科创中国

农、林、牧、渔业,农业

项目聚焦学科前沿与光伏高效农业发展的重大生产需求，开发了适合光伏农业应用的有机光伏材料，破解传统薄膜太阳能电池装置遮光影响作物生长与光能转化率较低难题；基于半透明有机光伏的滴灌水肥一体化高效农业生产系统的应用，实现了光伏发电、作物产量、品质及农业绿色高效生产的多重效益协同提升。 （1）关键技术：设计高性能半透明有机光伏材料结构；制备高性能有机光伏器件；制备柔性半透明有机光伏组件；水肥一体化精准调控技术；节水提质增效技术；高效集雨精量灌溉技术。 （2）技术指标：半透明有机光伏光电转换率15%以上；可见光透过率30%以上；灌溉保证率95%以上；灌溉水利用系数0.80以上。 效益指标：节水40%以上，节肥30%以上，作物产量提升15%以上，品质提升20%以上；经济效益提升80%以上。

本技术破解了传统太阳能电池装置遮光影响作物生长与光能转化率较低技术瓶颈，实现了作物产量、品质和发电效益协同提升。主要优势如下： （1）精量水肥一体化系统：本系统依据作物生长阶段与环境提出最优水肥一体化制度，精量满足作物需水需肥要求； （2）半透明有机光伏系统：本系统基于一系列分子设计策略，实现了半透明有机光伏材料吸收光谱的有效调制，使其根据作物类型、生长阶段和生长环境特制光谱特征，满足作物需光要求； （3）环境自控系统：本系统设有土壤、环境信息实时采集与控制模块，通过继电器、电磁阀驱动排气扇、加热器等调节设施环境参数，满足作物不同生长阶段环境要求； （4）雨水集蓄系统：本系统收集降雨实现自主分配，解决了降雨量和时机与作物生理需水规律矛盾的难题，提高了水分利用效率。 为了满足（1）-（4）中水肥一体化系统、机械化设备、环境自控系统和集蓄雨系统耗电，针对本系统光伏材料光活性层和界面/电极开发了一系列新工艺，优化了电学性质和光学性质，光电转换效率达到15%以上，可见光透过率超过30%，能够满足自身耗电的同时发电效益显著。

本团队现有教授/研究员5人，副研究员5人，获发明专利35项，在Nat. Photon.等期刊发表论文350余篇，38篇论文入选ESI高被引论文，总引用20000次。本团队的主要负责人为崔宁博教授， 长期从事灌溉排水原理与技术、大区域尺度智慧化水肥精准调控理论与技术、灌区现代化理论与技术等方面研究工作。近年来研究方向主要为节水调质灌溉理论与技术、大区域尺度智慧化水肥精准调控技术、农田遥感ET管理、清洁能源灌溉技术、基于ET的智慧灌溉平台开发等方面。主讲本科生及研究生《节水灌溉理论与新技术》、《灌溉与排水工程学》、《地下水利用》、《灌区规划与管理》及《灌溉排水原理与技术》等课程。在读博士、硕士研究生15人。

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