CN101816270A

CN101816270A - 具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚

Info

Publication number: CN101816270A
Application number: CN200910126022A
Authority: CN
Inventors: 张一熙; 李家娴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CN101816270B

Abstract

本发明是有关一种具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚。具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚包括温室、薄膜太阳能电池、发光二极管以及环境控制单元。温室具有顶部与侧壁。薄膜太阳能电池位于顶部与侧壁至少其一。来自外部的光会通过温室，而薄膜太阳能电池会接收来自外部的光并转换成电能。薄膜太阳能电池适于使部分红光波段的光通过。发光二极管位于顶部与侧壁至少其一。发光二极管电性连接薄膜太阳能电池，以接受薄膜太阳能电池提供的电能。环境控制单元电性连接薄膜太阳能电池，以接受薄膜太阳能电池提供的电能。环境控制单元适于控制温室内部的环境条件。

Description

具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚

技术领域

本发明是有关于一种温室，且特别是有关于一种具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚。

背景技术

目前，市面上的温室其内部的光源与温湿度控制通常是由一外接电源以提供温室内所需的电力，其中此电力来源例如是由发电电厂或小型发电机所提供的电能。一般来说，此举不仅耗费金钱与能源，而不具节能减碳的概念外，当其是应用于偏远地区上时，在电力线的布置上所需的距离、空间与人力亦多所不便。

此外，目前市面上的温室仅能隔绝雨、霜、雪与病虫害，对于日照所提供的各种波长的光并无特殊的筛选与利用。再者，目前市面上的温室并无利用发光二极管特定之光源照射植物，以利植物的生长。

发明内容

本发明提供一种具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，具有低成本与节能省碳的优点。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为达到上述目的，依据本发明的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其包括温室、薄膜太阳能电池、发光二极管以及环境控制单元。温室具有顶部与侧壁。薄膜太阳能电池位于顶部与侧壁至少其一。来自外部的光会通过温室，而薄膜太阳能电池会接收来自外部的光并转换成电能。薄膜太阳能电池适于使部分红光波段与红外光的光通过。发光二极管位于顶部与侧壁至少其一。发光二极管电性连接薄膜太阳能电池，以接受薄膜太阳能电池提供的电能。环境控制单元电性连接薄膜太阳能电池，以接受薄膜太阳能电池提供的电能。环境控制单元适于控制温室内部的环境条件。

在本发明之一实施例中，薄膜太阳能电池以非晶硅、微晶硅或其组合的薄膜太阳能电池，而薄膜太阳能电池具有第一能隙，以吸收蓝光波段的光。

在本发明之一实施例中，薄膜太阳能电池为掺杂有锗合金材料或碳元素的薄膜太阳能电池，以使薄膜太阳能电池具有第二能隙，以吸收绿光波段的光。

在本发明之一实施例中，薄膜太阳能电池为掺杂有锗合金材料或碳元素的薄膜太阳能电池，以使薄膜太阳能电池具有第三能隙，以吸收红光与远红外光波段的光。

在本发明之一实施例中，在温室内栽植有植物，而植物适于接收来自外部并通过薄膜太阳能电池的光与发光二极管激发的光。

在本发明之一实施例中，发光二极管为红光发光二极管、蓝光发光二极管、白光发光二极管或其组合。

在本发明之一实施例中，环境控制单元包括温度控制系统与湿度控制系统，用以分别控制所述温室内的温度与湿度。

在本发明之一实施例中，具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚还包括时间控制单元，用以控制开启或关闭发光二极管的时间。

在本发明之一实施例中，薄膜太阳能电池适于让部分蓝光波段的光通过。

在本发明之一实施例中，具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚还包括蓄电单元，电性连接薄膜太阳能电池，以储存薄膜太阳能电池所转换的电能。

在本发明之一实施例中，蓄电单元电性连接发光二极管与环境控制单元，以分别提供发光二极管与环境控制单元所需要的电能。

在本发明之一实施例中，具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚还包括逆变器，电性连接薄膜太阳能电池或蓄电单元，以提供电能至一电网。

在本发明之一实施例中，侧壁与相对的所述侧壁分别具有第一高度与第二高度，而第一高度与第二高度不同。

在本发明之一实施例中，温室还包括窗口，位于所述顶部与所述侧壁至少其一。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚至少具有下列优点及有益效果：

在本发明之一实施例中，由于温室具有薄膜太阳能电池，且此薄膜太阳能电池可让部分红光波段的光通过，如此，除了可提供电能给温室内的组件使用外，并可避免装设薄膜太阳能电池时对植物遮蔽而影响光合作用的进行。再者，由于温室内配置有发光二极管，因此在夜晚亦可提供良好的光线以供植物进行光合作用，并促进其生长。

此外，由于温室内的电力是以薄膜太阳能电池进行供电来源，而发光二极管具有耗电量低与亮度高的优点，因此，本发明的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚还具有节能省碳的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚的示意图。

图2为图1所绘示的温室的系统方块图。

图3为本发明另一实施例具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚的示意图。

100、200：具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚

101：光 110、100a：温室

112：顶部 114、114a、114b：侧壁

116：底部 120：薄膜太阳能电池

130：发光二极管 140：环境控制单元

142：温度控制单元 144：湿度控制单元

150：时间控制单元 160：蓄电单元

170：逆电器 180：窗口

θ：角度

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚其具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。

图1为本发明一实施例具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚的示意图，而图2为图1所绘示的温室的系统方块图。请同时参考图1与图2，本发明一实施例的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚100包括温室110、薄膜太阳能电池120、发光二极管130以及环境控制单元140。

上述的温室110具有顶部112与侧壁114，其中来自外部的光101会通过温室110，如图1所示。在本实施例中，顶部112与侧壁114通常为可透光，意即来自外部的光101可穿透顶部112与侧壁114而照射至温室110的内部。在其它可能的实施例中，顶部112与侧壁114会根据使用者的设计而有所调整，例如顶部112为可透光，而至少其中一侧壁114为不可透光。或者是，顶部112采用不透光的设计，而侧壁114使用可用透光的材质，而使外部的光101可照射至温室110内。本实施例是以顶部112与侧壁114皆可透光为举例说明，但不限于此。

在本实施例中，温室110内可栽种植物(未绘示)，而植物例如是栽种于温室110内的一底部116。由于温室110的顶部112与侧壁114是采用可透光的设计，因此，植物可接收来自外部的光101而进行光合作用。

上述的薄膜太阳能电池120位于顶部112与侧壁114至少其一，而薄膜太阳能电池120会接收来自外部的光101并转换成电能，如图1所示。在本实施例中，薄膜太阳能电池120是设置于温室110内部的顶部112与侧壁114上，意即部分来自外部的光101可先穿透温室110的顶部112或侧壁114后，再传递至薄膜太阳能电池120。

此外，薄膜太阳能电池120适于让部分红光波段与红外光的光101通过，意即来自外部的光101依序穿透顶部112或侧壁114再传递至薄膜太阳能电池120后，因其可让部分红光波段与红外光的光101通过，而使温室110内红光波段与红外光的光101较多，进而可提供热能于温室110内部。且，植物的光合作用与光周期效在红光波段范围内具有较显着影响，其中植物对光谱最大的敏感波长为400～700nm，此区段光谱通常称为光合作用有效能量区域。因此，当薄膜太阳能电池120配置于顶部112或侧壁114时，除了可将光101转成电能以供电外，因其具有让部分红光波段的光101通过的特性，而可避免因遮蔽到温室110内植物的光101，而影响光合作用的进行。

在一实施例中，蓝光适于让植物在进行光合作用时，可促进二氧化碳的吸收，因此薄膜太阳能电池120也可以是采用让部分蓝光波段的光101可通过的设计，如此对于在促进植物光合作用的生长上，也具有相当的帮助。

换言之，由于温室110采用了薄膜太阳能电池120的设计，且此薄膜太阳能电池120适于让红光波段、红外光或蓝光波段的光101通过，如此，不仅可供电给温室110内的组件(例如以下将提到的发光二极管130与环境控制单元140)使用与提供温室100内部的热能外，还可提供温室内植物在进行光合作用时所需的主要光波长(如红光或蓝光)，且可避免因薄膜太阳能电池120设置于顶部112或侧壁114时，其阴影遮蔽部分植物影响部分光合作用的进行。

在另一未绘示的实施例中，薄膜太阳能电池120也可以是设置于温室110外部的顶部112或侧壁114上，意即薄膜太阳能电池120是暴露于温室110的外部。如此，部分来自外部的光101会先传递至薄膜太阳能电池120，穿透薄膜太阳能电池120的光101，再穿透顶部112或侧壁114而传递入温室110内，其中穿透薄膜太阳能电池120的光101的波长大部分为红光波段。

在本实施例中，上述薄膜太阳能电池120可以是采用以非晶硅、微晶硅或其组合的材料作为薄膜太阳能电池，其中薄膜太阳能电池具有第一能隙Eg₁，以吸收蓝光波段的光。换言之，薄膜太阳能电池120便可吸收大部分波长小于等于蓝光波段的光101，并转换成电能，以供温室内的组件使用。

此外，适当地掺杂其它元素于薄膜太阳能电池的非晶硅、微晶硅或其组合的材料层时，也可使薄膜太阳能电池120吸收其它波段的光101转换成电能。举例而言，非晶硅材料掺杂锗合金材料或碳元素时，则可使上述的薄膜太阳能电池120具有第二能隙Eg₂，而使其可大部分吸收绿光波段的光101并转换成电能以供电，其中第二能隙Eg₂小于第一能隙Eg₁。更进一步，若提高锗合金材料或碳元素于非晶硅、微晶硅或其组合的材料层的比例时，则可使薄膜太阳能电池120具有第三能隙Eg₃，而可吸收大部分红光与远红外光波段的光101并转换成电能以供电，其中第三能隙Eg₃小于第二能隙Eg₂。上述为举例说明，非限于此，使用者可视其需求适当地选择薄膜太阳能电池的种类。

需要说明的是，上述的薄膜太阳能电池120可以是一个或多个，意即图1所绘示的薄膜太阳能电池120的数量仅为举例说明，根据使用者的需求，薄膜太阳能电池120的数量也可以是使用一个。此外，薄膜太阳能电池120的内部膜层也可以是采用多层堆栈结构，如p-i-n堆栈于p-i-n。

请继续参考图1与图2，上述的发光二极管130位于顶部112与侧壁114至少其一，且发光二极管130电性连接薄膜太阳能电池120，以接受薄膜太阳能电池120提供的电能。在本实施例中，发光二极管130可以是红光发光二极管、蓝光发光二极管、白光发光二极管或其组合。详细来说，发光二极管130可接收薄膜太阳能电池所提供的电力以进行发光，而其发光的波长主要是选择可促进植物进行光合作用所需的波长，且由于红光与蓝光对光合作用的影响较显着，因此，可分别使用红光发光二极管或蓝光发光二极管，或是同时使用红光发光二极管与蓝光发光二极管的组合，上述可视使用者的需求而略作调整。在一实施例中，发光二极管130也可采用白光发光二极管，以提供波长范围较广的光，以促进植物生长。

承上述可知，由于温室110内具有发光二极管120，如此，在夜晚时，亦可提供光线，以供植物持续进行光合作用与生长。且，由于发光二极管具有耗电量低与亮度高的优点，因此，在节省成本与节能减碳的贡献上亦帮助不少。此外，上述的发光二极管120除了可提供植物进行光合作用所需的光线外，若适当地选择可发紫外光或红外线的发光二极管120，亦可分别具有杀死温室110内的细菌与提供温室内所需的热量的优点。

请再继续参考图1与图2，上述的环境控制单元140电性连接薄膜太阳能电池120，以接受薄膜太阳能电池120提供的电能，其中环境控制单元140适于控制温室110内部的环境条件。在本实施例中，环境控制单元140包括温度控制系统142与湿度控制系统144，其中温度控制系统142与湿度控制系统144用以分别控制温室110内的温度与湿度。

另外，本实施例的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚100还包括时间控制单元150，如图2所绘示。在本实施例中，时间控制单元150主要是用来控制开启或关闭发光二极管130的时间。详细而言，在白天时，由于光线充足，因此时间控制单元150便可关闭发光二极管130。而在光线不充足的情况下，如晚上或阴天，此时，时间控制单元便适于开启发光二极管130，以提供光线给植物使用。

在未绘示的实施例中，时间控制单元150也可以是用来控制开启或关闭薄膜太阳能电池120的运作时间。详细来说，在白天时，时间控制单元150便适于开启薄膜太阳能电池120的运作时间，以使薄膜太阳能电池120进行光电转换而可供电。在夜晚时，时间控制单元150便适于关闭薄膜太阳能电池120的运作时间。

此外，本实施例的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚100还包括蓄电单元160，其中蓄电单元160电性连接薄膜太阳能电池120，以储存薄膜太阳能电池120所转换的电能，如图2所示。在本实施例中，蓄电单元160电性连接发光二极管130与环境控制单元140，以分别提供发光二极管130与环境控制单元140所需要的电能。详细而言，蓄电单元160主要是用以储存薄膜太阳能电池120于白天所进行的光电转换时所产生的电能，且于夜晚或外部光线不充足时，便可提供电能于温室110内的其它组件(如：发光二极管130、环境控制单元140、时间控制单元150)。在本实施例中，上述的蓄电单元例如是蓄电电池。

值得一提的是，由于温室110具有薄膜太阳能电池120，且配置有蓄电单元160，因此，无须外部电力的提供即可使温室110在白天或夜晚皆可运作，并具有节能省碳的功效。

在本实施例中，具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚100还包括逆电器170，如图2所示。详细而言，逆电器170电性连接薄膜太阳能电池120或蓄电单元160，以将薄膜太阳能电池120或蓄电单元160内部多余的电能传递至一电网，以供外部电路使用。

另外，上述的温室110也可以是采用如图3所设计的温室110a，而形成另一种具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚200。在图3中，侧壁114a与相对的侧壁114b分别具有第一高度H1与第二高度H2，而第一高度H1与第二高度H2不同，如此一来，顶部112会与侧壁114a夹有一角度θ。一般来说，第一高度H1可以是1m，而第二高度H2可以是3.5m。

在本实施例中，由于顶部112会与侧壁114a夹有一角度θ，如此一来，当光线由顶部112照入温室110a内部时，可使光线于温室内反复反射，而不易让光线逃逸出去，进而具有保温的功效。当然，适当地设计顶部112与侧壁114、114a、114b的材质，也可具有保温的效果。此外，在顶部112与侧壁114、114a、114b至少其一上也可设置有覆盖物，此覆盖物例如是草席，如此，在夜晚或在冬天时，则可减少温室110a内的热量的流失，而同样具有保温的效果。

此外，在一实施例中，温室110a还包括窗口180，位于顶部112与侧壁114、114a、114b至少其一，其中窗口180可以用来让温室110a内的空气流通。如此一来，在夏天使用时，则可避免温室110a内的温度过高，而具有通风的功效。

值得一提的是，上述具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚100、200除了可栽植植物外，也可以使用于饲养动物的用途。

综上所述，本发明的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚至少具有下列优点。首先，由于温室具有薄膜太阳能电池，且此薄膜太阳能电池可让部分红光波段的光通过，如此，除了可提供电能给温室内的组件使用外，并可避免装设薄膜太阳能电池时对植物遮蔽而影响光合作用的进行。再者，由于温室内配置有发光二极管，如此，在夜晚亦可提供良好的光线以供植物进行光合作用，并促进其生长。此外，由于温室内的电力主要皆是以薄膜太阳能电池进行供电来源，且发光二极管具有耗电量低与亮度高的优点，因此，本发明的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚还具有节能省碳的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其包括：

温室，具有顶部与侧壁；

薄膜太阳能电池，位于所述顶部与所述侧壁至少其一，其中来自外部的光会通过所述温室，而所述薄膜太阳能电池会接收来自外部的光并转换成电能，且所述薄膜太阳能电池适于使部分红光波段与红外光的光通过；

发光二极管，位于所述顶部与所述侧壁至少其一，且所述发光二极管电性连接所述薄膜太阳能电池，以接受所述薄膜太阳能电池提供的电能；以及

环境控制单元，电性连接所述薄膜太阳能电池，以接受所述薄膜太阳能电池提供的电能，其中所述环境控制单元适于控制所述温室内部的环境条件。

2.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的薄膜太阳能电池为以非晶硅、微晶硅或其组合的薄膜太阳能电池，而所述薄膜太阳能电池具有第一能隙，以吸收蓝光波段的光。

3.根据权利要求2所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的薄膜太阳能电池为掺杂有锗合金材料或碳元素的薄膜太阳能电池，以使所述非晶硅薄膜太阳能电池具有第二能隙，以吸收绿光波段的光。

4.根据权利要求2所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的薄膜太阳能电池为掺杂有锗合金材料或碳元素的薄膜太阳能电池，以使所述非晶硅薄膜太阳能电池具有第三能隙，以吸收红光与远红外光波段的光。

5.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的温室内栽植有植物，而所述植物适于接收来自外部且通过所述薄膜太阳能电池的光与所述发光二极管激发的光。

6.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的发光二极管为红光发光二极管、蓝光发光二极管、白光发光二极管或其组合。

7.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的环境控制单元包括温度控制系统与湿度控制系统，用以分别控制所述温室内的温度与湿度。

8.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其还包括时间控制单元，用以控制开启或关闭所述发光二极管的时间。

9.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的薄膜太阳能电池适于让部分蓝光波段的光通过。

10.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其还包括蓄电单元，电性连接所述薄膜太阳能电池，以储存所述薄膜太阳能电池所转换的电能，其中所述蓄电单元电性连接所述发光二极管与所述环境控制单元，以分别提供所述发光二极管与所述环境控制单元所需要的电能。

11.根据权利要求10所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其还包括逆变器，电性连接薄膜太阳能电池或蓄电单元，以提供电能至一电网。

12.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的侧壁与相对的所述侧壁分别具有第一高度与第二高度，而所述第一高度与所述第二高度不同。

13.根据权利要求1所述的具有薄膜太阳能电池的温室或农业大棚，其特征在于其中所述的温室还包括窗口，位于所述顶部与所述侧壁至少其一。