如何把温室变成发电站

温室屋顶的透明太阳能电池可以发电,而植物生长在下面。
2月25日,美国东部时间2019-6:45
在阳光明媚的日子里,一个很大的玻璃屋顶温室的内部的照片

像这样的温室总有一天可以自己发电,这要归功于清晰的太阳能板。

Dutchschenery/Istockphoto公司

太阳能电池是将阳光转化为电能的装置。这项技术提供了一种比燃烧煤炭和其他化石燃料更利于地球的发电方式。但是太阳能电池板需要很多的开口,在阳光充足的地方收获阳光。如果空间有限,人们可能不得不在太阳能电池板和农田之间做出选择来种植粮食。但是如果你能同时生产农作物和电力呢?对杨阳来说,解决办法很清楚。透明太阳能电池,就是这样。

杨是加州大学的物理学家,洛杉矶。他研究太阳能电池,也被称为光伏(foh-toh-vol-tay-ik)电池。许多是用硅元素制成的。相反,杨使用碳基版本。这些太阳能电池被称为opv,有机光伏的简称。opv是灵活和简单的制造。最近,几组科学家制造了透明的opv,或清楚。

因为他们让光通过,杨的一个学生建议他们在温室屋顶上使用光电管。这激发了杨的团队创造和测试一种既能发电又能让足够的光通过以种植植物的太阳能电池。

阳光是由许多颜色组成的,或者波长,光的我们看到的颜色——从紫罗兰色到红色——被称为可见光。它们的波长在400到700纳米之间。(一纳米是十亿分之一米)杨的太阳能电池让可见光通过,这让他们看起来很清楚。但是太阳能电池也必须吸收一些光来发电。杨氏吸收红外光,波长在700纳米到1毫米之间。大约一半来自太阳的光是红外线。人们看不见,但有些动物,如蛇和蝙蝠,能感知红外线。

植物不需要红外线。事实上,它们只需要很小范围的可见光就可以生长。大多数植物吸收红光和蓝光,但反射绿光。(这就是为什么大多数植物看起来都是绿色的)杨的研究小组想看看通过透明太阳能电池的可见光是否足以让植物生长。

他的团队没有足够的材料建造一个完整的温室。所以他们做了小规模的实验。第一,他们把泥土放进烧杯里,然后在里面种绿豆。他们在三种条件下在自然阳光下种植豆类。一组烧杯被揭开。其中一组在侧面有铝箔,顶部有透明的opv。最后一组的烧杯用铝箔完全覆盖以阻挡所有光线。

13天后,科学家们研究了种子发芽的情况。在箔纸覆盖的烧杯中,植物生长不良。但是种子顶部有一个透明的太阳能电池,在没有覆盖的烧杯中也能生长。这意味着太阳能电池可以在温室的屋顶上工作。

研究小组于1月3日在网上公布了研究结果。ACS纳米。

成长空间

科学家们需要考虑的不仅仅是是否有足够的光通过太阳能电池。还有效率。普通屋顶太阳能电池,吸收可见光,效率约为18%。这意味着它们每吸收100瓦的阳光就产生18瓦的能量。杨的测试opv有接近10%的效率,还是不错的。“但是我们实验室的细胞非常小,”杨说。“当太阳能电池面积很大时,效率通常会下降一点。”

杨认为温室在未来可能会变得更受欢迎。随着气候变化使生长条件变得不可预测,温室可以给农民更多的控制权。他说,杨的团队希望“把温室变成发电站来发电”。“那将非常有用。”

但是对于广泛使用这种技术的人来说,他补充说:“一切都归结为成本。”“现在,这项技术非常昂贵。”杨希望有一天,一家大公司愿意大规模生产这项技术。这可能有助于降低成本。

LuisCampos认为将太阳能电池用于发电和农业都是很聪明的。药剂师,他在纽约哥伦比亚大学工作。因为大多数太阳能电池吸收可见光,只有像杨氏这样的透明视讯机才能用于此目的。他说:“看到可再生能源设备能够提供多种应用,确实令人兴奋。”

Campos和杨一样担心,更大版本的电池可能无法正常工作。使设备变大会带来新的挑战,他说,它们的效率可能会下降。不过,他认为杨致远使用太阳能电池“是一项了不起的成就”。

今天的学生长大了,杨洁篪希望他们中的一些人能帮助改进这种技术,降低成本。这将提高其吸引力和潜在用途。他说:“科学是一种乐趣和挑战,“我希望孩子们能加入我们。”

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化石燃料任何燃料,如煤,石油(原油)或天然气——它们在地球内部从腐烂的细菌残骸中发展了数百万年,动植物

温室光填充结构,通常窗户用作墙壁和天花板材料,植物生长的地方。它提供了一个受控制的环境,在这个环境中设定了水量,可以应用湿度和营养素-并且可以防止害虫进入。

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太阳能电池把太阳能转换成电能的装置。

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波长一系列波中一个峰与另一个峰之间的距离,或者一个槽和下一个槽之间的距离。它也是用来测量辐射的“尺度”之一。可见光-它,就像所有的电磁辐射一样,波传播-包括波长在380纳米(紫色)到740纳米(红色)之间。波长小于可见光的辐射包括伽马射线,X射线和紫外线。长波辐射包括红外光,微波和无线电波。

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六点三

引用

期刊:是的。Liu等人通过透明有机半导体将阳光分解为光伏和光合作用.美国化学会纳米.1月3日在线发布,2019。doi:10.1021/acsnano.8b08577。