕獲多少能量。

       為了解決這個問題,研究人員使用計算模型來估算如果溫室在屋頂上安裝半透明有機太陽能電池時,可以產生多少能量,以及該能量是否足以抵消溫室有效運轉所需的能量? 該模型的開發用來估算亞利桑那州、北卡羅來納州和威斯康辛州種植番茄的溫室的能源消耗。

       奧康納說,溫室中許多能源的使用都來自加熱和冷卻,因此我們的模型著重於計算維持番茄生長的最佳溫度範圍所需的能量負荷。該模型還計算出當有機太陽能電池放在屋頂上時,溫室在每個位置能產生多少能量。

       這模型是複雜的,因為在太陽能電池產生的能量與允許通過的光合作用的光量之間要進行複雜的權衡。基本上,如果種植者願意犧牲大量光合作用的光,他們可以產生更多的能量。此外,塑膠材質的有機太陽能電池是有效的熱絕緣體,因為它們能夠反射紅外光,這有助於在夏天使溫室涼爽,而在冬天則可以保暖。

       模擬的最終結果是,對於許多溫室經營者而言,這種權衡取捨可能很小,尤其是對於溫暖或溫帶氣候的溫室。例如,在亞利桑那州,溫室可以變成能源中立(energy neutral),亦即不需要外部能源,同時,半透明太陽能電池只有阻擋10%的光合作用所使用的光。然而,當種植者可以接受阻擋更多光合作用的光時,它們產生的能量將是運轉溫室所需能量的兩倍。北卡羅萊納州的溫室可能變成能量中立,並阻擋了20%的光合作用的光。在威斯康辛州的溫室則不能成為能量中立,因為需要大量能量才能使溫室在冬天變暖,但是可以滿足溫室能源需求的46%。

       奧康納說:“儘管這項技術確實使用了一些植物所仰賴的光,但我們認為這種影響對植物的生長可以忽略不計,而且這種權衡對於種植者來說是有經濟意義的。”

圖片來源: 北卡羅來納州立大學