Những Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời Đang Ngày Càng Được Ưa Chuộng Tại Các Trang Trại, Cánh Đồng

Lái xe xuống những con đường quê vắng vẻ, ngoài khung cảnh những cánh đồng ngô, lúa và những đàn bò chăn thả điển hình cho cảnh quan nông thôn thì ở phía trước, bạn sẽ bắt gặp một sự chuyển mình đầy bất ngờ so với hình ảnh nông thôn nhiều năm về trước. Ẩn mình giữa những hàng cây xanh và các loại cây trồng khác, bạn sẽ thấy những dải hình chữ nhật màu xám than trải dài hướng về phía mặt trời – đó là những tấm pin mặt trời mà người nông dân lắp đặt cho hệ thống trang trại, cánh đồng của mình.

Việc xây dựng các tấm pin mặt trời vào giữa những cánh đồng nông nghiệp hoặc đồng cỏ chăn nuôi nghe có vẻ giống như một ngôi nhà khó có thể tạo ra năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, nông điện (Agrivoltaics) – một phương pháp tiếp cận năng lượng tái tạo sử dụng chung đất nông nghiệp với các tấm pin mặt trời – là một hướng đi mạnh mẽ trong đổi mới năng lượng và có thể giúp giảm tác động của nông nghiệp đối với biến đổi khí hậu. Agrivoltaics có thể mở đường cho một tương lai tươi sáng hơn.

Nông điện (Agrivoltaics) là gì?

Agrrivoltaics là sự kết hợp của nước, năng lượng và nông nghiệp – mối quan hệ đôi bên cùng có lợi giữa thực vật, nước, đất và … các tấm pin mặt trời.

“Agri-” có nghĩa là sản xuất lương thực và “-voltaic” có nghĩa là “điện” và thường được viết tắt là AV. Nông điện còn được gọi là năng lượng mặt trời nông nghiệp, năng lượng mặt trời tác động thấp hoặc quang điện nông nghiệp (APV). Cho dù bạn thích thuật ngữ nào thì tất cả đều đề cập đến cùng một khái niệm, biến đất nông nghiệp đang hoạt động thành trang trại năng lượng mặt trời có mục đích kép.

Agrivoltaics đã không được phổ biến vì một số người đam mê công nghệ nghĩ rằng sẽ rất buồn cười khi đặt các tấm pin mặt trời trên một cánh đồng có một đàn bò. Thế nhưng những nỗ lực để giảm thiểu tác hại môi trường, chuyển đổi sang năng lượng tái tạo đang được thực hiện tích cực tại các quốc gia, bao gồm Việt Nam. Việc sản xuất nông nghiệp và thực phẩm từ lâu là tác nhân lớn gây ra biến đổi khí hậu. Khoảng 85% lượng nước tiêu thụ trên toàn cầu được sử dụng cho mục đích nông nghiệp, trong đó chủ yếu là tưới tiêu. Và sản lượng lương thực dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong ba thập kỷ tới để đáp ứng nhu cầu dân số.

Năng lượng mặt trời là một trong những giải pháp

Tổng dân số toàn cầu vừa đạt 8 tỷ người và dự kiến sẽ đạt 9,8 tỷ người vào năm 2050. Vấn đề là hơn một phần ba tổng lượng khí nhà kính là do cách chúng ta sản xuất, chế biến và đóng gói thực phẩm.

Các nhà khoa học, nhà nghiên cứu và nhà phát triển năng lượng mặt trời đang tìm cách giảm tác động của con người đối với biến đổi khí hậu và họ ngày càng chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời. Trong 10 năm qua, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đã trải qua sự tăng trưởng vượt bậc ở lứa tuổi thanh thiếu niên, tăng trưởng trung bình 33% mỗi năm. Ngày nay, chỉ tính riêng ở Mỹ, năng lượng mặt trời có đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho 18 triệu ngôi nhà.

Nhưng đây không phải là một giải pháp nhanh chóng. Mối quan tâm rộng rãi đối với các tấm pin mặt trời như một nguồn năng lượng tái tạo đáng kể là số lượng lớn các tấm pin mặt trời trên đất liền yêu cầu. Năng lượng mặt trời đòi hỏi diện tích đất trên mỗi đơn vị năng lượng gấp 10 lần so với các nhà máy chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) ước tính đến năm 2030, 2 triệu mẫu đất sẽ được sử dụng để lắp đặt năng lượng mặt trời. Nhưng các tấm pin mặt trời có thể tiêu tốn ít đất hơn bằng cách chia sẻ không gian với thực vật và động vật trên đất nông nghiệp – đó mới chỉ là khởi đầu cho những lợi ích của hệ thống AV.

Nông điện có lợi cho động vật và thực vật

Khi cây đang phát triển, chúng có điểm bão hòa ánh sáng mặt trời. Nó giống như việc bạn ăn một chiếc bánh mì kẹp thịt cho đến khi bạn no đến mức không còn thấy muốn ăn nữa. Thực vật cũng vậy. Chúng không cần thiết hấp thụ ánh sáng mặt trời theo cấp số nhân. Ánh sáng mặt trời không giới hạn không có nghĩa là cây trồng phát triển nhanh hơn hoặc lớn hơn. Khi bạn đổ mồ hôi, bạn khát nước; thực vật cũng vậy, điều đó có nghĩa là chúng cần nhiều nước hơn.

Image by pvproductions on FreepikNhưng khi nông dân đặt các tấm pin mặt trời ở đúng vị trí với sự đo lường kỹ lưỡng để có đủ lượng ánh sáng mặt trời, cây trồng sẽ nhận được lượng ánh nắng cần thiết mà không cần quá nhiều nguồn nước.

Các nghiên cứu từ một địa điểm nghiên cứu ở Montpellier, Pháp, đã chỉ ra rằng cây rau diếp được trồng bằng AV tương đương hoặc vượt quá những lô trồng dưới ánh nắng đầy đủ mà không có hệ thống AV và đã giảm 20% lượng nước tiêu thụ của cây trồng.

Trong các thử nghiệm AV khác bao gồm các tấm pin mặt trời cho vật nuôi, các tấm này cung cấp bóng mát để những động vật như cừu và bò có thể chăn thả cả ngày mà vẫn tránh nắng nóng mà ít cần nước hơn. Một nhóm từ Đại học Cornell thậm chí còn trồng hoa dại xung quanh các tấm pin mặt trời để xem liệu nó có thể giúp cải thiện số lượng ong đang suy giảm hay không.

Nông dân và tấm pin năng lượng mặt trời – đôi bên cùng có lợi

Ở những nơi nóng nhất nhất trên Trái đất, như Sa mạc Mojave, các tấm pin mặt trời không hoạt động tốt như chúng ta nghĩ. Khi các tấm pin mặt trời được đặt ở sa mạc, chúng sẽ giữ nhiệt mà chúng hấp thụ từ mặt đất cằn cỗi bên dưới, tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt khiến khu vực xung quanh nóng hơn rất nhiều.

Tuy nhiên, khi bạn trồng rau dưới đất bên dưới các tấm pin và cây sẽ thoát nước (mồ hôi) từ lá của chúng, làm mát không khí xung quanh và trên thực tế, giữ cho các tấm pin mát hơn. Các tấm pin có thể hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ mát hơn, biến nhiều ánh sáng mặt trời thành điện năng hơn! Khá tuyệt phải không?

Các nghiên cứu tại Đại học bang Oregon phát hiện ra rằng các tấm pin mặt trời như thế này với cây trồng được trồng bên dưới có thể tạo ra nhiều điện hơn 10%.

Vẫn còn nhiều thách thức

Mọi người thích ý tưởng về năng lượng tái tạo nhưng chắc chắn là không ở gần nhà của họ. Hỏi bất cứ ai xem họ có ủng hộ năng lượng tái tạo hay không và họ có thể sẽ nói: “Tất nhiên!” Hỏi họ xem họ có ổn khi sống bên cạnh cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời không và họ sẽ nói: “Hoàn toàn không” vì lo ngại chúng ảnh hưởng đến cảnh quan xung quanh.

Các tấm pin mặt trời ngày nay được lắp đặt rất kín đáo, không giống như các tuabin gió, có thể nhìn thấy từ xa và tiêu tốn những mảnh đất rộng lớn. Các tấm pin mặt trời cao từ 8 đến 12 feet (2,4 đến 3,6 mét) và thường được bao quanh bởi hàng rào hoặc thảm thực vật và từng bước hòa hợp với cảnh quan xung quanh nhất có thể.

Các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm ra mối quan hệ giữa thực vật và động vật nào được hưởng lợi nhiều nhất từ hệ thống AV. Một nghiên cứu từ Đại học Arizona cho thấy các loại cây trồng phát triển tốt trong bóng râm một phần – như khoai lang, rau diếp, cỏ linh lăng, cải xoăn và củ cải – phản ứng tốt nhất. Cho đến nay, các loại cây trồng chịu bóng râm như lúa mì và cây trồng trong nhà kính vẫn chưa đáp ứng tốt. Các nhà khoa học cũng đang đặt câu hỏi về tác động lâu dài của AV đối với chất lượng đất và đất, những loại thỏa thuận nào có thể được thiết kế giữa các nhà phát triển năng lượng mặt trời, thành phố và chủ đất cũng như cách vật nuôi và động vật sẽ tương tác với công nghệ.

Trang trại nuôi dê cũng không được khuyến khích lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời. Dê leo trèo và nhai mọi thứ, vì vậy chúng sẽ ăn dây điện và cơ sở hạ tầng thực tế.

Một lý do mới để cùng tồn tại

Cho dù đó là rau diếp, bò, ong hay hoa dại bản địa, rõ ràng là bản chất cộng sinh của nông nghiệp có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn với lượng khí thải carbon thấp hơn, giảm nhu cầu nước và tăng sản lượng lương thực. Trong khi nghiên cứu và áp dụng thực tiễn có vẻ vẫn đang ở giai đoạn đầu, các dự án nông điện đang thúc đẩy sự đổi mới về năng lượng mặt trời.

Như Dritenbas, một nhà nghiên cứu nói: “Ai đó phải tiến về phía trước và xem liệu nó có hiệu quả hay không”. “Chúng tôi rất vui khi trở thành một trong những người dẫn đầu ngành chấp nhận rủi ro đó và cố gắng biến nó thành hiện thực.”