Nông nghiệp quang điện

NÔNG NGHIỆP QUANG ĐIỆN
Lê Tấn Tài

Agrivoltaics (hay Agrophotovoltaics), tiếng Việt tạm gọi là Công Nghệ Nông Nghiệp Quang Điện hoặc Công Nghệ Nông Nghiệp Kết Hợp Điện Mặt Trời, là một phương pháp kết hợp giữa sản xuất nông nghiệp và phát điện mặt trời. Thuật ngữ này được hình thành từ sự kết hợp của hai từ: “agriculture” (nông nghiệp) và “photovoltaic” (quang điện).
Agrivoltaics là việc sử dụng đất để đồng thời sản xuất nông nghiệp và phát điện thông qua các tấm pin quang điện. Phương pháp này còn được biết đến với các tên gọi khác như agrisolar (nông nghiệp năng lượng mặt trời), dual-use solar (năng lượng mặt trời kép), hoặc low-impact solar (năng lượng mặt trời tác động thấp). Một biến thể của agrivoltaics là solar grazing (chăn thả dưới năng lượng mặt trời), trong đó gia súc được chăn thả xung quanh và bên dưới các tấm pin mặt trời.
Trong hệ thống agrivoltaics, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên cánh đồng hoặc khu vực canh tác, tạo ra một môi trường có lợi cho cả sản xuất năng lượng và nông nghiệp. Thay vì dành riêng đất chỉ để lắp đặt pin mặt trời, hệ thống này cho phép sử dụng đất một cách kép: vừa sản xuất năng lượng, vừa canh tác cây trồng.
Các tấm pin mặt trời không chỉ tạo ra điện mà còn cung cấp bóng râm, giúp giảm căng thẳng nhiệt cho cây trồng và hạn chế sự bốc hơi nước từ đất. Điều này đặc biệt hữu ích ở những khu vực có khí hậu khô hạn. Ngược lại, một số loại cây trồng có thể tạo ra độ ẩm hoặc giảm nhiệt độ môi trường xung quanh, giúp các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn, vì chúng thường bị giảm hiệu suất khi nhiệt độ quá cao.
Nhờ hệ thống này, người nông dân có thể thu lợi nhuận kép từ cả sản xuất nông nghiệp và việc bán điện tạo ra từ hệ thống quang điện. Tuy nhiên, việc lắp đặt hệ thống đòi hỏi thiết kế cẩn thận để không cản trở hoạt động nông nghiệp, đồng thời chi phí đầu tư ban đầu thường cao hơn so với các hệ thống riêng lẻ. Ngoài ra, cây trồng cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện ánh sáng dưới bóng của các tấm pin mặt trời.
Hệ thống agrivoltaics coi nông nghiệp và sản xuất năng lượng mặt trời là hai hoạt động bổ trợ lẫn nhau thay vì cạnh tranh. Bằng cách duy trì đất nông nghiệp trong hoạt động sản xuất, hệ thống này giúp các trang trại đa dạng hóa nguồn thu nhập. Đồng thời, nó còn mang lại nhiều lợi ích khác như tăng cường khả năng chống chịu về năng lượng và giảm lượng khí thải carbon, góp phần vào phát triển bền vững.
Một mối quan hệ cộng sinh về “làm mát” được hình thành khi cây trồng (hoặc cỏ và cây bản địa) được trồng dưới các tấm pin mặt trời. Hai yếu tố này hỗ trợ lẫn nhau trong việc làm mát. Mặc dù cây trồng cần ánh sáng mặt trời để phát triển, việc tiếp nhận quá nhiều ánh sáng có thể gây căng thẳng cho một số loại cây, đặc biệt là những loại ưa bóng râm như họ cải (brassica). Khi được trồng dưới bóng râm khuếch tán của các tấm pin mặt trời, cây trồng tránh được ánh sáng gắt nhất trong ngày. Bóng râm này giúp giảm nhiệt độ không khí và hạn chế lượng nước bay hơi từ đất, mang lại lợi ích cho cả cây trồng lẫn người lao động trong những ngày hè oi bức. Ngược lại, cây trồng thải ra hơi nước, tạo hiệu ứng làm mát tự nhiên cho các tấm pin mặt trời từ bên dưới, qua đó cải thiện hiệu suất hoạt động của chúng.
Dự án agrivoltaics lớn nhất Hoa Kỳ hiện nay được triển khai trên một trang trại trồng việt quất tại Rockport, Maine. Với diện tích 10 mẫu Anh và công suất 4,2 megawatt, đây là dự án đầu tiên thuộc loại này tại bang Maine. Dự án sẽ cung cấp những hiểu biết và kinh nghiệm quan trọng khi các nhà nghiên cứu từ Đại học Maine Cooperative Extension tiến hành đánh giá tác động của việc lắp đặt tấm pin mặt trời lên cây việt quất, đồng thời theo dõi sự phát triển của cây trồng qua thời gian dưới các tấm pin này.
Một hình thức agrivoltaics phổ biến ở khu vực Đông Bắc Hoa Kỳ là tích hợp chăn thả gia súc trên đồng cỏ, thường được gọi là “solar grazing”. Hình thức này đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, mang lại lợi ích “ba bên” cho nông dân, các công ty năng lượng mặt trời và môi trường. Thông thường, cỏ mọc giữa các tấm pin mặt trời cần được cắt tỉa để tránh che bóng và giảm hiệu suất hoạt động. Tuy nhiên, việc sử dụng cừu để chăn thả giúp loại bỏ chi phí bảo trì cao liên quan đến việc cắt cỏ. Đồng thời, những người chăn nuôi cừu địa phương có thể tăng thu nhập bằng cách cho cừu chăn thả tại các địa điểm này. Ngoài ra, việc loại bỏ cắt cỏ không chỉ giữ an toàn hơn cho động vật hoang dã (như các loài chim làm tổ trên mặt đất) mà còn giảm sử dụng nhiên liệu và lượng khí thải ra môi trường.
Agrivoltaics đã được triển khai ở nhiều quốc gia, như Đức, Nhật Bản, Pháp và Hoa Kỳ, với các dự án trồng cây ăn quả, rau xanh hoặc cỏ chăn nuôi dưới các tấm pin mặt trời. Công nghệ này đang được coi là giải pháp quan trọng để phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nhu cầu năng lượng tái tạo tăng cao.