由包括澳大利亚专家Clearvue的专家在内的研究团队开发的这种新型光伏窗户还能够将温室中的用水量减少29%。该小组认为,通过使用适应性强且高效的温度控制技术,一个全玻璃太阳能温室可以抵消世界各地高达100%的能源消耗。

澳大利亚的研究人员默多克大学和ClearVue技术公司已经开发了新的太阳能窗户,据报道可以减少温室中的能源消耗和水的使用。"这个项目的核心理念是同时收获食物和能源,这样我们就可以克服食物、能源和环境三难的挑战,”通讯作者教授说成道李告诉pv杂志.
为了测试所提出的创新,他们设计并建造了一个温室,在屋顶和墙壁上安装了高透明度的光伏窗户。在两个生长季节中,他们测量了生长在温室中的18种不同作物的产量,以及发电量和耗水量。
“屋顶安装高透明度光伏组件的太阳能温室利用一部分捕获的阳光通过太阳能电池发电,同时允许剩余的阳光穿过温室,用于植物生长和食物生产,”该团队解释说。“然而,在现阶段,还没有一个完全运行的太阳能温室的实际实施,以评估其实际能耗、发电能力和作物生产潜力。”
这个研究规模的温室建在澳大利亚西部的珀斯。它由四个房间组成,每个房间长8米,宽6米。房间1采用传统的低铁超透明玻璃,而房间2、3和4采用太阳能玻璃。
使用了两种类型的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)设计,包括PVB-1,较低的掺杂浓度用于较高透明度的窗口,以及PVB-2,具有稍高的发光度。房间2中的太阳能玻璃使用了两个PVB-2夹层;在3号房间,使用了PVB-1和PVB-2的组合,而4号房间使用了一个PVB-1夹层和一个普通的PVB夹层。
“ClearVue Technologies开发了一种高透明度的光伏玻璃产品,通过使用荧光聚光板、光谱选择性薄膜涂层和定制设计的硅基太阳能电池模块的先进玻璃的创新应用进行设计,”学者们补充说,并指出这些窗户的直接可见光透射率(VLT)约为60%,总VLT(直接加上漫射)约为70%,功率转换效率约为3.3%,电功率输出为30-33 Wp/m2。

温室中共安装了153个透明太阳能窗。他们能够给风扇、空调、窗帘和通风百叶窗供电。剩余的光伏发电能量也输出到电网。晚上,温室的运作依靠电网供电。生长季1为2021年7月至12月,生长季2为2022年3月至9月。
作物包括温室农业中常见的园艺作物和大面积作物。学者们解释说:“草莓、莴苣、番茄、矮豆、菠菜、芥菜、罗勒、雪豆、辣椒和甜椒被选为这项研究的对象,因为它们在商业温室农业中很常见。”。另一方面,小麦、大麦、油菜、羽扇豆、鹰嘴豆、生姜、向日葵和甜玉米也被包括在内,因为它们要么是广亩作物,要么具有重要的经济意义。虽然这些作物通常不在温室中进行商业化种植,但它们被广泛种植用于研究目的,特别是在育种项目中。
根据结果,与房间1相比,新型结构(房间2-4)减少了57%的能耗和29%的用水量。常见的园艺作物,如番茄、矮豆、鹰嘴豆、莴苣、菠菜、芥菜和甜椒,在日光温室中的产量水平与在常规温室中的产量水平相同。与此同时,日光温室里的雪豆产量增加了12%。当种植在日光温室中时,宽亩作物经历了生物量和产量的显著下降,或者未能达到成熟期。
根据这些结果,该团队对世界各地的相同结构进行了数值模拟。也就是说,他们把它放在了巴西的里约热内卢。中国北京;印度新德里;美国加州洛杉矶;美国纽约州纽约市;以色列海法;和法国巴黎。
“一个计算模型显示,通过使用适应性强、高效的温度控制技术,一个全玻璃太阳能温室有可能抵消全球各地高达100%的能源消耗,从而有可能在全球范围内实现完全自我可持续的温室农业,”该团队说。

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