非晶硅薄膜温室开始萌芽

光伏项目业主可以通过在同一块土地上同时收割农作物并利用太阳能发电来增加财务收益。在配备有色半透明光伏组件的温室中，所种植的罗勒和菠菜的总财务收益分别增加了2.5%和35%。

剑桥大学的研究人员描述了“有色半透明太阳能电池板允许在同一块农田上同时生产农作物和发电”的潜在收益，这项研究最近发表在《先进能源材料》上。

人们以前尝试过在农作物上方部署双面组件，由此在同一块土地上收获生物量和电能。通常电池与组件之间相隔较远，以便更多的阳光可以穿透并照射到农作物上。但在这种应用中，农作物上方不透明组件的阴影无法避免，生物量增长速度减慢。

新的研究表明，使用有色半透明组件可以获得更好的结果。专门生产20%透明太阳能玻璃的台湾公司Polysolar提供了这项研究使用的组件。非晶硅薄膜组件包括透明的背面氧化锌导电层，且前面使用有氟锡氧化物涂层的通透玻璃。此类组件的光伏区域被夹在两片玻璃之间。根据研究论文的描述，这些组件使转化效率提高了8%，因此输出功率为66瓦/平方米。

使用有色组件背后的想法是，植物和太阳能光伏发电需要光，但波长和数量不同。使用定制的橙色电池板，照射在温室内农作物上的波长正好就是最有利于植物生长的波长。

植物的光合色素叶绿素在蓝色(400-500纳米)、红色(600-700纳米)及绿色(500-600nm)光谱中有吸收峰。植物中的类胡萝卜素和花青素可以吸收蓝色(400-500纳米)和绿色光谱中的光，以保护光合机构免受过度辐射。因此，在蓝色和绿色光谱中吸收的光对光合作用的贡献不大。通过部署可以吸收蓝色和绿色光谱的有色太阳能电池板，抵达植物上的光具有高得多的红色光谱，而这对光合作用最有效。

虽然以前就有人讨论过有色半透明太阳能电池板在温室中的使用，但尚未有相关的实验研究。在此次试验中，研究小组春/夏季在意大利的一间温室里种植了12株罗勒植物，其中6株植物使用有色太阳能电池板，另外6株则用作传统温室中的参照植物。在第二次试验中，研究小组还在两个秋/冬季种植了菠菜。

使用有色太阳能电池板的温室内的植物比传统温室中的植物接受的太阳辐射少57%。正如研究人员预期的那样，这些植物生长速度的下降与光照不足不成线性关系。罗勒和菠菜的生物量增长分别下降了30%和28%。在这些试验中，研究人员还发现，在所创造的条件下，这些植物生长的根和茎较少，但叶面积增加，以优化光吸收，这对绿叶蔬菜来说非常理想。罗勒的可销售生物量(叶)仅减少了15%(菠菜减少26%)。

为了计算罗勒和菠菜的收入，研究人员综合考量了这些农作物的销售产量和全球批发价格来研究这项活动的财务影响。然后，研究小组查看了总发电量，并将其与试验地点意大利的上网电价相匹配。

在这项实验中，光伏温室中的罗勒收入为19.4美元/平方米，而在传统温室中为22.8美元/平方米。其中的损失由27.8千瓦时/平方米的光伏发电量抵消，后者产生了4.02美元/平方米的收入。就两间温室的总价值而言，传统温室为22.8美元/平方米，而采用有色组件屋顶的温室为23.4美元/平方米，增幅为2.5%。

剑桥大学生物化学专业研究员Paolo Bombelli说道：“对于像罗勒这样的高价值作物，所产生的电力价值正好补偿了有色太阳能电池板造成的生物产量损失。但是，当作物的价值较低时，比如菠菜，这种新颖的农业发电技术有着显著的经济优势。”

菠菜的效果甚至更好。有色光伏组件下的植物产生了3.11美元/平方米的可销售生物量，而透明玻璃为4.18美元/平方米。而发电量为17.6千瓦时/平方米，因此有机会根据意大利FIT计划弥补2.55美元/平方米的收入。因此，菠菜种植户使用光伏温室将产生5.66美元/平方米的收入，而在透明玻璃条件下为4.18美元/平方米——增加了35%。

剑桥大学生物化学专业的Christopher Howe教授表示：“我们的计算结果是对这种系统整体财务价值的一个相当保守的估计。实际上，如果一位农民从国家电网购买电力来经营他们的场地，收益还要多得多。”

植物在新陈代谢方面适应了新的光照条件，叶片中的蛋白质含量比参照植物高很多。我们可以展开更多的试验来确定是否有可能修改电池板的光学特性，使植物将所需营养物质储存在叶片中。

“从农民的角度来看，最好能让绿叶蔬菜长出更大的叶片——这是植物可以出售的可食用部分。并且，随着全球对蛋白质需求的持续增长，能够增加植物中蛋白质含量的技术也将令人类受益颇多。”Bombelli表示。