成果介绍
目前国内外光伏农业主要有两种方案,一是采用纯粹几何分光的光伏农业大棚或者野外农田,按一定的占空比将晶硅电池排布在农田上。这种方案会导致光伏板下面的农作物受光不足或受光不均匀。第二种方案采用薄膜太阳能电池片,如常见的非晶硅薄膜电池片看起来是半透光的,也就是光电转换只吸收一部分阳光。问题是所有薄膜太阳能电池片能带结构都不是按照植物光合作用所需光谱设计的,受物理原理限制,透过的剩余阳光从光谱结构上讲,并不能恰当地满足植物生长的需要。现有“光伏农业”项目存在透光与发电的矛盾。植物对光的吸收大约只占太阳光谱能量的10%,其他80%以上的太阳能量可以被用于光伏发电。中国科学技术大学先进技术研究院在在国内外首次提出真正实现农业种植、光伏发电两不误的解决方案“新型农业光伏系统”,该方案根据植物的太阳光吸收光谱特性,通过槽型聚光和聚合物分光膜将太阳光有针对性的分离,透光部分用于植物生长,反光部分用于光伏发电,新型光伏农业将光伏发电与农业生产相结合,极大提升太阳光的综合效能。该方案解决了传统光伏与农业相互“争光”的矛盾,大大提升了太阳光的综合效能,真正实现了种植、发电两不误,还有利于水土保湿,缓解水资源匮乏的问题,大幅度增加单位土地产出,增加农民收入。光谱分离薄膜由多层高分子薄膜组成,基于现代光学干涉多层介质膜设计理论和特殊的生产工艺,通过调控每层薄膜的折射率和厚度,不同波长的光会在不同折射率的界面处干涉叠加,最终只能使特定波长的光能透过薄膜,其余部分光反射。光谱分离薄膜替代普通塑料薄膜,可以大量节约水资源和灌溉成本。该方案一旦成熟,一方面可以推广上述“种地”+“种电”高效农场,这样的农场建在人口稠密的中东部地区,可以大大提升单位土地使用效率,增加农户收入;建在西北地区,在实现光伏发电的同时还可以帮助实现降水量与水蒸发的平衡,帮助恢复植被,发展畜牧业;另一方面,也可以单独采用,在炎热夏季将这种塑料光学滤光膜覆盖在植物大棚上,可以起到降低大棚内温度、减少大棚内湿度和水蒸发的作用,帮助农作物生长。
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