我所在提高溫室環(huán)境調(diào)控能力和太陽能全光譜高效利用方面取得新進(jìn)展
近日，我所設(shè)施農(nóng)業(yè)新技術(shù)團(tuán)隊在國際Top期刊Energy（中科院一區(qū)，IF=8.857）發(fā)表題為“Balancing energy harvesting and crop production in a nanofluid spectral splitting covering for an active solar greenhouse”的研究論文。該研究基于納米流體光譜分頻技術(shù)，既能為植物生長提供適宜環(huán)境，又降低了溫室降溫能耗，實現(xiàn)了太陽能高效利用。我所袁余博士為該論文第一作者。
“萬物生長靠太陽”，溫室自身就是直接利用太陽能的農(nóng)業(yè)建筑設(shè)施。太陽光譜分布范圍非常寬，而作為光信號調(diào)節(jié)植物生長的光譜占總太陽光譜的很少一部分。目前，據(jù)報道的太陽光譜中參與植物光合作用的光譜主要分布在紫外光（300 nm）到遠(yuǎn)紅光（800 nm），參與植物光合作用的中間色素葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素在此波段內(nèi)有較強(qiáng)的吸收峰。然而，剩下的大于800 nm波長的輻射能并沒有直接參與植物光合作用，且進(jìn)入溫室后會使室內(nèi)溫度升高。溫室在不通風(fēng)開窗情況下，夏季溫室內(nèi)的溫度最高能達(dá)到55℃以上。因此，如何有效利用植物作用光譜（PAS: Plant active spectrum, 300 ~ 800 nm）能量用于植物生長，而收集引起溫室效應(yīng)的熱作用光譜（HAS: Heat active spectrum, > 800 nm）輻射能量進(jìn)行再利用，對減少溫室能源消耗和提高太陽能利用效率具有重大意義。
本文研究了一種應(yīng)用于溫室覆蓋層的納米流體光譜分頻（NSS）技術(shù)，以實現(xiàn)作物和能源的聯(lián)產(chǎn)。NSS是由厚度為10 mm、體積分?jǐn)?shù)為0.005%的ATO-WO3納米流體作為流動層，在雙層中空結(jié)構(gòu)循環(huán)，納米流體的流量為400 L/h。為了研究NSS在溫室中的應(yīng)用效果以及植物的生長響應(yīng)，進(jìn)行了植物栽培試驗和光熱試驗，并對NSS的能量分析和性能評估進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明，納米流體光譜分頻器能夠很好地透過PAS而吸收HAS，保證設(shè)施植物正常生長的同時又降低了溫室降溫能耗，且產(chǎn)生的熱能為溫室日常運行提供能源。研究拓寬了納米流體在溫室中的應(yīng)用，是提高溫室太陽能全光譜利用的一種有效方法。
本研究工作得到北京市科技計劃項目（Z211100004621002），國家自然科學(xué)基金（51806244），廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項目（2020A1515110677），廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院協(xié)同創(chuàng)新中心項目（XTXM202201），廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金項目（華南設(shè)施大棚小氣候熱質(zhì)傳遞機(jī)理及調(diào)控優(yōu)化研究（202202）），國家重點研發(fā)項目（2022YFB3604604）等項目的共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127706
