節能透明太陽能電池溫室的應用研究

趙雅君++由莉莉++李延國++李建軍++何禹++劉柱++楊眉++任慧

摘 要：節能透明太陽能電池溫室包括：透明的太陽能電池安裝在溫室棚頂并按照固定間隔排列形成電池組，通過調整太陽能電池排列的重疊位置，可以控制并調節溫室的透光率以適應溫室植物健康的生長，冬季由太陽能電池供電給導熱線加熱來融化太陽能電池表面的積雪，保證太陽能電池能夠正常工作，這種溫室不僅可用于植物栽培而且還可以用于太陽能發電為溫室生產提供清潔能源。

關鍵詞：節能溫室；透明太陽能電池；透光率；清潔能源

中圖分類號：S625 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832022

1 技術背景及研究領域

常規溫室應用的是透光的玻璃或塑料薄膜接收太陽光進入溫室而進行植物栽培。這樣的溫室配置，作物完全暴露在大量的陽光下，只能被動接收陽光，不能主動利用太陽光能發電。溫室生產用電由市電或發電機所提供電能，這樣不僅浪費能源和加大溫室生產費用支出，而且還不具備節能環保。本研究涉及就是用透明的太陽能電池做溫室棚頂覆蓋材料，使溫室既能按照栽培植物對太陽能的需求主動調節進入溫室的透光率，又能利用太陽光能發電對溫室生產提供清潔能源，其技術范圍屬于設施農業領域。

2 主要研究內容

為了滿足溫室內植物栽培對光照的需求并利用太陽能進行發電給溫室生產提供清潔能源，需要采用完整的裝置及技術來解決這一技術問題，本研究所要解決的技術問題就是克服了現有技術中存在的不足，對一種通用性強、安裝調整方便的應用透明太陽能電池的溫室進行研究。

為解決上述技術問題，本研究是采用如下技術方案實現的，這種節能透明太陽能電池溫室包括：透明的太陽能電池安裝在溫室棚頂并按照固定間隔排列形成電池組，通過調整太陽能電池排列位置，可以控制并調節溫室的透光率，冬季由太陽能電池供電可通過導熱線加熱融化電池表面的積雪，保證太陽能電池能夠正常工作，這種溫室不僅可用于植物栽培而且還可同時用于太陽能發電為溫室生產提供清潔能源。

本研究有益的效果在于安裝在溫室棚頂上的太陽能電池通過排列布置，可以使進入溫室內的透光率得到有效控制，保證了溫室內栽培植物能夠正常進行光合作用，而且還能利用太陽光能進行發電，給溫室生產提供清潔能源。這種結構方式簡單、可靠實用、安裝調整方便、市場發展潛力大、經濟效益和社會效益明顯，具有十分廣闊的應用前景。

3 附圖說明

1.太陽能電池基片；2.太陽能電池；3.染料敏化太陽能電池；4.太陽能電池；5.雙層透明太陽能電池；6.不可彎曲太陽能電池；7.可彎曲太陽能電池；8.交替排列太陽能電池；9.調整透光率太陽能電池；10.交替排列太陽能電池；11.調整透光率太陽能電池；12.太陽能電池；13.導熱線。

4 工作原理

參閱圖1，左側圖中，多組置有非晶硅的太陽能電池2安裝在太陽能電池基片1上。右側圖中，染料敏化太陽能電池4安置在染料敏化太陽能電池基片3上。在染料敏化太陽能電池中，太陽能電池4有與其大小相對應的染料敏化太陽能電池基片3。

參閱圖2，顯示的是溫室棚頂上雙層太陽能電池5的安裝，根據本研究的特性，圖3是溫室圖2的主視圖。圖4顯示的是調整溫室的透光率的透明太陽能電池9和11，圖5顯示的是太陽能電池12以及其表面的導熱線13。

圖2中，溫室棚頂上是雙層透明太陽能電池5。常規的溫室應用玻璃或乙烯基塑料薄膜，本研究溫室應用的是透明的雙層透明太陽能電池5包圍。

如圖3中所示，溫室可做成多個平面的連接結構，形成多元化的不可彎曲太陽能電池6彼此連接到溫室棚頂，或者是可彎曲的薄膜太陽能電池7。非晶硅太陽能電池或染料敏化太陽能電池均需要可彎曲襯底，以便于安裝在溫室棚頂的圓弧上。

雙層透明太陽能電池5可覆蓋整個溫室棚頂，如圖2所示。否則雙層透明太陽能電池5需要安排在玻璃或透明塑料薄膜的常規材料之中。

如圖4所示，栽培條件取決于在溫室里所栽培的植物，溫室里所栽培的植物需要適合的雙層太陽能電池5的透光率。為了調整雙層太陽能電池5的透光率使其適合溫室內栽培的植物，太陽能電池5設計成雙層結構。例如，為了降低透光率，2個太陽能電池組中的調整透光率太陽能電池9和11與交替排列太陽能電池8和10進行交替排列。為了增加透光率，2個太陽能電池組中的調整透光率太陽能電池9和11與交替排列太陽能電池8和10互相重疊即可，互相重疊的多，透光率就高，反之就低。因此，進入溫室內的太陽光能通過交替排列太陽能電池8和10將得到調整。

如圖5，在冬天降雪時，雪載荷的逐漸增加有可能會導致溫室坍塌。為了防止這種災難發生，除溫室拱架需要增加強度外，在防止積雪堆積在不便于清理的交替排列太陽能電池8和10上，太陽能電池12表面設有導熱線13來提供熱能進行融化積雪。雪載荷的檢測可應用壓力傳感器、堆積厚度傳感器或者人為觀察，及時發現并避免溫室坍塌。此外，提供給導熱線13的電能，是由太陽能電池12提供的。

根據本研究，這種節能太陽能溫室可以通過調節太陽能電池板的排列位置來改變進入溫室的太陽光能，給栽培植物提供最佳的生長環境，還可以通過溫室棚頂的太陽能電池發電給溫室生產提供清潔能源，起到節能環保作用。

5 主要特點

5.1 這種節能透明太陽能電池溫室的透明太陽能電池

安裝在溫室棚頂并按照固定間隔排列形成電池組，通過調整太陽能電池排列位置，可以控制并調節溫室的透光率。

5.2 透明太陽能電池

可以是非晶硅太陽能電池的排列組或染料敏化太陽能電池的排列組。

5.3 太陽能電池交替排列

安裝在雙層結構的太陽能電池組中。

5.4 溫室的透光率

取決于交替排列安裝在雙層結構的太陽能電池組的重疊程度。

5.5 冬季

由太陽能電池供電給導熱線加熱融化太陽能電池表面的積雪，能有效防止由于積雪堆積在電池板上而導致溫室坍塌。

5.6 溫室

不僅可用于植物栽培而且還可用于太陽能發電，為溫室生產提供清潔能源。

6 結論

6.1 這種節能溫室

使用的透明太陽能電池板不僅可以為溫室提供覆蓋材料，而且還能用太陽光能發電，給溫室生產提供清潔能源。

6.2 進入溫室內的太陽光

可通過太陽能電池板的交叉排列，可以改變光照強度，為植物健康生長創造了良好條件。

6.3 解決了冬季積雪

堆積太陽能電池板不能發電的難題甚至導致溫室坍塌的災難。