什么是植物工廠？
植物工廠無需泥土不灑農(nóng)藥，不受自然環(huán)境影響，通過模擬植物所需的光照、溫度、營養(yǎng)等要素，在完全工廠化的條件下進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。它可以建在、荒漠、戈壁、海島、水面、摩天大樓等各種地點，甚至在地球以外也能大顯身手，是航天工程星際探索中實現(xiàn)食物自由的重要手段。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級階段，植物工廠不僅能為保障居民菜籃子的供應(yīng)提供有效補充，也能成為農(nóng)民致富和產(chǎn)業(yè)振興的重要抓手。
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所設(shè)施植物環(huán)境工程創(chuàng)新團隊在植物工廠太陽能多光譜高效轉(zhuǎn)換研究方面取得新進(jìn)展。該研究提出了太陽能分頻導(dǎo)光-光熱協(xié)同轉(zhuǎn)換的植物光譜互補方法，建立了多波長尺度下光與物質(zhì)相互作用的理論模型，對進(jìn)一步降低植物工廠能耗具有重要的意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源轉(zhuǎn)換與管理（Energy Conversion and Management）》上。
將太陽光傳導(dǎo)照明技術(shù)應(yīng)用于植物工廠，可大大降低植物工廠的光源能耗。然而太陽光中只有部分可見光能直接參與作物光合反應(yīng)過程，剩余光譜則會引起植物工廠內(nèi)環(huán)境溫度的升高，增加空調(diào)的制冷能耗。
該研究團隊提出了一種應(yīng)用于植物工廠的光譜、光強協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)在為植物傳導(dǎo)光合光譜的同時，也可將非光合有效輻射光譜轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)行儲存，系統(tǒng)導(dǎo)光與轉(zhuǎn)能的總效率超五成。同時，為了更好的匹配植物工廠光電需求，該研究將進(jìn)一步與光伏、溫差發(fā)電等技術(shù)相結(jié)合，為實現(xiàn)低能耗和可持續(xù)的植物工廠發(fā)展開辟新路。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市科技計劃等項目資助。
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