节能透明太阳能电池温室的应用研究

赵雅君++由莉莉++李延国++李建军++何禹++刘柱++杨眉++任慧

摘 要：节能透明太阳能电池温室包括：透明的太阳能电池安装在温室棚顶并按照固定间隔排列形成电池组，通过调整太阳能电池排列的重叠位置，可以控制并调节温室的透光率以适应温室植物健康的生长，冬季由太阳能电池供电给导热线加热来融化太阳能电池表面的积雪，保证太阳能电池能够正常工作，这种温室不仅可用于植物栽培而且还可以用于太阳能发电为温室生产提供清洁能源。

关键词：节能温室；透明太阳能电池；透光率；清洁能源

中图分类号：S625 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832022

1 技术背景及研究领域

常规温室应用的是透光的玻璃或塑料薄膜接收太阳光进入温室而进行植物栽培。这样的温室配置，作物完全暴露在大量的阳光下，只能被动接收阳光，不能主动利用太阳光能发电。温室生产用电由市电或发电机所提供电能，这样不仅浪费能源和加大温室生产费用支出，而且还不具备节能环保。本研究涉及就是用透明的太阳能电池做温室棚顶覆盖材料，使温室既能按照栽培植物对太阳能的需求主动调节进入温室的透光率，又能利用太阳光能发电对温室生产提供清洁能源，其技术范围属于设施农业领域。

2 主要研究内容

为了满足温室内植物栽培对光照的需求并利用太阳能进行发电给温室生产提供清洁能源，需要采用完整的装置及技术来解决这一技术问题，本研究所要解决的技术问题就是克服了现有技术中存在的不足，对一种通用性强、安装调整方便的应用透明太阳能电池的温室进行研究。

为解决上述技术问题，本研究是采用如下技术方案实现的，这种节能透明太阳能电池温室包括：透明的太阳能电池安装在温室棚顶并按照固定间隔排列形成电池组，通过调整太阳能电池排列位置，可以控制并调节温室的透光率，冬季由太阳能电池供电可通过导热线加热融化电池表面的积雪，保证太阳能电池能够正常工作，这种温室不仅可用于植物栽培而且还可同时用于太阳能发电为温室生产提供清洁能源。

本研究有益的效果在于安装在温室棚顶上的太阳能电池通过排列布置，可以使进入温室内的透光率得到有效控制，保证了温室内栽培植物能够正常进行光合作用，而且还能利用太阳光能进行发电，给温室生产提供清洁能源。这种结构方式简单、可靠实用、安装调整方便、市场发展潜力大、经济效益和社会效益明显，具有十分广阔的应用前景。

3 附图说明

1.太阳能电池基片；2.太阳能电池；3.染料敏化太阳能电池；4.太阳能电池；5.双层透明太阳能电池；6.不可弯曲太阳能电池；7.可弯曲太阳能电池；8.交替排列太阳能电池；9.调整透光率太阳能电池；10.交替排列太阳能电池；11.调整透光率太阳能电池；12.太阳能电池；13.导热线。

4 工作原理

参阅图1，左侧图中，多组置有非晶硅的太阳能电池2安装在太阳能电池基片1上。右侧图中，染料敏化太阳能电池4安置在染料敏化太阳能电池基片3上。在染料敏化太阳能电池中，太阳能电池4有与其大小相对应的染料敏化太阳能电池基片3。

参阅图2，显示的是温室棚顶上双层太阳能电池5的安装，根据本研究的特性，图3是温室图2的主视图。图4显示的是调整温室的透光率的透明太阳能电池9和11，图5显示的是太阳能电池12以及其表面的导热线13。

图2中，温室棚顶上是双层透明太阳能电池5。常规的温室应用玻璃或乙烯基塑料薄膜，本研究温室应用的是透明的双层透明太阳能电池5包围。

如图3中所示，温室可做成多个平面的连接结构，形成多元化的不可弯曲太阳能电池6彼此连接到温室棚顶，或者是可弯曲的薄膜太阳能电池7。非晶硅太阳能电池或染料敏化太阳能电池均需要可弯曲衬底，以便于安装在温室棚顶的圆弧上。

双层透明太阳能电池5可覆盖整个温室棚顶，如图2所示。否则双层透明太阳能电池5需要安排在玻璃或透明塑料薄膜的常规材料之中。

如图4所示，栽培条件取决于在温室里所栽培的植物，温室里所栽培的植物需要适合的双层太阳能电池5的透光率。为了调整双层太阳能电池5的透光率使其适合温室内栽培的植物，太阳能电池5设计成双层结构。例如，为了降低透光率，2个太阳能电池组中的调整透光率太阳能电池9和11与交替排列太阳能电池8和10进行交替排列。为了增加透光率，2个太阳能电池组中的调整透光率太阳能电池9和11与交替排列太阳能电池8和10互相重叠即可，互相重叠的多，透光率就高，反之就低。因此，进入温室内的太阳光能通过交替排列太阳能电池8和10将得到调整。

如图5，在冬天降雪时，雪载荷的逐渐增加有可能会导致温室坍塌。为了防止这种灾难发生，除温室拱架需要增加强度外，在防止积雪堆积在不便于清理的交替排列太阳能电池8和10上，太阳能电池12表面设有导热线13来提供热能进行融化积雪。雪载荷的检测可应用压力传感器、堆积厚度传感器或者人为观察，及时发现并避免温室坍塌。此外，提供给导热线13的电能，是由太阳能电池12提供的。

根据本研究，这种节能太阳能温室可以通过调节太阳能电池板的排列位置来改变进入温室的太阳光能，给栽培植物提供最佳的生长环境，还可以通过温室棚顶的太阳能电池发电给温室生产提供清洁能源，起到节能环保作用。

5 主要特点

5.1 这种节能透明太阳能电池温室的透明太阳能电池

安装在温室棚顶并按照固定间隔排列形成电池组，通过调整太阳能电池排列位置，可以控制并调节温室的透光率。

5.2 透明太阳能电池

可以是非晶硅太阳能电池的排列组或染料敏化太阳能电池的排列组。

5.3 太阳能电池交替排列

安装在双层结构的太阳能电池组中。

5.4 温室的透光率

取决于交替排列安装在双层结构的太阳能电池组的重叠程度。

5.5 冬季

由太阳能电池供电给导热线加热融化太阳能电池表面的积雪，能有效防止由于积雪堆积在电池板上而导致温室坍塌。

5.6 温室

不仅可用于植物栽培而且还可用于太阳能发电，为温室生产提供清洁能源。

6 结论

6.1 这种节能温室

使用的透明太阳能电池板不仅可以为温室提供覆盖材料，而且还能用太阳光能发电，给温室生产提供清洁能源。

6.2 进入温室内的太阳光

可通过太阳能电池板的交叉排列，可以改变光照强度，为植物健康生长创造了良好条件。

6.3 解决了冬季积雪

堆积太阳能电池板不能发电的难题甚至导致温室坍塌的灾难。