【2022/2/14 pv magazine】
太陽能光電 (photovoltaics, PV) 是利用光電效應使太陽能模組 (modules) 產生電壓和電流進而發電的技術。太陽能模組的材料類型包含主流的矽晶類、化合物半導體薄膜類以及有機光電 (organic photovoltaics, OPV)。OPV 模組的主要組成為導電聚合物或小分子，具有容易生產加工、重量輕、可彎曲和半透明等特性，相較於厚重的矽晶模組，可應用於穿戴裝置、行動裝置或包覆於建築的外牆、屋頂和玻璃窗打造光電建築 (building integrated photovoltaics, BIPV)。在農業生產方面，OPV 模組的半透明特性使其亦具有安裝於溫室的潛力，同時滿足太陽能發電與作物光合作用的需求。
近期，以色列研究團隊針對夏季乾燥氣候地區溫室進行測試，研究安裝OPV 模組後，模組遮光是否會對番茄在隧道式溫室 (polytunnel greenhouse) 中的生產造成影響，結果顯示OPV模組具有適度遮陰的效果，可降低中午日照高峰時番茄冠層溫度 (canopy temperature)，調節溫室微氣候，並且不影響番茄平均產量、果實數與果實重量，OPV 模組的發電量亦能滿足溫室內全數電力的消耗，說明OPV 模組於乾燥地區溫室應用的可行性。
然而，在觀察發電情形和壽命差異的試驗中，研究團隊在溫室屋頂內部、外部以及側邊框架三個不同位置安裝模組，經過六個月的實地測試發現平均光電轉換效率 (power conversion efficiency, PCE) 介於1-3%，功率在晴天為105瓦時，在陰天為81瓦時，並發現嚴重的模組衰退 (degradation) 現象，降低發電效率和模組壽命。造成模組衰減現象主要有三個原因：暴露在惡劣的天氣條件、模組與溫室塑膠薄膜摩擦引起的機械性壓力 (mechanical stresses) 以及模組表面灰塵的積聚。因此，選擇在隧道內部安裝懸吊的OPV 模組，避免直接固定在溫室結構上，降低機械性壓力和外在天氣影響，可延長OPV 模組壽命，提高發電週期。
雖然在實驗室中OPV模組可有超過17%的轉換效率，但在戶外空間的光電轉換效率仍偏低，強紫外線和高溫是造成此現象的瓶頸，未來轉換效率更好、穩定性更高的OPV模組將會是發展太陽能和溫室生產結合的技術關鍵。
《產業發展中心 產業分析組 林彥丞摘譯》
(圖片來源：Adobe Stock)
資料來源：
- https://technews.tw/2020/02/11/organic-solar-cells-greenhouse/
- Magadley, E., Kabha, R., Dakka, M, Teitel, M., Friman-Peretz M., Kacira, M., Waller, R & Yehia, I. (2022). Organic photovoltaic modules integrated inside and outside a polytunnel roof. Renewable Energy, 182, 163-171
- Magadley, E., Teitel, M., Peretz, M.F., Kacira, M., & Yehia, I. (2020). Outdoor behaviour of organic photovoltaics on a greenhouse roof. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 37, 100641.
- Waller R, Kacira M, Magadley E, Teitel M, Yehia I. (2021). Semi-Transparent Organic Photovoltaics Applied as Greenhouse Shade for Spring and Summer Tomato Production in Arid Climate. Agronomy; 11(6):1152.
參考網址
https://www.pv-magazine.com/2022/01/03/solar-for-polytunnel-greenhouses/