设施所在提高温室环境调控能力和太阳能全光谱高效利用方面取得新进展
近日，设施所设施农业新技术团队在国际Top期刊Energy（中科院一区，IF=8.857）发表题为“Balancing energy harvesting and crop production in a nanofluid spectral splitting covering for an active solar greenhouse”的研究论文。该研究基于纳米流体光谱分频技术，既能为植物生长提供适宜环境，又降低了温室降温能耗，实现了太阳能高效利用。设施所袁余博士为该论文第一作者。
“万物生长靠太阳”，温室自身就是直接利用太阳能的农业建筑设施。太阳光谱分布范围非常宽，而作为光信号调节植物生长的光谱占总太阳光谱的很少一部分。目前，据报道的太阳光谱中参与植物光合作用的光谱主要分布在紫外光（300 nm）到远红光（800 nm），参与植物光合作用的中间色素叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素在此波段内有较强的吸收峰。然而，剩下的大于800 nm波长的辐射能并没有直接参与植物光合作用，且进入温室后会使室内温度升高。温室在不通风开窗情况下，夏季温室内的温度最高能达到55℃以上。因此，如何有效利用植物作用光谱（PAS: Plant active spectrum, 300 ~ 800 nm）能量用于植物生长，而收集引起温室效应的热作用光谱（HAS: Heat active spectrum, > 800 nm）辐射能量进行再利用，对减少温室能源消耗和提高太阳能利用效率具有重大意义。
本文研究了一种应用于温室覆盖层的纳米流体光谱分频（NSS）技术，以实现作物和能源的联产。NSS是由厚度为10 mm、体积分数为0.005%的ATO-WO3纳米流体作为流动层，在双层中空结构循环，纳米流体的流量为400 L/h。为了研究NSS在温室中的应用效果以及植物的生长响应，进行了植物栽培试验和光热试验，并对NSS的能量分析和性能评估进行了验证。结果表明，纳米流体光谱分频器能够很好地透过PAS而吸收HAS，保证设施植物正常生长的同时又降低了温室降温能耗，且产生的热能为温室日常运行提供能源。研究拓宽了纳米流体在温室中的应用，是提高温室太阳能全光谱利用的一种有效方法。
本研究工作得到北京市科技计划项目（Z211100004621002），国家自然科学基金（51806244），广东省基础与应用基础研究基金项目（2020A1515110677），广东省农业科学院协同创新中心项目（XTXM202201），广东省农业科学院创新基金项目（华南设施大棚小气候热质传递机理及调控优化研究（202202）），国家重点研发项目（2022YFB3604604）等项目的共同资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127706
