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碲化鎘與農業光伏中的晶體硅

2025-03-29 14:56  瀏覽:  

加拿大西部大學的研究人員比較了草莓在農業光伏電池板下均勻照明和非均勻照明下的生長情況。對于均勻照明,他們使用半透明薄膜碲化鎘 (Cd-Te),對于非均勻照明,他們使用半透明晶體硅 (c-Si),其中包括成排的太陽能電池和透明的太陽能級玻璃。

“選擇 Cd-Te 和 c-Si PV 模塊是基于它們不同的透光特性,”該團隊解釋道。“Cd-Te 模塊提供均勻的光分布,能夠控制分析光強度對草莓生長的影響。相比之下,c-Si 模塊由于不透明太陽能電池和透明玻璃交替排列,會產生不均勻的照明模式。這些特性允許對農藝和能源影響進行比較評估。”

這項研究包括兩個透明度分別為 40%(一種變化——紅色)和 70%(三種變化——紅色、藍色和綠色)的 CdTe 薄膜模塊,以及兩個透明度分別為 44% 和 69% 的 c-Si 基 PV 模塊。它們的最大功率分別為 48 W、24 W、275 W 和 150 W。在每個 c-Si 和薄膜模塊下種植了兩株草莓,同時種植了三株沒有模塊的草莓作為對照樣本。

分析考慮了鮮重、高度、葉片數量、葉綠素含量、土壤溫度和濕度等指標。c-Si 模塊的前緣高度約為 0.7 米,后緣高度為 1.4 米,而 Cd-Te 模塊則部署在高架支架上,前緣高度為 2.0 米,后緣高度為 2.8 米。

結果顯示,與對照組相比,40% 紅色薄膜光伏組件的平均鮮重為 87%,而 44% c-Si 透明組件的平均鮮重為 104%。70% 透明綠色、藍色和紅色 Cd-Te 農業光伏組件的平均鮮重分別為對照組的 56%、65% 和 34%,而 69% 透明 c-Si 光伏組件的平均鮮重達到 118%。

分析顯示,關鍵植物生長參數之間存在“強”相關性,花朵產量增加對鮮重和總生物量產生積極影響。“較高的植物表現出增加的花朵數量和生物量,強調了垂直生長對植物活力的重要性,”學者解釋道。“此外,葉子生產與花朵發育的相互依賴凸顯了葉子在通過改善光合作用和營養供應來支持生殖生長方面的關鍵作用。”

此外,該小組還模擬了加拿大所有草莓種植園都采用光伏發電的情況。如果 c-Si 模塊也能實現這一目標,那么加拿大電網的新增發電量將在 1,518 GWh 至 2,783 GWh 之間。如果節省電力來降低草莓成本,草莓價格可能會從每公斤 6.51 加元(4.52 美元)降至每公斤 4.82 加元。

“實施農業光伏發電可產生 1.05 億至 3.4 億加元的電能價值。僅草莓種植每年就能產生約 1.5292 億加元的收入。然而,如果采用農光伏發電,收入可能會超過 3.657 億加元(增長一倍以上)和 5.1998 億加元(增長三倍以上)。僅農光伏發電帶來的草莓產量增加就可以額外帶來 600 萬至 2700 萬加元的收入,”科學家們總結道。

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