Filclair公司的研发工程师Nicolas Julien在被要求深入研究光伏塑料大棚后,迅速得出结论:将太阳能电池板放在塑料大棚的顶部是行不通的,因为这些系统对结构来说太重。然而,最近的研究表明,有机会在塑料大棚内将太阳能光转化为电能:即将太阳能电池板放在大棚内的天沟下面,也就是垂直方向。一项模拟显示,它可以将温室的净加热费用减少到每公顷每年约50,000欧元。
"光伏太阳能电池板正越来越多地被整合到农业部门,但塑料大棚的结构不够坚固,无法支撑屋顶的太阳能板。因此,Filclair有必要尝试寻找其他解决方案,以满足光伏温室的市场。"
考虑到塑料薄膜制造商提供的扩散系数,以及提供光伏地理信息的欧洲官方系统PVJJS的模拟数据,他研究了在温室内定位电池板的各种方法。当涉及到太阳能电池板时,定位是至关重要的。"以39°的最佳角度向南倾斜的固定面板全年比水平面板多接收+18%的光线,而垂直的双面面板则在两侧接收+15%的光线。当使用东西向太阳能跟踪时,光增益为+40%",Nicolas说,但在温室中安装跟踪系统的想法被放弃了,因为光线的扩散大大降低了跟踪的兴趣。
该团队专注于一种能够最大限度地利用漫射光的好处的配置,即消除遮阳的风险,并能够以所需的方向放置电池板,而不对作物投下直接的阴影:将它们垂直放置在天沟下。通过使用双面板,并利用温室及其内部的反射潜力,他看到了潜力,因为温室内较高的漫射光量可以补偿由于温室覆盖物和结构造成的20%的亮度损失。"但面板越高,漫射光就越不利,因为光的损失"。
"对于9600平方米的温室来说,双面板的总表面积为1170平方米(2340平方米的光电池)(10个9.60米×100米的跨度),人们可以预期双面板捕获的光量可达到外部同等水平表面的128%",Nicolas通过模拟得出结论,假设温室地面(包括作物)的平均反照率为50%,ETFE塑料薄膜具有良好的透光性和光扩散性。"当堆叠2块面板使每行的高度增加一倍时,与外部的太阳辐射相比,仍然有更多的光。他总结说:"将高度增加两倍,优势就不那么大了,但我们仍然保留了外部全球水平太阳辐射的89%"。
据Nicolas 说,温室里有最大限度的漫射光,这不仅对电池板有利,对植被也有利,可以实现非常均匀的照明,电池板没有阴影。"此外,面板所处的位置不会干扰温室内的活动。他说:"可以假设,由于温室内整体光照度的降低而造成的产量减少,可以通过这种对叶子的更均匀的光照得到部分补偿,使其比传统的光伏温室的电池板放在屋顶上更有利。
他表示还有其他信息需要考虑,比如双面太阳能电池板的成本较高,以及温室中的高温对电池板效率的影响。"进行实验对于验证这些假设和收集更多关于ETFE温室下双面太阳能电池板的性能和效率的数据至关重要。这也将使我们能够研究不同因素的影响,如温度、湿度和天气条件对电池板性能的影响。"
为了正确看待这些结果并关注一个具体案例,Nicolas提到了Agrithermic公司使用Hortinergy软件进行的研究,该研究表明,一个Filclair双层ETFE温室可以比Venlo玻璃温室多受益于+18%的光照。如果在这个ETFE温室下安装九排垂直的双面板,高度为1.3米,由于面板导致的光照度下降将正好补偿ETFE温室下+18%的剩余光照,从而以额外的能源生产维持农业产量。"对于一个面积为一公顷的西红柿温室,采用双层ETFE充气罩和保温屏,假设天然气的能源成本为40欧元/兆瓦时,除11月外,全年在白天20℃和夜间16℃的条件下加热温室,每年的加热费用约为80,000欧元。光伏系统将使这种温室的净加热费用减少到每公顷每年约50,000欧元"。
当然,为了得出这种具体配置的可靠的电力生产预测,需要在实地进行实验,以解决技术上的不确定性,如温室内的面板加热。"因此,基于现实生活条件的更深入的技术经济分析对于为这些相对较新的农业光伏温室建立一个可行的经济模型至关重要。尽管如此,在温室中使用双面太阳能电池板有可能提供多种好处,如增加能源生产、提高作物产量和减少环境影响"。
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Jelle Boeters
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