生活的各个行业得到了广泛的应用。

由于太阳能是一种不稳定能源，完全依靠太阳能的一次利用技术，当遇到阴天、连阴天、雨雪天等恶劣天气条件时，能量供应中断，温室生产将会受到威胁。为此，采用太阳能二次利用技术，将进入温室的、或温室外不影响其他生产的、不能被温室或作物一次利用的太阳能收集并储藏起来，待到夜间或遇到阴天、连阴天等外界能量供应不足时提取并使用，是日光温室安全生产的一种重要的应急措施。

传统的日光温室，墙体和地面白天吸收太阳辐射并转换为热能储存于其中，夜间再缓慢释放到温室中用于弥补温室外围护结构表面的热量损失，这本身就是一种太阳能的二次利用技术。但由于这种能量释放的时间和速度难以人为控制，而且储存和释放的能量多少与天气条件、温室建设的地理位置、温室总体尺寸、墙体建筑材料、建筑做法以及温室管理等均有关系，相关的理论研究还不成熟，本文对这种二次利用技术不多赘述。

实际生产中，太阳能二次利用技术的表现形式主要为将太阳能转化为热能和电能两种方式。两种方式转化的能量可能直接用在温室生产中，也可能用于其他生产和生活用途。

太阳能转化为热能的二次利用技术

将低密度的太阳辐射能通过集热板或集热管等集热装置收集后，形成高密度的优质能量，以水、油等液体或相变固(液)体材料为工质或热媒，通过提升热媒温度将太阳能以热能的形式储存于热媒中即完成对太阳能的收集和储存，使用时将高温热媒引入温室通过散热器将热量释放到温室中，即实现了将太阳能转换为热能的利用。

目前，在日光温室生产中，将对太阳能转化为热能的利用形式有两种：一种是安装在温室外完全依靠收集温室外的太阳辐射获得能量；一种是安装在温室内不仅收集进入温室照射到集热器表面的太阳辐射，而且还利用温室内的高温(一般比温室外高)依靠对流换热来获得能量。前者主要为太阳能集热器i后者主要有后墙太阳能集热管和相变材料集热与放热两种形式。

太阳能集热器

在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能密度低，比较分散，必须设法把它集中起来才便于利用，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部件。集热器按传热热媒分类有液体集热器和空气集热器两种：按是否聚光分类有聚光集热器和非聚光集热器两类。日光温室中使用的传热热媒一般为液体，而且多以水为最廉价的传热热媒。

非聚光集热器(包括平板集热器和真空管集热器)是利用热箱原理(也称温室效应)将太阳能转变为热能，其吸热体基本上为平板形状，吸热面积与采光面积近似相等，能够同时利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，但由于吸收表面太阳辐射密度低，集热温度一般也较低。太阳辐射由不同波长的可见光和不可见光组成，不同物质和不同颜色对不同波长太阳辐射的吸收和反射能力是不一样的。黑色吸收太阳辐射的能力最强，白色反射太阳辐射的能力最强，因此集热板通常都做成黑色。

非聚光集热器由于集热温度较低，不便于热量的保存，因此在日光温室中很少用于夜间补温，大多是用于温室生产者的生活用能(如洗澡等)，如图1所示，所以在温室中使用的集热面积也较小。

聚光集热器是将平行的直射太阳辐射通过一定的弧面反射或透镜折射后聚焦到一个点、一条线或一块小的面积上，使分散的低密度能量积聚提升转化为高密度能量，因此采用聚光集热器一般都能得到高温热水。

聚光集热器由于主要收集平行光，也就是太阳辐射中的直射辐射，对散射辐射的利用率很低。为了提高集热的效率，一般聚光集热器都带有太阳能跟踪系统，使集热器的朝向始终正对着太阳，因此，一套完整的聚光集热器一般由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。

受投资效益的限制，日光温室中使用的聚光集热器一般为弧面反射型集热器，为适应目光温室的几何特点，吸收器一般为线形形状，沿温室长度方向布设，而且为了进一步降低投资，也由于受温室空间的限制，一般也不带太阳跟踪系统，如图2。

用聚光集热器获得的高温热水可以储藏在储热罐(池)中，也可以在散热器中循环将热量释放到温室中。图2的做法是将热水通过管道输送到温室后墙的墙体内部直接加热墙体，以墙体作为蓄热体，待夜间室内空气温度降低时，墙体中的热量将源源不断地释放到温室中，向温室补充热量。

后墙太阳能集热管

将盛满水的黑色塑料管密集布置在日光温室的后墙上，如图3，接受室内阳光的直接照射提高管内的水温，可有效地将室内高温期的太阳辐射能转化为热能。采用这种方法，一方面将太阳能转化成了热能，另一方面还降低了温室内的高温峰值，同时也起到了降温的作用。

由于日光温室内光照较室外弱，再加上室内高秆攀缘作物的影响，使实际到达温室后墙的太阳辐射能较室外大大减少，同时由于后墙上布置的管道数量有限，所以，这种集热方法收集到的能量非常有限，而且管内水温也不会很高，仍然是一种低温热源。在实际应用中，采用水泵循环，将低温热水通过管道输送到室内栽培地面，可有效提高土壤温度。

这种集热利用方式，直观的理解就是将照射到墙面上的能量转移到温室地面的土壤中。由于进入温室的能量是一定的，从墙面转移到地面的热量越多，墙面获得的热量将会越少，这对于提高墙面温度，增加墙面储热不利。所以，在实际操作中应辩证地分析这一技术的利弊。当地温过低成为制约作物生长制约因素的条件时，这种能量的迁移就是有效可行的，在此情况下，为弥补后墙得热的不足，在温室建设中，应适当提高后墙的保温性能。

相变材料集热与放热

利用相变材料的特性，当环境温度升高时，材料吸热由固态变为液态；当环境温度降低时，材料放热由液态变为固态。结合到日光温室中，白天温室内温度升高，同时也提升相变材料的温度，使其发生相变由固态转化为液态，吸收并保存热量；到了晚上室内温度降低后，相变材料从液态再转化为固态并放出热量，补充室内热量的不足。从原理上讲，这也是一种典型的太阳能二次利用技术。

这种技术在日光温室中应用，应结合日光温室的实际光温条件和作物的生长要求合理选择材料的相变温度。对喜温作物而言，当室内空气温度达到25℃以上后，温度基本不会成为作物生长发育的制约因素，所以，以此为界线作为相变材料的上限温度(即相变材料开始吸热由固态向液态变化的温度)是合理的选择；而当室内空气温度下降到18℃时，相变材料应开始放热，及时向温室补充热量，以便室内温度能更长时间保持在较高的水平，避免凌晨出现过低温度，给作物生长带来伤害。

生产中，单一材料的相变材料往往难以满足上述相变温度要求，这也正是日光温室对相变材料的特殊需求。为此，日光温室用相变材料一般均采用两种或两种以上材料混合制备。目前研究比较成功的相变材料组合主要有十水硫酸钠+十水碳酸钠、石蜡+硬脂酸正丁酯，也有用有机相变材料的。具体应用中，将相变材料按照一定的比例混拌或灌注到混凝土中，制成混凝土墙体砌块，将其砌筑到温室后墙的室内表层，如图4。

据测定，用这种相变材料建设的日光温室，与普通温室相比，墙内表面温度峰值出现的时间较太阳辐射峰值出现的时间滞后2～2.5h，而室内环境温度和土壤表面温度的峰值较太阳辐射强度峰值滞后1～1.5 h；室内空气温度白天平均可降低2.2℃，夜间平均提高1～2.5℃，最大可提高6.4℃。

太阳能转化为电能的二次利用技术

将太阳能通过光电板收集并进行光电转换后转化为电能，储存在蓄电池中，即实现了对太阳能的收集和储存。由于电能是一种优质能源，使用时可将蓄电池的电能转换为热能、光能、机械能等多种形式，用于温室增温、照明、补光、杀虫或驱动电机用于温室机械设备的运行。当然，从光电板收集的太阳能也可不经蓄电池储存而直接供给用电器使用，这也是太阳能二次利用的一种方法。

太阳能光电转化是这种技术应用的核心。目前，收集太阳能的光电板主要有晶硅太阳能电池板和薄膜太阳能电池板两种形式。其中，晶硅太阳能电池板又分为单晶硅电池板和多晶硅电池板两种。

晶硅太阳能电池板

晶硅太阳能电池板的发电原理如图5。其核心材料为晶体硅，一种称为N型硅，另一种称为P型硅，其中N型硅是在P型晶体硅中掺杂磷而获得。当P型硅和N型硅紧密接触后，在接触面即形成半导体P～N结。当太阳光线照射电池表面时，一部分光子被硅材料吸收：光子的能量传递给了硅原子，使硅原子的电子发生越迁，成为自由电子，并在p～N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。

这个过程的实质就是太阳光的光子能量转换成了电能。产生光电转化的这种现象称为光伏效应。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等，它们的发电原理基本相同。我们日常生活中常见的太阳能路灯多是使用晶硅电池板。

晶硅电池板一般为平板，不能折叠、不能弯曲，所以，在温室上布置只能像平板集热器一样设置。虽然晶硅电池板自身不透光，但电池板之间的空间能够透光，这一点与完全不透光的平板集热器有很大的差别，也造就了晶硅电池板在温室中使用其布置方式可以是离开温室采光面布置在目光温室的后屋面，也可以直接布置在温室的采光面上，如图6和图7。前者虽然不影响温室采光面采光，但由于置于温室的屋顶，或多或少会影响后一栋温室的采光或者说需要增大两栋温室之间的间距而降低土地利用率，而且在温室屋面采光板的面积受到限制，实际的发电量可能有限；后者布置在温室的采光面上，采光面积增大。采光量和发电量也相应增大，但由于大量遮盖了温室室内作物的采光，对温室种植品种的限制加大，一些强光性作物将不能种植。

近年来，随着太阳能光伏新能源的快速发展，在温室采光屋面上安装电池板，在获得电能的同时，也能获得一定量的农业收入，发电和农业生产两不误，对有效提高光能和土地利用率都有重大意义，在当前国家新能源政策的激励下，这种技术尤其得到了新能源和发电企业的青睐。

非晶硅薄膜太阳能电池板

非晶硅薄膜太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积P型、I型、N型三层非晶硅，接着再蒸镀金属电极铝(AI)制成。光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/AI。其中的衬底还可以用不锈钢片、塑料等代替。

采用玻璃或透光塑料薄膜做衬底的非晶硅薄膜电池板，因其本身具有透光性，且外观设计上可配合各种弧面设计，同时基板也具有抗干扰能力，使非晶硅薄膜电池更适合应用在非平面的日光温室采光面上，如图8。

非晶硅薄膜太阳能电池不同于晶硅电池，其具有一定的透光率(最高可达40％)，而且温度系数低，环境温度变化不会明显影响电池的效率，并且薄膜电池的吸收系数在整个可见光范围内，所以不论是晴天还是阴天、雨天或雾天，不管是直射辐射还是散射辐射，均能够吸收并发电。另外薄膜太阳能电池还可以通过分光技术，将太阳辐射分为植物需要的光能和用于太阳能发电的光能，既满足了植物生长的需要，又增大了光电转换的能源，从而也增加了可再生能源的产量。

与晶硅太阳能电池板相比，采用非晶硅薄膜电池板覆盖温室采光屋面，透进温室的太阳能更多，使温室内种植作物的品种量相应增大，也更扩大了这种材料在日光温室上的应用前景，预计在未来的发展中目光温室将更多地使用这种新型薄膜电池板。

项目支持：公益性行业(农业)科研专项：现代农业产业工程集成技术与模式研究(200903009)；公益性行业(农业)科研专项：适合西北非耕地园艺作物栽培的温室结构与建造技术研究与产业化示范(201203002)。