Вплоть до второй половины 2010 года фотоэлектрические панели в качестве источника энергии для теплиц использовались крайне редко. Из-за непрозрачности ячеек батареи могли занимать лишь от 10 до 30% площади тепличных кровель. Это ограничивало производительность установок и уменьшало количество получаемого растениями света. Решить проблему удалось только с появлением тонкопленочной полупрозрачной фотовольтаики.
Пурпурные панели Майкла Лоика
Первыми полупрозрачными батареями для теплиц, получившими широкую известность, стали пурпурные панели калифорнийской команды инженеров под руководством Майкла Лоика.
В 2017 году был проведен эксперимент с двумя теплицами, одну из которых полностью покрыли фотоэлектрическими листами. В обеих на грядки высадили одни и те же овощные культуры – огурцы и помидоры – после чего стали наблюдать за их ростом.
Урожай в тестируемых теплицах созрел одновременно, и по всему набору количественных и вкусовых параметров не отличался. При этом «пурпурная» теплица полностью обеспечивала потребности растений в электроэнергии для вентиляции, обогрева, освещения и полива.
Подробные результаты эксперимента опубликовал американский журнал «Earth is Future».
Солнечные батареи LUMO
Среди первых промышленных образцов для тепличных комплексов выделяются инновационные панели LUMO. Помимо повышенного КПД по сравнению с более ранними моделями, солнечные батареи американской компании «Soliculture» отличало наличие на внутренней поверхности специального люминесцентного покрытия.
Физико-технические особенности LUMO позволяли полупрозрачным поверхностям не только эффективно совмещать пропуск и поглощение фотонов, но и преломлять зеленую часть спектра в красную. Преобладание именно этой длины волны:
- на 6-8% увеличивает урожайность овощей;
- ускоряет время созревания;
- повышает устойчивость к болезням и вредителям плодов;
- на 5% снижает потребность в воде.
Для повышения энергоэффективности установок «Soliculture» предлагает также совмещение прозрачных элементов с классической SD-фотовольтаикой. При этом первый тип панелей размещается на крышах и стенах теплиц, а второй – на складских помещениях, где готовая продукция упаковывается и хранится.
Французская разработка Ombrea
Европейским ответом американцам стали модульные фотоэлектрические системы с искусственным интеллектом раздвижного типа от французской компании «Ombrea». Специализацией этого холдинга является комплексная защита урожаев на агрофермах от климатических угроз, включая экстремальные осадки и скачки температур.
Французы разработали уникальную конструкцию с раздвижными солнечными панелями, управление которыми осуществляется компьютером на основании информации с внешних датчиков. Инновационные СЭС от «Ombrea» не только обеспечивают энергией закрытые теплицы и открытые участки посадок сельскохозяйственных культур. Автоматическое управление позволяет варьировать положение батарей и количество падающего света в зависимости от погодных условий.
Как утверждает глава компании, Джули Давико-Пахин, его конструкции:
- гарантируют механическую защиту растений;
- подбирают оптимальный уровень солнечной инсоляции, необходимый для разных культур;
- способствуют повышению урожайности тепличных и бахчевых овощей;
- позволяет снижать или повышать содержание сахара и спирта в сортах винограда и т.д.
Батареи с технологией селективного поглощения излучения WSPV
Наиболее продвинутой на сегодняшний день является технология WSPV, разработанная специалистами университета Санта Круз (Калифорния), физиками С.Картер и Г.Аллерс в 2019 году. Прототипами для ее создания послужили более ранняя разработка панелей компании «Soliculture», с которыми у новой технологии много общего.
Батареи с селективным поглощением солнечного спектра обладают следующими уникальными физико-техническими характеристиками и эксплуатационными возможностями:
- пропускают световые волны одного диапазона солнечного спектра и поглощают другие;
- благодаря наличию специального люминесцентного покрытия обеспечивают свечение на уровне 25% максимального КПД даже ночью или при густой облачности;
- за счет патентованной конструкции проводящих ток полос минимизируют потери в процессе преобразования энергии;
- в 80% случаев обеспечивают более высокую скорость созревания культур и рост урожайности;
- требуют на 5% меньше воды для полива.
Селективное разделение электромагнитного излучения позволяет обеспечивать достаточную освещенность растениям без снижения КПД фотоэлектрических установок. Для теплиц такая технология идеальна.
Выгоды от применения пропускающих свет батарей
Возможность повышения урожайности – лишь одна сторона медали, которая отличает панели WSPV и им подобные. Вторая содержит в себе ряд экономических преимуществ, в сравнении как с фотовольтаикой предыдущих поколений, так и с традиционными источниками энергии для теплиц. К их числу следует отнести следующие достоинства:
- Полупрозрачные солнечные батареи на 35-45% дешевле «классики» аналогичной производительности.
- Малый вес и уникальные оптические характеристики позволяют застилать ими любую полезную площадь без ущерба для освещения растений.
- Мощности установок достаточно, чтобы покрыть 100% потребностей теплиц в обогреве, вентиляции, поливе и управлении электроникой в солнечных регионах, и до 90% в средней полосе.
При необходимости увеличить автономность теплицы в пасмурные дни существует возможность перенастройки диапазона поглощения в сторону увеличения. Рост производительности будет достигнут за счет частичного отбора волн красного света, способствующего фотосинтезу. Растения в такие моменты будут расти немного медленнее, но на общую урожайность это не повлияет.