一屋兩用,半透明有機太陽能讓溫室種田兼顧種電

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 11 日 18:53 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


近年政府推動「農光互補」之餘,為避免發生良田假種地、實為賺電力的亂象,主要放行不利農業經營區種電,光電畜禽舍與溫室也必須遵守農地農用規範,農作生產量得達近三年均生產 7 成,而在上述條件下,未來的半透明的有機太陽能或許能助溫室光電一臂之力。

溫室的建材主要是玻璃或塑膠,接受太陽電磁輻射而加熱,使溫室內的植物、泥土、空氣變暖,種植作物較不受氣候與季節影響,流行於亞熱帶和溫帶國家,另外在乾燥地區也有防止水分過度蒸發等效果。

但既然要種植作物,一定要有充裕的陽光供植物生長,在溫室屋頂上裝設一般太陽能板可說是萬萬不可,對此美國北卡羅來納大學對有機太陽能技術寄予厚望。

有機太陽能顧名思義,就是用有機聚合物或是染料製作而成的太陽能板,有別於市面上常見的湛藍色矽晶太陽能板,有機太陽能可以製作成半透明、甚是是透明的模組,製造成本也低,雖然還沒有達到大規模商業化,但不少廠商看好其利基市場,正努力研發中。

除此之外,科學家也可以透過調配成分,使有機太陽能板吸收不同的波長,剩下的光線則放行讓植物行光合作用,如此一來屋頂太陽能板也不會阻礙植物生長,避免最後種植出營養不量的農作物。

這個發想跟植物生長燈類似,論文共同作者 Brendan O’Connor 表示,植物僅會吸收特定波長的光,因此團隊想打造出既不影響植物光合作用、又可以產生大量電力的有機太陽能溫室,為了實現理想,首先得知道波長選擇型有機太陽能發電量如何,是否能讓整棟溫室電力 100% 來自太陽能。

溫室中冷卻或加熱的用電量最高,團隊用三種不同的氣候區域模型展開研究,設想在亞利桑那州(美西南部)、北卡羅來納州(美東)、威斯康辛州(美中北部)種植溫室番茄,並加以計算所需的電力與適合溫度,其中若在日照豐沛的亞利桑那州建設有機太陽能溫室種植番茄,不僅可以實現能源中和(energy neutral),也只會阻擋植物所需 10% 的光。

不過有機太陽能溫室在寒冷或是日照較少的地方就沒有太多優勢了,如果要在北卡州用有機太陽能滿足整棟溫室的用電需求,得減少 20% 光合作用所需的光 ,更不用說緯度更高的威州,需要更多的電力來維持室內溫度,但有機太陽能屋頂仍能達成 50% 溫室供電,在該研究中,顯然有機太陽能更適合陽光充裕的地點。

早前也有需多科學家投入太陽能溫室研究,像是 2012 年西班牙 ULMA Agrícola 和 Tecnalia 研究中心就用光學透鏡打造出轉換效率達 15% 太陽能板,其製成的光電溫室既不影響植物生長,夏天時還可以製冷。

2017 年加州大學聖克魯茲分校也有推出波長選擇型太陽能板,只吸收綠光與藍光,外觀鮮紅色相當時尚,且測試多種植物後,發現 80% 的植物依然健康生長,實際上 20% 的植物比陽光直射下更加健康。

(首圖來源:北卡羅來納大學