專利名稱：養殖浮游植物的建筑結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及養殖浮游植物的建筑結構。
背景技術：
隨著近年來的氣候變遷，節能減碳議題逐漸受到人類重視，除了以減少碳排放量的各種方式來減碳以外，以碳捕捉方式來進行減碳也是一種重要手段。植樹是一種最常見的自然碳捕捉方式，然而，以一公頃面積比較，植樹一年僅可捕捉二十五噸二氧化碳量，微藻則可以捕捉五十八至九十噸。空氣中超過一半的氧氣是由浮游植物進行光合作用所制造，遠遠超過樹木進行光合作用所制造的氧氣。因此，養殖浮游植物為減碳的重要法門，以養殖浮游植物來進行減碳，將能產生重大碳權收益。浮游植物所產生的氧氣也可搭配外圍漁產養殖或其它應用創造復合效益，浮游植物是多元經濟作物，它可被制造成任何石油制成的產品，例如健康食品、飼料、肥料、化妝品、生質柴油等，故浮游植物養殖總體經濟效益頗高。在現有技術中，農漁牧業溫室建筑結構(包含養殖浮游植物的建筑結構)的建筑結構材料一般可分為軟質塑料薄膜、壓克力或玻璃。聚乙烯、聚酯樹脂等薄膜在價格、保溫性與易于施工等方面具有優勢而受市場歡迎，然而軟質塑料薄膜向來有短期間透光率降低的問題存在，在耐久性上表現不佳，故多以簡易型的溫室建筑結構為市場。而大型長壽期的溫室建筑結構對于被覆料的耐用性要求較為嚴苛，故通常是使用聚酯樹脂、硬質聚氯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、玻璃板來作為披覆結構的材料。惟這類披覆結構的材料較貴、較重且對建筑結構結構要求較高，因此阻礙了這類披覆結構的普及化。此外，玻璃被覆材料有易碎的缺點，硬質塑料則對沖擊的抵抗能力較弱。在電力需求方面，由于養殖浮游植物的建筑結構多半搭配有環控與監測管理系統，以用于溫帶和寒帶區域冬季的保暖或亞熱帶和熱帶區域夏季的降溫。大型溫室建筑結構常需要搭配額外的發電機來確保電力的供應，用以防止因電力供應中斷而造成損失，故這類額外配置會多出額外的系統保養、維修以及燃料的費用。在土地利用效益方面，單純太陽能光電系統需要適當的安裝布置面積，且在光電系統下方的土地并沒有進一步地再利用。一般建筑結構無法發電，故屋頂面積僅為單純遮蔭或采光之用。而一般養殖浮游植物的建筑結構僅供養殖，其屋頂面積無其它利用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提出一種養殖浮游植物的建筑結構，以解決現有養殖浮游植物的建筑結構額外搭配發電設備的缺陷。本發明提出一種養殖浮游植物的建筑結構，包含披覆結構及蓄養系統，該披覆結構設置于該建筑結構的屋頂或側壁，其中該披覆結構是太陽能光電板，其包含基板；第一電極層，其形成在該基板之上；多個半導體材料層，其形成在該第一電極層之上；第二電極層，其形成在該半導體材料層之上；至少兩條導線，其形成在該第二電極層之上；封裝材料層；中間層，其用于粘合基板和封裝材料層；該蓄養系統包含至少一個蓄養容器，該蓄養容器間是互相連接；營養物供給系統，其連接到至少一個蓄養容器；CO2擴散供給和pH值控制系統，其連接到至少一個蓄養容器；及至少一個人造光源，其位于蓄養容器的上方或蓄養容器內部。其中，該基板為玻璃或塑料材料。其中，該第一電極層和第二電極層至少一者為透明材料層，該透明材料是氧化鋅、 銦錫氧化物或二氧化錫。其中，該封裝材料為玻璃、塑料材料或復合材料。其中，該半導體材料層為非晶硅薄膜、納米晶薄膜、微晶硅薄膜、多晶硅薄膜、銅銦二硒薄膜、銅銦鎵硒薄膜、碲化鎘薄膜、氮化鋁鎵薄膜、砷化鋁鎵薄膜、氮化鎵薄膜或磷化銦鎵薄膜，或是前述材料的組合。其中，該半導體材料層的厚度是相關于該披覆結構的透光率。其中，該披覆結構的光穿透波長范圍為380至2300納米。其中，當該披覆結構的光穿透波長范圍為380納米以下時，該披覆結構的平均透光率是小于1%。其中，當該披覆結構的光穿透波長范圍為400至800納米時，該披覆結構的平均透光率是大于10%。其中，當該披覆結構的光穿透波長范圍為610至720納米時，該披覆結構的平均透光率是大于20%。其中，當該披覆結構的光穿透波長范圍為1000至1200納米時，該披覆結構的平均透光率是大于15%。其中，該建筑結構內部的溫度是30_80°C。其中，該建筑結構內部的最佳溫度是50_70°C。其中，該披覆結構是產生電力，該電力提供至營養物供給系統、CO2擴散供給和pH 值控制系統以及人造光源。其中，該人造光源具有紅光光源、藍光光源或兼具上述兩者，該紅光光源的波長范圍是610至720納米，該藍光光源的波長范圍是350至520納米。其中，當人造光源同時具有紅光光源和藍光光源時，該紅光光源的照射量和該藍光光源的照射量的比值為9 1。本發明的養殖浮游植物的建筑結構是使用太陽能光電板來取代一般建筑披覆結構，以提升建筑結構的性能并提高了土地的利用。該建筑結構除了可以發電，也是建筑結構建材的一部分，擁有節省建筑結構建材成本及發電效益。本發明的太陽能光電板可為半透明材料，其具有高均勻的透光性且可應用于養殖浮游植物的建筑結構及需要采光的建筑結構。本發明的建筑結構具有不需燃料的優勢而成為解決自我供應或備用電力需求的理想選擇。本發明的養殖浮游植物的建筑結構允許浮游植物生長所需的紅光及供應建筑結構內熱源的紅外光穿透。透過調整太陽能光電板薄膜光學特性(例如穿透度及選擇可穿透的波長)來調整建筑結構對紅光、輻射熱穿透及保溫的特性，而適應多樣氣候條件及不同種類浮游植物，甚至可減緩紫外光或強光對浮游植物傷害，又可降低建筑結構環控系統的工作負擔，以提升能源利用的效率。本發明的太陽能光電板可吸收光能產生電力、允許光線穿透、隔絕部分太陽能輻射熱與保溫的功能。該建筑結構能夠根據室內采光需求而調整其穿透的光譜。對于養殖浮游植物的建筑結構而言，由于同時在建筑結構內養殖浮游植物與建筑結構的屋頂上產生電力，故該建筑結構可提高土地整體利用效益。本發明的養殖浮游植物的建筑結構可適應多樣氣候，并可擁有提高浮游植物產值、減碳產氧及產生電力的多重效益。本發明可結合現有技術進行各種應用，充分發揮土地使用的雙重效益。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1是養殖浮游植物的建筑結構的配置示意圖；圖2是太陽能光電板的結構圖；圖3是透光型太陽能光電板的穿透光譜圖；圖4是透光型太陽能光電板在自然陽光下穿透的光譜與自然陽光頻譜比較圖。其中，附圖標記10養殖浮游植物的建筑結構
11披覆結構
12= CO2擴散供給和pH值控制系統
13營養物供給系統
14蓄養容器
15人造光源
20太陽能光電板
21基板
22光電組件薄膜
23導線
24中間層
25封裝材料
具體實施例方式本發明提出一種養殖浮游植物的建筑結構，包含披覆結構及蓄養系統，該披覆結構設置于該建筑結構的屋頂或側壁，其中該披覆結構是太陽能光電板，其包含基板；第一電極層，其形成在該基板之上；多個半導體材料層，其形成在該第一電極層之上；第二電極層，其形成在該半導體材料層之上；至少兩條導線，其形成在該第二電極層之上；封裝材料層；中間層，其用于粘合基板和封裝材料層；該蓄養系統包含至少一個蓄養容器，該蓄養容器間是互相連接；營養物供給系統，其連接到至少一個蓄養容器；CO2擴散供給和PH值控制系統，其連接到至少一個蓄養容器；及至少一個人造光源，其位于蓄養容器的上方或蓄養容器內部。具體而言，請參考圖1和圖2并配合下列說明，以期能徹底了解本發明的實施方式。圖1是養殖浮游植物的建筑結構10的配置示意圖。該養殖浮游植物的建筑結構 10包含披覆結構11和蓄養系統，其中蓄養系統包含0)2擴散供給和PH值控制系統12、 營養物供給系統13、蓄養容器14以及人造光源15。該披覆結構11是可吸收光能以產生電力的太陽能光電板，其設置于該建筑結構的屋頂或側壁。該CO2擴散供給和PH值控制系統 12是連接至蓄養容器，以用于供應(X)2氣體并控制水中(X)2溶量及pH值。該營養物供給系統13是連接至蓄養容器，以用于供應營養物給浮游植物。養殖浮游植物的建筑結構10可以具有一個或多個的蓄養容器14，其是養殖浮游植物的地方。當蓄養系統具有兩個以上的蓄養容器時，蓄養容器是互相連接。養殖浮游植物的建筑結構10可以具有一個或多個的人造光源15，其用于提供浮游植物光源，以加速浮游植物的生長。該人造光源15是位于蓄養容器的上方或蓄養容器內部。在一個具體實施例中，該披覆結構11可以產生電力，并將可以該電力提供至CO2 擴散供給和PH值控制系統12、營養物供給系統13以及人造光源15。在一個具體實施例中，該披覆結構11可連接至充放電控制器(未顯示)來對電池組充電，以便將產生的電力儲存于電池。電池組儲存的電力可應付并網系統市電中斷時或獨立系統的供電需求。此外，可直接通過直/交流轉換器將電力轉換為交流電并聯輸出至電網。該披覆結構11吸收絕大部分的藍光并轉換成電能，導致藍光無法穿透。故可使用該披覆結構11所產生的電力來使人造光源15發出藍光，以提供浮游植物生長所需的 450-520納米(nm)藍光波長。同時，該人造光源15也可提供浮游植物生長所需的610-720 納米紅光波長。該人造光源15也可以是紅光光源和藍光光源，且該紅光光源的照射量和該藍光光源的照射量的最佳比值為9 1。又，該人造光源15可為LED。30W的LED人造光源 15可養殖大約5-10坪的浮游植物，故浮游植物養殖所需人造光源能耗低。圖2是太陽能光電板的結構圖。本發明的太陽能光電板20是透明、半透明材料，其結構如圖2所示。在基板21 (例如玻璃或塑料材料)上沉積數個層，以形成光電組件薄膜 22。該光電組件薄膜22包含第一電極層、多層可吸收光能并轉化為電能的半導體材料薄膜以及第二電極層。該半導體材料層為非晶硅薄膜、納米晶薄膜、微晶硅薄膜、多晶硅薄膜、銅銦二硒薄膜、銅銦鎵硒薄膜、碲化鎘薄膜、氮化鋁鎵薄膜、砷化鋁鎵薄膜、氮化鎵薄膜或磷化銦鎵薄膜，或是前述材料的組合。該半導體材料層的厚度是相關于該太陽能光電板20的透光率。該第一電極層和第二電極層至少一者為透明材料，其中該透明材料包含氧化鋅、銦錫氧化物或二氧化錫等。太陽能光電板20上個別電池與電池間的串聯和并聯連接可以通過鍍膜工藝步驟并配合激光蝕刻的工藝而達成。之后，藉由配置導線23而導引出正負電極。 最后，覆蓋中間層M于前述工藝所形成的結構上，并與封裝材料25(例如玻璃、塑料材料或復合材料)進行抽真空加熱層壓粘合。本發明制造養殖浮游植物的建筑結構的建筑披覆結構11具有以下兩種技術。(1)半透明技術對于養殖浮游植物的建筑結構來說，太陽能光電板的透光率可針對不同浮游植物生長需求而調整各膜層的材質及厚度，其中調整太陽能光電板電極層的表面粗糙度，除了能改變光入射光學特性外，也可改變太陽能光電板的發電效率。本發明的太陽能光電板的光穿透波長范圍為380至2300納米。在一個具體實施例中，當該太陽能光電板的光穿透波長范圍為380納米以下時，該太陽能光電板的平均透光率是小于1%。在一個具體實施例中，當該太陽能光電板的光穿透波長范圍為400至800納米時，該太陽能光電板的平均透光率是大于10%。在更進一步的具體實施例中，當該太陽能光電板的光穿透波長范圍為610 至720納米時，該太陽能光電板的平均透光率是大于20%。在另一個具體實施例中，當該太陽能光電板的光穿透波長范圍為1000至1200納米時，該太陽能光電板的平均透光率是大于 15%。圖3是透光型太陽能光電板的穿透光譜圖。如圖3所示，本發明的透光型太陽能光電板可穿透380至2300納米的波長。當波長在380納米以下時，太陽能光電板的透光率 T為接近0% ；當波長在700至1200納米時，太陽能光電板的透光率T為最高(其平均透光率約為37. 5% )；而當波長在2300納米以上時，太陽能光電板的透光率T又再次接近0%。圖4是透光型太陽能光電板在自然陽光下穿透的光譜與自然陽光頻譜比較圖。其中，a為直射的太陽光的光譜；b為在透光型模塊后方所量測到的太陽光的光譜。如圖4所示，本發明的透光型太陽能電板對普遍浮游植物葉綠素(Chlorophyll)行光合作用所需的紅光波長610-720納米的穿透度為最高。由于部分高溫型浮游植物的最佳生長需要高溫 (舉例來說，50-70°C )且在低溫時生長遲緩，所以在紅外光的輻射熱進入建筑結構而產生的溫室效應對于在溫帶或寒帶區域溫室建筑結構里養殖浮游植物是具有優勢的，而本發明的太陽能光電板可以熱源形式穿透波長1000納米以上的紅外光，使得建筑結構內的溫度可以維持在30-80°C，更佳是維持在50-70°C，而不需額外能源供應。對于安裝了無法或僅允許少量穿透1000納米以上紅外光的太陽能光電板的養殖浮游植物的建筑結構來說，該建筑結構需要額外地安裝溫度維持系統才能維持建筑結構內的溫度。因此，本發明的太陽能光電板適合用于養殖浮游植物。(2)鏤空技術透光型太陽光電板也可使用鏤空技術來制造，使得太陽可以通過鏤空區域或電池間隙而射入不透光的太陽能光電板(例如使用不透光金屬電極或不透光吸收層的薄膜太陽能光電板以及硅芯片型太陽能光電板)。鏤空工法通常是以激光鑿孔、機械刀具或針具來劃線，以移除不透光的金屬電極及光吸收層；或著，鏤空工法也可以通過拉開不透光電池片間的間隔距離，以用于讓太陽光射入，之后再進行串焊。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種養殖浮游植物的建筑結構，其特征在于，包含披覆結構，其設置于該建筑結構的屋頂或側壁，其中該披覆結構是太陽能光電板，其包含基板；第一電極層，其形成在該基板之上； 多個半導體材料層，其形成在該第一電極層之上； 第二電極層，其形成在該半導體材料層之上； 至少兩條導線，其形成在該第二電極層之上； 封裝材料層；中間層，其用于粘合基板和封裝材料層； 蓄養系統，其包含至少一個蓄養容器，該蓄養容器間是互相連接；營養物供給系統，其連接到至少一個蓄養容器；CO2擴散供給和PH值控制系統，其連接到至少一個蓄養容器；及至少一個人造光源，其位于蓄養容器的上方或蓄養容器內部。
2.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該基板為玻璃或塑料材料。
3.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該第一電極層和第二電極層至少一者為透明材料層，該透明材料是氧化鋅、銦錫氧化物或二氧化錫。
4.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該封裝材料為玻璃、塑料材料或復合材料。
5.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該半導體材料層為非晶硅薄膜、納米晶薄膜、微晶硅薄膜、多晶硅薄膜、銅銦二硒薄膜、銅銦鎵硒薄膜、碲化鎘薄膜、氮化鋁鎵薄膜、砷化鋁鎵薄膜、氮化鎵薄膜或磷化銦鎵薄膜，或是前述材料的組合。
6.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該半導體材料層的厚度是相關于該披覆結構的透光率。
7.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該披覆結構的光穿透波長范圍為380 至2300納米。
8.根據權利要求7所述的建筑結構，其特征在于，當該披覆結構的光穿透波長范圍為 380納米以下時，該披覆結構的平均透光率是小于1%。
9.根據權利要求7所述的建筑結構，其特征在于，當該披覆結構的光穿透波長范圍為 400至800納米時，該披覆結構的平均透光率是大于10%。
10.根據權利要求9所述的建筑結構，其特征在于，當該披覆結構的光穿透波長范圍為 610至720納米時，該披覆結構的平均透光率是大于20%。
11.根據權利要求7所述的建筑結構，其特征在于，當該披覆結構的光穿透波長范圍為 1000至1200納米時，該披覆結構的平均透光率是大于15%。
12.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該建筑結構內部的溫度是30-80°C。
13.根據權利要求12所述的建筑結構，其特征在于，該建筑結構內部的最佳溫度是 50-70 O。
14.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該披覆結構是產生電力，該電力提供至營養物供給系統、CO2擴散供給和pH值控制系統以及人造光源。
15.根據權利要求1所述的建筑結構，其特征在于，該人造光源具有紅光光源、藍光光源或兼具上述兩者，該紅光光源的波長范圍是610至720納米，該藍光光源的波長范圍是 350至520納米。
16.根據權利要求15所述的建筑結構，其特征在于，當人造光源同時具有紅光光源和藍光光源時，該紅光光源的照射量和該藍光光源的照射量的比值為9 1。
全文摘要
一種養殖浮游植物的建筑結構，其包含披覆結構及蓄養系統，披覆結構設置于該建筑結構的屋頂或側壁，其中該披覆結構是太陽能光電板，其包含基板；第一電極層，其形成在該基板之上；多個半導體材料層，其形成在該第一電極層之上；第二電極層，其形成在該半導體材料層之上；至少兩條導線，其形成在該第二電極層之上；封裝材料層；中間層，其用于粘合基板和封裝材料層；蓄養系統包含至少一個蓄養容器，該蓄養容器間是互相連接；營養物供給系統，其連接到至少一個蓄養容器；CO2擴散供給和pH值控制系統，其連接到至少一個蓄養容器；及至少一個人造光源，其位于蓄養容器的上方或蓄養容器內部。該建筑結構的屋頂上可產生電力，可提高土地整體利用效益。
文檔編號A01G33/00GK102283094SQ20101020685
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優先權日2010年6月21日
發明者劉可萱, 沈和畇, 洪偉啠, 簡智賢, 許志銘, 郭明村 申請人:富陽光電股份有限公司