下一代温室可能完全由太阳能供电

许多温室可以通过利用透明的太阳能电池板来获取能量-主要是从植物不用于光合作用的光波长中获取能量。这是由北卡罗莱纳州立大学的工程、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结果。

这项研究的相应作者、NC State的机械和航空航天工程副教授布兰登·奥康纳（Brendan O"Connor）说：“植物只利用一些波长的光进行光合作用，其想法是建立温室，利用那些未使用的光来制造能量，同时让大部分光合带通过。”“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精力使用植物不使用的大部分波长的光。然而，到目前为止，还不清楚温室能捕获多少能量，如果它使用这些半透明的，波长选择性的有机太阳能电池。”

为了解决这个问题，研究人员使用了一个计算模型来估计如果温室屋顶上有半透明的有机太阳能电池，温室能产生多少能量-以及这是否足以抵消温室有效运行所需的能量。该模型是为了估计亚利桑那州、北卡罗来纳州和威斯康星州种植西红柿的温室的能源使用情况而开发的。

奥康纳说：“温室中的大量能源使用来自加热和冷却，因此我们的模型侧重于计算维持番茄生长的最佳温度范围所需的能源负荷。该模型还计算了当太阳能电池被放置在屋顶时，温室在每个地点产生的能量。

这个模型是复杂的，因为在太阳能电池产生的功率和它们允许通过的光合带中的光量之间有一个复杂的权衡。基本上，如果种植者愿意牺牲更大数量的光合生长，他们就能产生更多的能量。

更重要的是，用于这种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天保持凉爽，同时在冬天捕捉更多的温暖。

最终的结果是，对于许多温室经营者来说，这种权衡可能是一个小的权衡。特别是在温暖或温带气候下的温室。

例如，在亚利桑那州，温室可以成为能量中性-不需要外部电源-同时只阻止10%的光合光带。然而，如果种植者愿意阻止更多的光合光，他们可以产生两倍的能量，他们需要操作温室。在北卡罗来纳州，温室可以成为能量中性，同时阻止20%的光合光。在威斯康星州，温室不能使用半透明的太阳能电池成为中性能源-在冬天保持温室温暖需要太多的能量。然而，太阳能电池可以满足温室46%的能源需求。

奥康纳说：“虽然这项技术确实使用了一些植物所依赖的光，但我们认为对植物生长的影响是可以忽略不计的，而这种权衡对种植者来说是有经济意义的。”

论文《通过整合半透明有机太阳能电池实现净零能源温室》发表在《焦耳》杂志上。