Nông nghiệp Điện mặt trời (Agrivoltaics): Tấm pin năng lượng mặt trời tăng năng suất cây trồng 60%

Dưới đây là bản dịch sang Tiếng Việt, tuân thủ các quy tắc đã đề ra:

Nuôi Dưỡng Thế Giới Đang Tăng Trưởng, Thúc Đẩy Tương Lai Của Chúng Ta Với Hệ Thống Nông Nghiệp Điện Mặt Trời (Agri-Photovoltaic Systems)

Dân số thế giới dự kiến sẽ tăng thêm 1,2 tỷ người trong 15 năm tới, cùng với nhu cầu ngày càng tăng về thịt, trứng và sữa, vốn tiêu thụ hơn 70% lượng nước ngọt cho cây trồng, và nhu cầu điện năng ngày càng tăng. Không còn là bí mật khi chúng ta cần thực hiện một sự thay đổi mạnh mẽ trong sản xuất năng lượng để đạt được trạng thái trung hòa về khí hậu và giảm lượng khí thải của nhân loại. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng để đạt được điều này, chúng ta phải đầu tư mạnh vào các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Các chuyên gia dự đoán rằng trong tương lai, sản lượng điện mặt trời (photovoltaic) sẽ tăng ước tính gấp sáu đến tám lần so với hiện tại. Nông nghiệp đã là một phần quan trọng của cuộc sống con người trong nhiều thế kỷ, và do đó, điều cần thiết là chúng ta phải tìm cách duy trì điều này đồng thời sản xuất năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, vấn đề lớn với các trang trại điện mặt trời truyền thống là mặt đất bên dưới các tấm pin không thể được sử dụng. Nông nghiệp điện mặt trời (Agrivoltaics), kết hợp nông nghiệp với sản xuất điện bằng cách canh tác dưới tán các tấm pin mặt trời, có thể là giải pháp cho những vấn đề này.

Hãy cùng tìm hiểu về hệ thống nông nghiệp điện mặt trời (hoặc hệ thống Agri-PV). Công nghệ này cho phép chúng ta lắp đặt các tế bào quang điện (solar cells) trên một cánh đồng nông nghiệp và sản xuất điện đồng thời cho phép cây trồng phát triển bên dưới.

AgroSolar: Trồng trọt và sản xuất điện

Nông nghiệp điện mặt trời cũng đã chứng minh rằng có thể canh tác gần như tất cả các loại cây trồng dưới các tấm pin mặt trời, nhưng có thể có một số tổn thất năng suất trong các mùa ít nắng đối với các loại cây ưa nắng. Tuy nhiên, năng suất cây trồng APV đã vượt trội so với cánh đồng đối chứng trong những năm 'khô hạn và nóng bức', cho thấy nông nghiệp điện mặt trời có thể là một yếu tố thay đổi cuộc chơi ở các vùng khô nóng.

Kinh nghiệm về nông nghiệp điện mặt trời vẫn còn khá hạn chế, nhưng có nhiều biến thể của nông nghiệp điện mặt trời đang được nghiên cứu tích cực. Những thành công lớn chủ yếu đạt được với các loại cây trồng chịu bóng râm như rau diếp, rau chân vịt, khoai tây và cà chua. Một số ví dụ cực kỳ hứa hẹn tạo nên một trường hợp thuyết phục cho nông nghiệp điện mặt trời.

Dưới đây là bản dịch sang Tiếng Việt, giữ nguyên các thuật ngữ kỹ thuật, số liệu, đơn vị, URL, định dạng markdown và tên thương hiệu, đồng thời sử dụng thuật ngữ nông nghiệp chuyên nghiệp:

Đất đai được sử dụng hai lần và chúng ta có thể tối đa hóa sản lượng năng lượng. Hệ thống Agri-PV đã được phát triển tại Viện Fraunhofer, và các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có tiềm năng đáp ứng toàn bộ nhu cầu năng lượng của Đức chỉ với bốn phần trăm diện tích nông nghiệp. Loại hình sản xuất năng lượng tái tạo này đã được thử nghiệm tại công ty Steinicke ở Lüchow, Hạ Saxony. Các mô-đun năng lượng mặt trời đã được lắp đặt ở độ cao sáu mét và cây trồng thảo mộc được trồng bên dưới trong bóng râm. Điều này có lợi cho cây trồng vì nó tạo ra một vi khí hậu và giảm thiểu thiệt hại do cháy nắng. Viện Fraunhofer cũng đã xây dựng một cánh đồng thử nghiệm với cây táo để đo lường tác động của việc che bóng và ảnh hưởng đến vụ thu hoạch. Các phát hiện ban đầu cho thấy mái che quang điện thậm chí còn có lợi cho một số giống cây và bảo vệ chúng khỏi sâu bệnh. Công nghệ này ước tính có thể tạo ra khoảng 700.000 kilowatt giờ điện mỗi năm. AgroSolar là một đơn vị tiên phong trong công nghệ này và hiện đang thực hiện nhiều dự án hơn.

Quy trình dài dòng và chi phí lắp đặt cao

Tuy nhiên, họ đang đối mặt với một vấn đề phổ biến – quy trình dài dòng. Thường mất hai năm rưỡi để hoàn thành quy trình kế hoạch phát triển với sự thay đổi trong kế hoạch sử dụng đất, có thể tốn kém từ 20.000 đến 80.000 euro. Điều này khiến các hệ thống nhỏ khó có khả năng chi trả cho quy trình này. Cần có nhiều ưu đãi hơn để nông dân và doanh nhân đầu tư vào hệ thống Agri-PV, do đó có thể có trợ cấp tiềm năng từ Liên minh Châu Âu (nguồn tài trợ nông nghiệp chung của EU). Việc phê duyệt cần nhanh chóng và dễ dàng hơn, và số hóa có thể là một công cụ hữu ích.

Các điều kiện kinh tế cần phải thuận lợi để mọi người thực hiện sự chuyển đổi, năng lượng quang điện có thể là một yếu tố hữu ích trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Với hệ thống Agri-PV, chúng ta có cơ hội tạo ra năng lượng tái tạo đồng thời duy trì nông nghiệp để chúng ta có thể tiếp tục sản xuất lương thực và nuôi sống nhân loại. Công nghệ này có tiềm năng sản xuất lượng điện tương đương 170 nhà máy điện hạt nhân (trên lý thuyết), nếu công nghệ được triển khai trên quy mô lớn hơn.

Các tấm pin năng lượng mặt trời hai mặt lắp đặt theo chiều dọc, có thể thu năng lượng mặt trời từ cả hai mặt của tấm pin, được sử dụng để cho phép có thêm diện tích đất canh tác. Loại hình lắp đặt này sẽ đặc biệt hiệu quả ở những khu vực bị xói mòn do gió, vì các cấu trúc này làm giảm tốc độ gió, giúp bảo vệ đất và cây trồng được trồng ở đó. Các tấm pin hai mặt có thể tạo ra nhiều điện năng hơn trên mỗi mét vuông so với các tấm pin một mặt truyền thống và không yêu cầu bất kỳ bộ phận chuyển động nào.

Sử dụng đất kép: Cân bằng rủi ro và cơ hội

Nông nghiệp điện mặt trời (Agri-photovoltaics) là một công nghệ tương đối mới có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Tiềm năng của công nghệ này rất lớn, nhưng cũng có những rào cản cần vượt qua để nó được chấp nhận rộng rãi. Để lắp đặt 215 gigawatt (GW) điện mặt trời (PV) vào năm 2030, luật sửa đổi EEG đã thúc đẩy một số biện pháp. Điều này bao gồm một khoản trợ cấp công nghệ 1.2 cent mỗi kilowatt giờ (kWh), nhưng các chuyên gia cho rằng điều này có thể chưa đủ.

Hà Lan là nước xuất khẩu thực phẩm lớn thứ hai trên toàn cầu và một công ty có tên “GroenLeven,” một công ty con của tập đoàn BayWa có trụ sở chính tại Munich, Đức, đã khởi động một số dự án thí điểm với nông dân trồng cây ăn quả địa phương. Họ đã chuyển đổi ba hecta (ha) trong một trang trại mâm xôi rộng bốn hecta ở Babberich, Hà Lan, thành một trang trại nông nghiệp điện mặt trời 2 MW.

Cây mâm xôi được trồng trực tiếp dưới các tấm pin mặt trời, được đặt xen kẽ theo hàng hướng đông và tây, tối đa hóa sản lượng năng lượng mặt trời đồng thời bảo vệ cây khỏi gió. Lượng và chất lượng quả thu hoạch dưới các tấm pin được ghi nhận là tương đương hoặc tốt hơn so với quả thu hoạch dưới các mái che bằng nhựa truyền thống, và người nông dân đã tiết kiệm được rất nhiều công sức quản lý các mái che bằng nhựa. Một lợi ích đáng kể khác là nhiệt độ dưới các tấm pin mặt trời mát hơn vài độ, tạo sự dễ chịu hơn cho người lao động nông nghiệp và giảm 50% lượng nước tưới so với cánh đồng đối chứng.

Ưu điểm của AgroSolar

Bằng cách loại bỏ sự cạnh tranh về đất đai giữa cây lương thực và cây năng lượng, công nghệ mới này cho phép tăng đáng kể hiệu quả sử dụng đất – hiện tại lên tới 186% (theo tuyên bố của AgroSolar).

Một máy móc nông nghiệp chuyên dụng canh tác đất dưới các tấm pin mặt trời nâng cao trong một thiết lập nông nghiệp điện mặt trời, minh họa cách công nghệ sử dụng kép này thúc đẩy hiệu quả sử dụng đất lên tới 186% bằng cách kết hợp sản xuất năng lượng sạch với tăng trưởng cây trồng tối ưu.

Dãy nông nghiệp điện mặt trời rộng lớn này thể hiện hệ thống kép sáng tạo kết hợp năng lượng sạch với nông nghiệp, mang lại những lợi thế đáng kể.

Dãy nông nghiệp điện mặt trời này là ví dụ về thiết kế tùy chỉnh của các hệ thống kép, thích ứng với đất nông nghiệp và cây trồng.

Ưu điểm của hệ thống kép theo tuyên bố của AgroSolar:

• Mỗi hệ thống Nông nghiệp Điện mặt trời (Agri-Photovoltaic) là tùy chỉnh và linh hoạt, phù hợp với diện tích, loại cây trồng và điều kiện địa chất.

• Nông nghiệp Điện mặt trời (Agri-PV) bảo vệ cây trồng và vụ mùa khỏi các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như nóng, hạn hán, mưa lớn, mưa đá và gió.

Dưới đây là bản dịch sang Tiếng Việt, giữ nguyên các thuật ngữ kỹ thuật, số liệu, đơn vị, URL, định dạng markdown và tên thương hiệu, đồng thời sử dụng thuật ngữ nông nghiệp chuyên nghiệp:

• Máy móc nông nghiệp với nhiều kích cỡ vẫn có thể sử dụng bình thường dưới hệ thống Nông nghiệp Điện mặt trời (Agri-Photovoltaic).

• Nhu cầu nước của các khu vực nông nghiệp có thể giảm tới 20%, và khả năng giữ nước của đất được tăng cường.

• Carbon – Nông nghiệp: Với Agri-PV, mùn hữu cơ được kiểm soát có thể được bồi đắp, giảm nhu cầu phân bón và cho phép CO2 được lưu trữ nhiều hơn trong đất.

• Việc sử dụng Agri-PV tăng năng suất cây trồng, mang lại thu nhập cao hơn cho hoạt động kinh doanh nông nghiệp.

• Linh hoạt và sinh lời: Ngoài việc đầu tư vào hệ thống của riêng mình, AgroSolar Europe còn cung cấp mô hình cho thuê, do đó doanh nghiệp nông nghiệp không tốn công sức cho việc lắp đặt và bán điện.

Nông nghiệp Điện mặt trời (Agrivoltaics) có tiềm năng trở thành một chiến lược thắng lợi để đáp ứng nhu cầu năng lượng và giảm tiêu thụ nước ở các vùng nóng và khô hạn trên thế giới.

Mặc dù Agri-PV có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như cung cấp mái che cho một khu vực và sử dụng đất kép, nhưng cũng có những nhược điểm cần xem xét. Bao gồm:

• Chi phí cao hơn
• Sự cần thiết phải cân bằng giữa sản xuất nông nghiệp và sản xuất điện
• Các mối quan ngại về bảo vệ đất

Tuy nhiên, sự phản kháng của cộng đồng đối với nông nghiệp điện mặt trời là điều quan trọng cần kiểm soát, đặc biệt là nông nghiệp điện mặt trời giả mạo (pseudo-agrivoltaics), là một thực hành xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời lớn dưới vỏ bọc nông nghiệp. Các quy tắc, quy định và bộ máy quan liêu cũng có thể cản trở nông nghiệp điện mặt trời, và điều cần thiết là duy trì sự hỗ trợ thích hợp của địa phương. EU coi các hệ thống nông nghiệp điện mặt trời là công trình xây dựng và yêu cầu giấy phép xây dựng. Chi phí trên mỗi kWh cho nông nghiệp điện mặt trời có thể cao hơn 10-20% so với các công viên năng lượng mặt trời truyền thống, điều này đặt ra câu hỏi ai sở hữu các tấm pin mặt trời. Nếu không có sự can thiệp của chính phủ thông qua trợ cấp hoặc đảm bảo giá, nông nghiệp điện mặt trời có thể không có cơ hội cạnh tranh với các sáng kiến năng lượng mặt trời khác. Nông nghiệp điện mặt trời có tiềm năng giúp nguồn cung cấp lương thực của chúng ta và chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn mà không phải hy sinh đất canh tác, đặc biệt nếu chúng ta có thể chuyển đổi đất hiện đang được sử dụng để trồng cây nhiên liệu sinh học thành đất để sản xuất lương thực cho con người hoặc trồng rừng.

Tôi cũng đã hỏi người bạn hâm mộ AgroSolar Lukas trên twitter chia sẻ một số suy nghĩ về những hạn chế, và đây là những gì chúng tôi có:

• Quản lý thoát nước tốt. Ví dụ: máng xối tự động làm sạch chịu được lượng mưa lớn, có dung tích đủ lớn ở các mép dẫn đến bể chứa để tưới tiêu.

• Cơ sở dữ liệu về loại cây trồng nào phát triển tốt như thế nào với agrosolar: Vấn đề cơ sở dữ liệu không liên quan nhiều đến vật lý, nhưng nó quan trọng vì không phải tất cả các loại cây trồng đều phát triển tốt hơn dưới ánh nắng mặt trời yếu hơn. Điều này sẽ bớt đáng sợ hơn đối với nông dân.

Hợp tác với các giải pháp lưu trữ năng lượng sang khí bán địa phương: Công nghệ bổ trợ cho các bộ chứa năng lượng sang khí (power-to-gas) dạng mô-đun có thể là một lựa chọn có khả năng mở rộng tốt. Để cuối cùng thúc đẩy agrosolar vượt qua cái mà tôi gọi là "ngưỡng giá điện âm đỉnh điểm của năng lượng mặt trời". Ngưỡng này đã hiện hữu ở một mức độ nhất định và có thể trở nên tồi tệ hơn đáng kể trong tương lai gần.

---

---

• Fraunhofer Institute (2023) - Nghiên cứu cho thấy 4% diện tích đất nông nghiệp có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của Đức.
• AgroSolar Europe - Land Use Efficiency up to 186% (2023) - Dữ liệu công ty về các hệ thống sản xuất kép đạt hiệu quả sử dụng đất 186%.
• Expert Insights on Agrivoltaic Constraints (2023) - Nhận định chuyên gia về các thách thức kỹ thuật và thực tế của agrivoltaics.
• BayWa AG (2023) - Nghiên cứu điển hình về trang trại dâu tây 2 MW với lượng tưới tiêu giảm 50%.