Ba kiểu che bóng nhân tạo trên ruộng lúa: “Ánh sáng dao động” làm giảm năng suất rõ rệt

Ngày 1 tháng 6 năm 2026, Annie Nguyễn

Nhóm nghiên cứu Đại học Yamagata và Đại học Thành phố Nagoya đã so sánh ba cách bố trí tấm pin năng lượng mặt trời trên các ruộng lúa thực tế trong ba năm. Kết quả cho thấy, ngay cả với tỷ lệ che bóng tương tự, sự dao động ánh sáng theo thời gian có tác động tiêu cực đến năng suất lớn hơn nhiều so với mức độ thiếu sáng tổng thể. Để duy trì năng suất ≥80% so với ruộng trống, cường độ sáng tích lũy tương đối cần đạt ít nhất 76,5%.

Ánh sáng “nhấp nháy” gây hại hơn bóng râm kéo dài

Trong các hệ thống chia sẻ năng lượng mặt trời (solar sharing) trên đất nông nghiệp, từ trước đến nay người ta thường chỉ quan tâm đến tỷ lệ che bóng (diện tích tấm pin/tổng diện tích). Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Phó giáo sư Yoshiki Kuwahara (Đại học Yamagata) và cộng sự đã chỉ ra rằng chỉ số đó chưa đủ để dự báo năng suất lúa.

Nhóm đã lắp đặt ba kiểu bố trí tấm pin khác nhau trên các ruộng lúa tại ba địa điểm thuộc tỉnh Yamagata: thành phố Sakata, Higashine và Yonezawa. Cường độ ánh sáng được đo mỗi 30 giây trong suốt ba vụ.

• Sakata: Tấm pin hẹp (1953×350 mm), bố trí dày đặc. Tỷ lệ che bóng 32,7%. Ánh sáng dao động mạnh (có nắng – râm xen kẽ rất nhanh), tỷ lệ giảm sáng tương đối 34,7%. Năng suất giảm trung bình 33,6% – cao nhất trong ba mô hình.

• Higashine: Tấm pin hẹp (1580×420 mm), bố trí thưa. Tỷ lệ che bóng 24,8%. Thời gian có sáng cao kéo dài hơn, giảm sáng 22,2%. Năng suất giảm 20,6%.

• Yonezawa: Tấm pin rộng (1640×992 mm), tỷ lệ che bóng 33,2% (cao nhất). Tuy nhiên, thời gian chiếu sáng yếu kéo dài, ít dao động, giảm sáng 42,8%. Năng suất giảm 31,6% – thấp hơn Sakata mặc dù che bóng cao hơn.

Phân tích mô hình hỗn hợp khẳng định: biến động ánh sáng theo thời gian (ánh sáng dao động) có tác động tiêu cực đến năng suất lớn hơn tác động tích cực của tổng lượng sáng tích lũy.

Ngưỡng 80% năng suất: cần ít nhất 76,5% cường độ sáng tương đối

Mục tiêu của các dự án chia sẻ năng lượng mặt trời trong nông nghiệp là duy trì năng suất cây trồng ≥80% so với ruộng trống đối chứng. Phân tích hồi quy toàn bộ dữ liệu cho thấy để đạt mức này, cường độ sáng tích lũy tương đối cần đạt 76,5% (khoảng tin cậy 95%: 71,6–79,9%).

Nguyên nhân giảm năng suất chủ yếu là do số bông trên đơn vị diện tích giảm. Về chất lượng, hàm lượng protein trong hạt tăng lên, kéo theo độ ngon (vị cơm) giảm – một vấn đề quan trọng đối với gạo Nhật Bản.

Hiệu quả sử dụng đất: Hệ thống chia sẻ năng lượng vẫn có lợi

Chỉ số LER (Land Equivalent Ratio) – tỷ lệ diện tích đất cần thiết để đạt cùng một mức thu nhập khi chỉ làm nông nghiệp so với khi kết hợp điện mặt trời – dao động từ 1,35 đến 1,45 trong ba mô hình. LER >1 chứng tỏ hệ thống nông nghiệp kết hợp phát điện sử dụng đất hiệu quả hơn so với chỉ trồng lúa.

Dưới cơ chế giá FIT (Feed‑in Tariff) của Nhật Bản, doanh thu từ bán điện có thể bù đắp hoàn toàn cho khoản thất thu do năng suất và chất lượng gạo giảm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: nếu chỉ nhìn vào tỷ lệ che bóng mà bỏ qua yếu tố dao động ánh sáng, các nhà thiết kế có thể vô tình lựa chọn cấu hình gây hại nhiều hơn cho cây trồng, dù cùng một tỷ lệ che phủ.

Ý nghĩa thiết kế: Không chỉ là “độ tối”, mà còn là “tính nhấp nháy”

Nghiên cứu này là một trong những thử nghiệm thực địa đầu tiên so sánh nhiều cấu hình tấm pin trên nhiều ruộng lúa thực tế, kéo dài ba năm. Kết quả cung cấp bằng chứng quan trọng để tối ưu hóa các hệ thống năng lượng mặt trời nông nghiệp (agrivoltaics) – vốn đang được Chính phủ Nhật Bản và nhiều nước khuyến khích nhằm vừa đảm bảo an ninh lương thực vừa phát triển năng lượng tái tạo.

Phó giáo sư Kuwahara kết luận: “Chúng tôi khuyến nghị rằng khi thiết kế các hệ thống chia sẻ năng lượng mặt trời trên ruộng lúa, cần đánh giá không chỉ tỷ lệ che bóng mà còn cả cường độ sáng tích lũy tương đối và mức độ dao động ánh sáng theo thời gian. Tránh tạo ra những vùng ‘nhấp nháy’ quá nhanh giữa nắng và râm sẽ giúp giảm thiểu thiệt hại về năng suất.”

Hình 4 ● Sự khác biệt về môi trường ánh sáng trong mỗi khu vực
(Nguồn: Tài liệu thuyết trình của Phó Giáo sư Yoshiki Kuwahara, Khoa Nông nghiệp, Đại học Yamagata)

Sự khác biệt về môi trường ánh sáng

Tiêu đề các phần:

• Nông trường Sakata (Tỷ lệ che bóng: 32.7%)
• Nông trường Higashine (Tỷ lệ che bóng: 24.8%)
• Nông trường Yonezawa (Tỷ lệ che bóng: 33.2%)

Nhãn biểu đồ:

• Mật độ quang hợp photon (µmol m⁻² s⁻¹)

Chú thích phía dưới:

• Nông trường Sakata: Ánh sáng yếu và mạnh xen kẽ trong thời gian ngắn (Tỷ lệ giảm ánh sáng: 34.7%)
• Nông trường Higashine: Thời gian ánh sáng mạnh kéo dài tương đối (Tỷ lệ giảm ánh sáng: 22.2%)
• Nông trường Yonezawa: Thời gian ánh sáng yếu kéo dài tương đối (Tỷ lệ giảm ánh sáng: 42.8%)

Hình 5 ● Tác động của tấm pin mặt trời đến sản lượng
(Nguồn: Tài liệu thuyết trình của Phó Giáo sư Yoshiki Kuwahara, Khoa Nông nghiệp, Đại học Yamagata)

Ảnh hưởng đến năng suất

Công thức: Năng suất lý thuyết (kg/10a) = Số bông trên đơn vị diện tích × Số hạt trên bông × Tỷ lệ chín × Trọng lượng 1000 hạt

Nhãn biểu đồ:

• Nông trường Sakata
• Nông trường Higashine
• Nông trường Yonezawa

Kết luận: Năng suất lý thuyết tại khu vực điện mặt trời kết hợp nông nghiệp (agrivoltaic) thấp hơn so với khu đối chứng ở tất cả các địa điểm và các năm.

Hình 6 ● Mối quan hệ giữa năng suất và môi trường ánh sáng
(Nguồn: Tài liệu thuyết trình của Phó Giáo sư Yoshiki Kuwahara, Khoa Nông nghiệp, Đại học Yamagata)

Ảnh hưởng đến năng suất

Biểu đồ trái: Mối quan hệ giữa năng suất tương đối và lượng ánh sáng tích lũy tương đối

Biểu đồ phải: Phân tích ảnh hưởng của môi trường ánh sáng đến năng suất

Kết luận phía dưới:

• Lượng ánh sáng tích lũy tương đối cần thiết để duy trì 80% năng suất được ước tính là 76.5%.
• Ảnh hưởng tiêu cực của sự biến động theo thời gian của ánh sáng lớn hơn ảnh hưởng tích cực của lượng ánh sáng tích lũy.

*Nguồn/Source: Công bố của Đại học Yamagata và Đại học Thành phố Nagoya (ngày 7 tháng 5 năm 2026). Tài liệu thuyết trình của Phó giáo sư Yoshiki Kuwahara. Kết quả đã được đăng tải trên tạp chí khoa học chuyên ngành.*
Source: Presentation materials by Associate Professor Yoshiki Kuwahara, Faculty of Agriculture, Yamagata University; joint research with Nagoya City University. Published on May 7, 2026.