Cây Năng Lượng Mặt Trời Có Thể Bảo Vệ Rừng Khỏi Phá Rừng Trong Khi Vẫn Sản Xuất Năng Lượng Tương Đương Trang Trại Mặt Trời

Nghiên cứu mới cho thấy các hệ thống năng lượng mặt trời hình cây vượt trội hơn so với tấm phẳng về cả năng lượng và sinh thái.

Thiết kế hình học 3D của cây năng lượng mặt trời. Các mô-đun năng lượng mặt trời được phân bố đều trên các nhánh, cả hai bên, với các góc nghiêng nhất định để tối ưu hóa việc hấp thụ ánh sáng mặt trời. Ảnh: Kumar và cộng sự, 2020.

Hãy tưởng tượng một sườn đồi rừng bị khai thác trọc, thay thế bằng hàng loạt tấm pin mặt trời màu đen. Đây là sự đánh đổi mà nhiều cộng đồng phải đối mặt: năng lượng tái tạo nhưng đánh đổi bằng hệ sinh thái. Tuy nhiên, một lượng lớn nghiên cứu mới cho thấy không nhất thiết phải như vậy. Giải pháp có thể trông giống một khu rừng hơn là một trang trại năng lượng mặt trời công nghiệp — đó là cây năng lượng mặt trời.

Nhà nghiên cứu Dan-Bi Um tại Viện Hàng Hải Hàn Quốc đã so sánh các mảng pin truyền thống phẳng với cây năng lượng mặt trời — những cấu trúc được thiết kế mô phỏng cây thật, với các tấm pin nhánh lên như lá. Kết quả khiến nhiều người bất ngờ. “Các dãy tuyến tính của những cấu trúc này đạt công suất vượt trội so với tấm cố định truyền thống, đồng thời bảo tồn tán rừng hiện hữu,” nhóm nghiên cứu cho biết.

Tại sao cây năng lượng mặt trời tốt hơn trang trại năng lượng mặt trời

Không giống các tấm pin gắn trên mặt đất yêu cầu khai hoang, cây năng lượng mặt trời được xây dựng theo chiều dọc, hòa vào tán rừng. Thiết kế này cho phép ánh sáng lọt xuống lớp thực vật dưới tán cây trong khi vẫn thu năng lượng phía trên. Trong các mô phỏng sử dụng hình ảnh vệ tinh Google Earth, Dan-Bi Um phát hiện cây năng lượng mặt trời bảo tồn 99% diện tích rừng, so với chỉ 2% khi lắp đặt các tấm phẳng, mà vẫn không giảm sản lượng điện.

Các trang trại năng lượng mặt trời truyền thống cần diện tích lớn. Ở Hàn Quốc, điều này đồng nghĩa phải chặt rừng để lắp đặt các dãy tấm phẳng, một quá trình “phá hủy hoàn toàn đa dạng sinh học của hệ sinh thái rừng,” Um cảnh báo. Từ 2016–2018, phá rừng liên quan đến các trang trại năng lượng mặt trời ở nước này tăng hơn gấp bốn lần.

(a) Vị trí mô phỏng của cây năng lượng mặt trời trong khu rừng ven biển bị ảnh hưởng sau khi xây dựng nhà máy tấm phẳng. (b) Mô phỏng dọc theo tuyến đường đi bộ gần đó, với độ dài sườn đồi khoảng 460 m. Trong kịch bản này, 97 cây năng lượng mặt trời được bố trí với khoảng cách 20 m giữa các cây. Vùng đa giác màu đỏ đánh dấu phần rừng ven biển bị ảnh hưởng bởi việc lắp đặt tấm phẳng. Ảnh: Scientific Reports, 2025)

Cây năng lượng mặt trời tránh phá rừng. Khi bố trí chúng dọc các đường mòn hoặc ranh rừng với khoảng cách 20 m, các nhà nghiên cứu cho thấy 63 cây với tấm pin hiệu suất cao có thể đạt công suất 1 megawatt của một nhà máy thông thường, đồng thời giữ nguyên rừng.

(Hình ảnh 3D từ vệ tinh Google Earth minh họa cảnh quan rừng ven biển bị suy thoái sau khi lắp đặt các tấm phẳng. Vùng đa giác màu đỏ đánh dấu ranh giới nhà máy. Cảnh quan xung quanh bị hư hại nặng trong quá trình xây dựng và sau 7 năm vẫn chưa được phục hồi.)

(So sánh tán rừng ven biển giữa cây năng lượng mặt trời và lắp đặt tấm cố định: (a) cảnh quan rừng trước khi xây dựng, (b) cảnh quan mất rừng sau khi lắp tấm phẳng. Ảnh: Scientific Reports, 2025)

Lợi ích vượt ra ngoài rừng

Ở thành phố, cây năng lượng mặt trời cung cấp bóng mát cho người đi bộ và ô tô trong khi sản xuất điện sạch. Một số mô hình còn có cổng sạc xe điện hoặc ghế với sạc không dây. Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý hiệu ứng làm mát trong các khu “đảo nhiệt” đô thị, nơi nhiệt độ mùa hè gia tăng đe dọa sức khỏe cộng đồng.

Bối cảnh rộng hơn

Nghiên cứu này xuất hiện vào thời điểm quan trọng. Các quốc gia đã cam kết tăng gấp ba công suất năng lượng tái tạo vào năm 2030 đồng thời ngăn chặn phá rừng. Vấn đề là những mục tiêu này thường mâu thuẫn. Ở Hàn Quốc, diện tích rừng liên quan đến các dự án năng lượng mặt trời tăng từ 529 ha năm 2016 lên 2.443 ha năm 2018. Các xung đột tương tự diễn ra trên toàn cầu, từ Amazon đến Appalachia.

(Cây năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới do CSIR-CMERI phát triển tại Ấn Độ, với 35 mô-đun PV, mỗi mô-đun 330 W. Ảnh: CSIR-CMERI)

Giải pháp có thể nằm ở những thiết kế xem rừng là đồng minh, không phải chướng ngại. Cây năng lượng mặt trời đã tồn tại ở dạng nguyên mẫu — từ một lắp đặt năm 2017 bên ngoài Quốc hội Hàn Quốc đến “cây năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới” của CSIR-CMERI Ấn Độ, sản xuất khoảng 11.500 kWh mỗi năm. Tuy nhiên, trước đây, hầu hết nghiên cứu chỉ xem xét hiệu suất của từng đơn vị, chưa đánh giá cả khu rừng cây năng lượng mặt trời so với các dãy tấm trải rộng. Nghiên cứu này là lần đầu tiên thực hiện so sánh trực tiếp trong rừng ven biển.

Lợi ích kinh tế cũng đang tăng. Hàn Quốc có giá đất cao nhất thế giới. Vì cây năng lượng mặt trời cần diện tích đất ít hơn nhiều, chúng có thể rẻ hơn so với trang trại tấm phẳng ở những quốc gia đất đai đắt đỏ. Khi hiệu suất tấm pin tiếp tục tăng, các lắp đặt dạng cây sẽ càng cạnh tranh hơn.

Thách thức và lợi ích

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức. Ít nhà sản xuất lớn sản xuất tấm pin chuyên cho cây năng lượng mặt trời, và chi phí lắp đặt vẫn cao hơn tấm phẳng. Hiệu suất bị hạn chế bởi che bóng giữa các nhánh, mặc dù các thiết kế mới — như cây xoắn ốc hoặc theo hướng mặt trời của hoa hướng dương — giải quyết vấn đề này. Các nhà nghiên cứu cho rằng các tổ chức quốc tế như Quỹ Khí hậu Xanh hoặc chính phủ quốc gia có thể cần trợ cấp để khuyến khích áp dụng sớm. Nếu không có hỗ trợ, các công ty khó dám mạo hiểm mở rộng quy mô.

Thêm vào đó, cây năng lượng mặt trời còn có một số lợi ích khác. Chúng hứa hẹn cảnh quan nơi mọi người có thể đi bộ, quan sát chim chóc hoặc nghỉ ngơi dưới bóng râm — đồng thời rừng vẫn tiếp tục hút carbon từ không khí.

“Cây năng lượng mặt trời là giải pháp đôi hứa hẹn để cân bằng mục tiêu năng lượng và môi trường,” các tác giả kết luận.