中国园林资材网7月20日消息：随着能源危机、环境污染等问题越来越严重，社会各界对清洁、可再生能源的可持续性发展日益重视，新型能源以及提高能源使用效率和开发可再生能源的节能技术成为了国际学术界和各国研究、开发的重点。

在农业生产体系中，设施园艺是相对高耗能、高投入、高产出的产业。目前对设施园艺的新材料、新技术和新能源的研究中，非晶硅太阳能薄膜电池、复合相变材料等节能技术，成为实现可持续农业的研究热点。

一、非晶硅太阳能薄膜技术

在众多的可再生能源中，太阳能受地理环境或气候因素的限制相对较少，而且太阳能光伏电池是一种重要的可再生能源，能够达到零污染排放，实现了对太阳能的环保利用。

太阳能电池的类型 太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。其中，单晶硅和多晶硅电池在生产过程中需要消耗大量能源，排放有毒物质，成本和造价比较昂贵，我国自2009年开始已将多晶硅列为产能过剩行业，以避免对环境的进一步污染。而用硅量极少、成本较低、环保、既是高效能源产品，又可作为新型建筑材料的非晶硅薄膜电池，成为了太阳能电池行业发展的主流技术。

非晶硅太阳能薄膜电池，是一种以非晶硅化合物为基本组成的太阳能电池。通过将非晶硅薄膜太阳能电池安装在温室的顶部，利用透明薄膜太阳能光伏夹层玻璃替代传统的大棚薄膜，不仅可以滤掉紫外线，让红光穿透进来，让植物在温室内进行正常的光合作用，同时电池板产生的直流电能也可直接用于照明、补光或其他温室作业，实现低成本光能发电。

非晶硅薄膜太阳能电池特性

1.材料成本低，硅材料用量少。

2.制造工艺简单，可连续、大面积、自动化批量生产。

3.制造过程消耗电力少，能量偿还周期短。

4.温度系数低。太阳能光谱分布较宽，而晶体硅电池只能吸收能量比自己带隙高的光子，其他光子被吸收转换为热量或将能量传递给材料分子，使材料发热，这些热效应会使晶体硅电池的发电效率下降，非晶硅带隙相比晶体硅宽，温度系数影响明显低于晶体硅。

5.弱光性能强。在弱光条件下也可具有良好的光电效率。

6.发电量高。

非晶硅太阳能电池存在问题

1.转换效率较低。由于光衰现象，商品化的单结非晶硅电池一般只有5%的稳定转换效率，而多结电池的理论转换效率比单结电池高许多，因此为进一步提高效率，生产上常采用多结电池的结构。

2.稳定性问题。非晶硅太阳能电池在强光辐照下其光电导率和暗电导率下降，经160℃的温度进行热处理，又恢复到原来的数值，即光衰现象，是影响其大规模生产的重要因素。目前主要采用氢稀释和开发多结电池两种方法来提高材料质量、稳定转换效率，通过这些措施，已使大面积生产的稳定效率高于10%。

3.成本问题。非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右，且成本回收周期较长，有一定的资金壁垒。

二、相变储能材料优缺点分析

热能储存是提高太阳能源利用率的一种新技术，将不用或多余的热能通过一定的介质储存起来，需要时再释放利用，有助于提高能效和开发可再生能源。

相变储能材料可以在其本身发生相变的过程中吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出，从而达到控制环境温度的目的，较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，有效地提高了能量的利用率。同时，相变储能材料可重复使用。

传统日光温室的结构较为简单，保温和蓄热性能较差。夏季，白天常需通过湿帘风机降温，以避免棚内温度过高；冬季，晚上又需烧煤供暖以维持棚内温度。不但太阳能没有得到充分利用，而且消耗了大量常规能源，废气的排放还对环境造成了污染。利用相变复合材料不仅能为温室储藏能量，还具备自动调节湿度的功能，降低了温室的运行费用和能耗。因此，利用相变材料改造温室结构是解决温室大棚夏季降温、冬季供暖和有效利用太阳能等问题的有效手段。

类型 根据相变前后形态的变化，相变材料主要分为固—固相变材料、固—液相变材料、固—气相变材料及液—气相变材料。其中，后两类相变材料在相变过程中有大量气体存在，材料体积变化较大，很难应用于相变墙领域。因此，现有的研究主要集中在固—固相变材料和固—液相变材料。

根据相变材料的物质性质，相变材料又可分为无机材料、有机材料和复合材料。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等无机物；有机相变材料主要包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物；复合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。

目前，在温室建造上常将各类相变材料按照一定比例复合后使用，这样能够克服它们各自由于相变温度过高而失去应用价值的缺点，使复合物的相变温度控制在适宜的温度范围内。所以，可以将各类相变材料按比例与其他建筑材料复合，构成具有特定相变温度和较高相变焓的相变复合建筑材料，经过相应的后处理，就可根据实际需求应用到温室的建造中。

特性 用于温室结构中的理想相变材料，不仅要满足节能建筑的要求，还要满足植物对生长环境的要求，综合归纳为以下几点：1.相变温度在温室要求控制的温度范围内，并且在植物生长的适宜温度附近；2.相变时，体积膨胀或者收缩率小；3.相变潜热值大；4.相变的可逆性好，稳定性好，或者降解现象少；5.相变材料的成本较低，制造方便，经济实用；6.无毒、无腐蚀性、不泄漏、不污染环境。

问题 农业温室中常用的相变材料为CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、石蜡、聚乙二醇、脂肪酸类等。由于这些材料本身特性的限制，在应用中还存在着许多问题。

无机水合盐类：CaCl2·6H2O和Na2SO4·10H2O是温室储热常用的无机水合盐材料，具有潜热大、导热系数高、相变过程稳定、体积变化小等优点，可以达到良好的储热节能和除湿效果，但是在放热过程中存在较严重的过冷现象和相分离，导致放热不稳定和寿命缩短，一般可以通过加入成核剂、增稠剂或改变晶体结构添加剂等办法进行改良。

石蜡：石蜡具有较高的潜热值，价格低廉，物理性能良好，热稳定性较好，无腐蚀性，温度范围宽泛等优点，但同时石蜡也存在导热系数低、体积变化大的缺点。在应用中往往加入金属填充物或采用翅片管等方法以提高其导热性能，以及利用塑料容器来解决熔化和凝固过程中体积变化过大的问题，常常用作复合相变材料的原材料，以提高熔解潜热。

脂肪酸类：脂肪酸相对其他相变材料具有更好的熔化和凝固特性，且性质稳定、无毒、体积变化小、相变潜热大，相变温度范围在30℃至40℃，适合在被动式太阳能建筑中作为蓄能材料。但有机类材料通常导热系数小、熔点较低、易挥发。可通过加入一定比例的碳纤维来提高它的热导率，并达到耐腐蚀的效果。

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