(一)农业工程研究所、农业研究组织,Volcani中心HaMaccabim路68号,邮政信箱15159,RishonLeZion 7528809,以色列
(b)机械工程系,本-古里安大学的内盖夫,邮政信箱653,81405年比尔,以色列
介绍
越来越多的指标显示全球的趋势加速能源从化石燃料转向低碳能源生产的解决方案,它可以产生深远的影响在未来几十年能源供应和需求。可再生能源的份额从2015年的15%增长到63%的一次能源供应总量在2050年(Gielen et al ., 2019)。
在可再生能源中,太阳能(光伏)是增长最快的发电技术,它预计将增长近6倍,从全球480 GW(千瓦)在2018年到2030年的2840千瓦和8519千瓦,到2050年(IRENA, 2019)。由于大面积土地所需的安装光伏电池板,重要关注土地利用的优化。因此,agrivoltaics近年来出现了。它促进共同发展太阳能光伏发电的相同面积的土地和农业。Agrivoltaics缓解土地使用能源和农业生产之间的竞争。agrivoltaics的潜力是巨大的,因为它已经证明了全球能源需求可能会抵消太阳能生产如果< 1%的农业用地转化为两用(Adeh et al ., 2019)。
agrivoltaics的概念可以应用在户外或在受保护栽培(如温室、塑料大棚)。温室贡献显著增强的全球生产的食品和观赏植物,因为它们为植物提供一个合适的小气候,从而促进植物生长良好,延长生产周期,保护环境和获得更高和更好的收益率(Gruda Tanny, 2015)。
不同方法结合作物生长与光伏发电在文献中描述的相同的温室结构是在过去的十年中(如矢野et al . 2009;矢野et al ., 2014;金正日et al ., 2014;埃莫特et al ., 2015;杨et al ., 2015;埃莫特et al ., 2016;dos Reis Benatto et al ., 2017;张,et al ., 2018;Magadley, et al ., 2020)。使用多余的太阳能,考虑作物需求,发电会:我)提供电力的销售收入; ii) allow the greenhouse to be used throughout the year, and iii) reduce the costs of greenhouse cooling in warm regions (Marucci, et al., 2013).
实验装置
实验在两个相似的高隧道轴面向南北由聚乙烯表。半透明灵活有机光伏(口服脊髓灰质炎疫苗)模块(图1),被放置在聚乙烯屋顶的隧道(以后,口服脊髓灰质炎疫苗隧道)。控制隧道只覆盖了聚乙烯板,2018年由聚乙烯板有黑色阴影屏幕材质(25%)2019年在其上。实验在6 - 2018,五月到八月完成2019。
由于低透光率的口服脊髓灰质炎疫苗模块(~ 20%)光合有效辐射(PAR)范围(Friman-Peretz et al ., 2019),只有37%的屋顶面积是由口服脊髓灰质炎疫苗模块,以防止过度的阴影。口服脊髓灰质炎疫苗模块连接形成条1米宽,6.4米长度安排在隧道的拱屋顶1米邻带之间的空隙。
由两个筛选每个隧道通风开口,一个在东部和其他在西方侧壁。番茄植物被种植在隧道里2018年6月5日2019年5月9日,分别。隧道测量的参数是:空气温度和相对湿度;全球太阳辐射、净辐射、土壤温度、土壤热通量、气流速度和方向,屋顶温度、电流电压(电流-电压)的最大输出功率测定口服脊髓灰质炎疫苗(Pmax)模块。植物参数,如叶片温度、高度的植物,水果,水果平均质量,和叶面积指数(LAI),测量在整个实验周期。外部环境由气象台监测定位接近隧道。图2显示的照片隧道、34和移植后20天分别在2018年和2019年。左边和右边的面板图显示,口服脊髓灰质炎疫苗和控制隧道,分别。
结果
辐射分布和小气候两隧道检测。电气测量完成时描述口服脊髓灰质炎疫苗的发电模块放置在一个拱形温室屋顶。产量和一些生理参数监测整个两个赛季。结果表明,中午时间(上午十一点至下午一点时最热的条件为准)没有显著差异意味着季节(6 - 2018,五月到八月2019)空气温度和湿度之间的隧道。The 意味着 OPV 季节性 气温 和 控制 隧道 在 2018 年 和 2019 年 分别 为 31.0 1.4 °C 30.3 和 31.9 1.3 °C 1.6 °C 和 30.0 1.5 °C, respectively.The 意味着 OPV 季节 相对 湿度 和 控制 温室 在 2018 年 和 2019 年 61.5 9% 和 60.5 8% 和 65.3 8% 和 66 9% , respectively.之间的主要差异在2018年隧道是在太阳辐射的分布沿隧道中心线和冠层温度。由于口服脊髓灰质炎疫苗模块的位置,季节性的平均辐射沿隧道口服脊髓灰质炎疫苗是低得多(446对594 Wm-2 Wm-2控制)和同质比控制。净的阴影的位置控制隧道在2019年导致类似的阴影两隧道沿隧道,因此类似的平均辐射水平的中心线(433 Wm-2口服脊髓灰质炎疫苗隧道对447 Wm-2控制)。在2018年和2019年之间的冠层温度的差异口服脊髓灰质炎疫苗隧道和控制平均约1.9°C和0°C,分别。 The temperature of a module placed on the polyethylene cover was about 50-55 °C at midday, about 12 °C warmer than the polyethylene cover. Monitoring plant development showed that the plants in the OPV tunnel had a higher leaf area index (LAI) than in the control in 2018 and a similar LAI in 2019. Despite the lower average radiation/light intensity in the OPV tunnel in comparison to the control (in 2018), the cumulative yield in the OPV tunnel was generally higher than in the control (see Figs. 3& 4), with a higher average fruit mass (101 g vs 81 g, respectively), apparently due to the lower canopy temperature. In 2019 the cumulative yield in the OPV and control tunnels was generally almost the same (see Figs. 3& 4), with similar average fruit mass (119 g vs 123 g, respectively).
口服脊髓灰质炎疫苗的电力转换效率模块(部分的太阳能转换为电能的口服脊髓灰质炎疫苗模块)之间的变化略低于0.5和白天约2%,与更高的值观察到当辐照度低于200 W m - 2 (Magadley, et al ., 2020)。预计覆盖率的屋顶与口服脊髓灰质炎疫苗模块在目前的研究中,和转换效率约为2%,几乎所有的电力消耗温室(主要是在夏天),以色列的气候条件下,可以提供。尽管潜在的低成本滚辊口服脊髓灰质炎疫苗的生产模块,目前的价格是非常高的。此外,一生的温室屋顶相对较短。
确认
作者感谢Farhad Geoola博士,博士以斯帖Magadley,易卜拉欣博士项目,设利先生,雪莱Gantz罗马Brikman先生和夫人的重要和建设性的帮助。这项研究的首席科学家支持以色列的农业和农村发展部(批准号20-12-0027,吟游诗人基金(批准号我们- 4885 - 16),以色列的工厂生产和销售板(批准号459-4540-17)。
图1所示。照片的口服脊髓灰质炎疫苗研究中使用的模块。尺寸在毫米。
图2所示。隧道的照片。(一)2018年的生长季节,34天后移植(9.7.18)和(b) 2019年的生长季节,移植后20天(29.5.19)。左、右面板显示口服脊髓灰质炎疫苗和控制隧道,分别。在中间,一张照片的口服脊髓灰质炎疫苗模块在聚乙烯覆盖的温室隧道。
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