Солнечные батареи для теплицы: будущее уже рядом

Долгое время сельскохозяйственные теплицы оставались едва ли не единственным видом конструкций, где установка солнечных батарей являлась нерентабельной. Виной тому была полная непрозрачность классических модулей, что позволяло накрывать ими не более 20-30% площади кровли. Однако с появлением тонкопленочных технологий ситуация кардинально изменилась, поскольку появились фотоэлектрические панели, пропускающие необходимый растениям свет.

Солнечные батареи для теплиц Майкла Лоика

Первой полупрозрачной конструкцией с ячейками пурпурного оттенка создала группа физика Майкла Лоика из Калифорнийского технологического института. В качестве эксперимента в 2017 году ученые установили две теплицы – одну с традиционным полимерным покрытием, а вторую с полупрозрачными гелио пленками цвета пурпура.

Экспериментальными культурными растениями стали одинаковые сорта томатов и огурцов, за ростом которых ежедневно велось наблюдение.

По истечении стандартного времени созревания овощи в обоих помещениях оказались абсолютно идентичными по размеру, сочности и вкусовым качествам. Однако при этом «пурпурный» кровельный вариант солнечных панелей для теплиц полностью обеспечивал строение энергией для полива, освещения, вентилирования и снабжения теплом.

Подробности первого экспериментального выращивания культур с использованием фотоэлектрических пленок были опубликованы крупным научным журналом «Earth is Future» (США).

Солнечные батареи для теплиц LUMO

Следующим серьезным шагом к росту функциональности и применению в сельском хозяйстве стали панели LUMO американского концерна «Soliculture». 

Новые модули на тонких пленках получили целый ряд усовершенствований по сравнению с предшественниками. Наиболее важным новшеством оказалось покрытие внутренней поверхности солнечных батарей слоем специализированного люминофора длительного послесвечения. 

Это позволило инновационным кровлям для теплиц:

• значительно повысить КПД;
• продолжать генерировать энергию достаточно долгое время при слабом и даже полностью отсутствующем внешнем освещении;
• осуществлять преобразование «зеленых» фотонов в «красные», с длиной волны, наиболее благоприятной для созревания растений;
• примерно на 7% повысить урожайность, на 8% - скорость созревания, и на 5% снизить потребность во влаге;
• сделать культуры более устойчивыми к болезням плодов;
• способствовать угнетению вредоносных микроорганизмов.

Интересно, что при выполнении масштабных проектов «Soliculture» смогла добиться существенного повышения энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий. С этой целью для теплиц применялись новые полупрозрачные солнечные панели, а для складов – более мощные традиционные монокристаллические батареи. 

Европейский ответ американцам от «Ombrea»

В Европе первыми достойный ответ американцам дали французы. Один из крупнейших в Старом Свете агрохолдинг «Ombrea» выбрал другой путь эффективного снабжения тепличных хозяйств энергией солнца. 

Обладая огромным опытом в создании систем защиты урожая от климатических угроз, французская компания разработала раздвижные солнечные батареи для теплиц под управлением искусственного интеллекта. 

Уникальный комплекс панелей:

• устанавливается на стальных фермах со специальными направляющими «рельсами» над любыми участками сельскохозяйственного назначения;
• в режиме реального времени собирает с внешних датчиков информацию о местоположении солнца, температуре, влажности и величине солнечной инсоляции;
• с помощью компьютера изменяет положение и эффективную площадь фотоэлектрических модулей над созревающими культурами.

По утверждению директора холдинга, Джулио Давико-Пахина, такое конструктивное решение позволяет:

• защищать урожай от ливней и града;
• в любой момент времени обеспечивать оптимальный уровень освещения;
• повышать скорость созревания, урожайность и потребительские качества культур, высаженных на бахчах или в теплицах;
• за счет варьирования освещения контролировать и управлять даже такими параметрами, как уровень сахара и спирта в винограде.

Солнечные панели для теплиц с селективным поглощением излучения 

Наиболее совершенной на сегодня гелио технологией является WSPV, которая обязана своим появлением двум калифорнийским физикам – Стивену Картеру и Генри Аллерсу из университета Санта-Крус (США).  

В 2019 году, опираясь на разработки избирательного поглощения света разных длин волн от «Soliculture», калифорнийцы усовершенствовали ее и адаптировали для солнечных батарей.

При размещении на кровлях теплиц, WSPV-модули с невозможными еще недавно физико-оптическими характеристиками позволяют:

• не только поглощать излучение заданной длины волны, но и преобразовывать в него поток фотонов другой части спектра – например, «зеленые» в «красные»;
• выдавать до 25% номинальной генерации даже при затянутом тучами небе или ночью, за счет использования на внутренней части модулей слоя люминофора длительного послесвечения;
• сводить до минимума потери преобразования излучения в электрический ток, благодаря новой патентованной технологии изготовления токопроводящих лент;
• сократить на 4-6% потребность растений в поливе;
• увеличить урожайность и ускорить созревание для 80% сельскохозяйственных культур, высаженный в теплицах или на бахчах. 

Еще одно важное достоинство селективных WSPV-модулей – получение максимального КПД освещенности растений светом оптимальной именно для них длины волны.

Дополнительные преимущества пропускающих свет солнечных панелей для теплиц

Помимо достоинств, связанных с урожайностью, которыми обладают модули нового  поколения для агропромышленных комплексов, им присущ ряд других важных преимуществ. 

В сравнении с другими разновидностями фотовольтаики, а также классическими источниками обеспечения растений энергией, WSPV и их аналоги:

1. Вырабатывают достаточно генерации для управления системами полива, вентиляции и обогрева теплиц на 100% в южных регионах и 85-90% в центральных.
2. Являются более легкими, чем кремниевая «классика».
3. Благодаря способности пропускать свет могут монтироваться на всей полезной площади тепличных кровель.
4. Обходятся до 35-40% дешевле традиционных аналогов, равных им по производительности.

Последней важной отличительной чертой, присущей именно солнечным батареям для теплиц данного класса, является способность перенастраивать диапазон поглощения. При слабом освещении или дождливой погоде автоматика максимально увеличит отбор фотонов только красной зоны спектра, необходимых для фотосинтеза. Это незначительно замедлит рост растений, но гарантирует сохранение высокой урожайности.