1樓：pipedream
shockley queisser極限決定的。
我在這裡用語言描述，看誰能看懂。這是個智商測試題，難度遠低於狹義相對論。
太陽能轉化利用是乙個能量轉換過程。效率一定是得到利用的能量除以投射的太陽能。
轉化利用的能量是統一的，在電池裡是具有某一電壓（電勢差）的電子。在光合作用原初過程裡是用來產生ATP的質子梯度（紫菌情況）或是NADPH（還原型輔酶II，最後也能換算回ATP）。
但是太陽能是乙個光譜。譜的意義就在於，光子的能量不是相同的，是有分布的，而且這個分布相當的寬。以落在地面上的AM 1.
5為例，從350 nm到接近2000 nm都有分布。這麼大的乙個範圍，每個光子的能量，最大的是最小的6倍呢。
那麼問題出現了，在這個微觀的化學反應的世界裡，是遵循線性光化學反應定則的，即能驅動反應，則驅動最多乙個反應，不能驅動反應（指夠不到門檻），則利用率為零。
舉例說明上面這句話，如果光化學反應的門檻設在2個電子伏，也就是610 nm附近，則波長短於610 nm的光子，都有機會（以一定的效率）驅動反應。最多每個光子驅動乙個原初反應。波長長於6 10 nm的光子，利用率為零。
這就是shockley queisser極限的理論基礎，光化學反應的兩個基本定律的形象化內容。
那麼這個門檻是不是越低越好？例如設在2000nm？這時，幾乎所有的太Sunny子都能做出自己的貢獻，但是不要忘了，最高能量的350 nm的光子，和最低門檻能量的2000 nm的光子，它們每個能幹的活（被轉化的能量的極限）是相同的。
也就是0.6個電子伏特。而350 nm的光子，每個光子本身具有的能量高達3.
5電子伏特。即使量子效率為100%（上一段說的一定的效率），每個光子也損失了至少83%的能量。考慮到最終的輸出，不一定能達到0.
6 電子伏每個反應基元，損失將會更大。
將門檻提高如何？放到610 nm。這時，每個光子能倍轉化利用的能量極限可以提高到2個電子伏。
對於350 nm的光子來說，其單光子的能量損失有望控制在43%。可是，這種情況下，610 nm到2000 nm之間的寬廣的光譜範圍內的光子將被放棄。
有沒有乙個最佳情況？取決於什麼？
答案是有，取決於太Sunny譜。如果太Sunny譜是單色的，那就無比簡單了。
現有的太Sunny譜，經過計算得到的最佳閾值在1.1 電子伏特，大概在1100 nm附近。
而高等植物的情況呢？
高等植物的PSI吸收極限在700 nm，PSII的吸收極限在680 nm（均為最長吸收峰的峰值）。這個設定損失了很多的太Sunny光子沒有吸收利用。
但是，每個被吸收的太Sunny，在PSII中可以產生兩個半質子梯度，在PSI中可以產生乙個NADPH和半個質子梯度，合在一起，兩個光子能產生4個ATP。已經比紫色光合細菌那種乙個光子產生2/3個ATP的效率高3倍了。
不過這是原初反應。落實到幹物質，還要考慮暗反應的效率，植物自身的消耗，最終只有巴西的甘蔗，能突破7%的固化效率。這可能就是博索納羅瞎胡扯的底氣之所在吧。
不知道題主看明白了沒有？
2樓：ted1472
因為光合作用的利用率並非直接受到自然選擇。換而言之植物光合作用的利用率高低並非直接決定植物的生存繁衍。
更重要的是怎麼樣才能夠更安全的利用光能，這是目前學界的認知。
以綠色植物為例，基於葉綠素的吸光光譜在綠色光譜位置有很大的空隙。如果你看太陽能光譜的能量分布就會發現其實能量最高的峰值就在綠色波段，但綠色植物會特意避開這段光波，從而造成整體光譜利用率為50%左右。50%這個值請看光合大佬Robert Blankenship的Science上的review 。
一篇前兩天才見刊的science提出了一種觀點，認為所有的光和生物都會避開其所在環境中能量波峰而選擇峰的兩邊，從而能更好的適應現實環境下光度的波動。這樣使得流入光和系統的能量速率更加平穩。雖然是跟風系統生物學現在存在的noise cancelling的熱點，但也確實有其道理。
要知道吸光的大範圍變化對任何光和生物都是有害的。舉個不恰當的例子，人吃飯不規律會不健康，植物也一樣，光能是植物的「食物」之一。
捉一下蟲哈，植物最終光能利用率僅為0.1%。這個定義是從光能到生物質(biomass)。你所說的20%應該是光能到初始化學態(e.g. NADPH, UQH2）。
3樓：鍾強
植物主要利用的是太Sunny的某一波段，甚至特定波段的光能到100%，特定波段的光能量佔太陽能能全波段的光能量不高，所以總體利用率不高。
光合作用主要靠可見波段的光來進行，波長390－410nm紫光可活躍葉綠體運動；波長600－700nm紅光，可增強葉綠體的光合作用；波長500－560nm綠光，會被葉綠體反射和透射，使光合作用下降。所以，凡是落在這一範圍內的光都源可以進行光合作用（綠光不好）。室內的日光燈的光也是可見光，而且偏重低波長的藍光段。
所以，LED照明的乙個應用就是種植，只是成本非常高。
4樓：眾能光電
太陽能的利用要與植物的生物節拍匹配。
植物的生長（光合作用）是植物最重要的活動，可以模擬人類或者動物的體力運動，因此是需要消耗能量和體力的，植物日照條件下不可能全部時間進行光合作用，一樣需要休息的。
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