Làm trong bóng râm: Trồng trọt tại các trang trại năng lượng mặt trời mang lại hiệu quả
bởi Blaine Friedlander, Đại học Cornell
Ảnh: Unsplash/CC0
Theo nghiên cứu mới của Đại học Cornell, trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang đe dọa, việc trồng cây thương mại tại các trang trại năng lượng mặt trời là một cách sử dụng đất nông nghiệp hiệu quả tiềm năng, vừa có thể tăng sản lượng lương thực thương mại, vừa cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của tấm pin mặt trời.
Nhóm đã xuất bản nghiên cứu mới vào ngày 15 tháng 2 trên Applied Energy.
"Lần đầu tiên, chúng tôi có một công cụ dựa trên vật lý để ước tính chi phí và lợi ích của việc đồng định vị các tấm pin mặt trời và nông nghiệp thương mại từ góc độ tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng và tuổi thọ của tấm pin mặt trời," tác giả chính Henry Williams cho biết , một sinh viên tiến sĩ tại Cornell Engineering.
Tác giả cấp cao Max Zhang, giáo sư tại Sibley cho biết: "Có tiềm năng cho các hệ thống nông nghiệp - nơi nông nghiệp và các tấm pin mặt trời cùng tồn tại - để tăng khả năng làm mát thụ động thông qua chiều cao của tấm pin cao hơn, lớp phủ mặt đất phản chiếu nhiều hơn và tỷ lệ thoát hơi nước cao hơn so với các trang trại năng lượng mặt trời truyền thống". Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không vũ trụ, "Chúng ta có thể tạo ra điện tái tạo và bảo tồn đất nông nghiệp thông qua các hệ thống điện nông nghiệp."
Ví dụ: ở New York, khoảng 40% công suất trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích đã được phát triển trên đất nông nghiệp, trong khi khoảng 84% diện tích đất được coi là phù hợp để phát triển năng lượng mặt trời quy mô tiện ích là đất nông nghiệp, theo một nghiên cứu trước đây từ nhóm của Zhang .
Bằng cách sử dụng mô hình vi khí hậu dựa trên động lực học chất lưu và dữ liệu nhiệt độ của tấm pin mặt trời, nhóm đã đánh giá chiều cao của tấm pin mặt trời, hệ số phản xạ ánh sáng của mặt đất và tốc độ thoát hơi nước (quá trình hơi nước bốc lên từ thực vật và đất). Họ phát hiện ra rằng các hệ thống điện nông nghiệp có khả năng giúp giải quyết các vấn đề năng lượng-lương thực toàn cầu trong tương lai.
Các kỹ sư đã chỉ ra rằng các tấm pin mặt trời được gắn trên thảm thực vật cho thấy nhiệt độ bề mặt giảm so với các tấm được lắp đặt trên mặt đất trống. Các tấm pin mặt trời được gắn ở độ cao 4 mét phía trên cây đậu tương và các mô-đun năng lượng mặt trời cho thấy nhiệt độ giảm tới 10 độ C so với các tấm pin mặt trời được lắp ở độ cao nửa mét trên mặt đất trống.
Hiệu ứng làm mát do tăng cường thoát hơi nước và suất phản chiếu bề mặt từ thảm thực vật và đất đáng kể hơn so với hiệu ứng do chiều cao bảng lớn hơn gây ra; và việc làm mát thụ động làm tăng thêm hiệu quả của tấm pin mặt trời, so với đất hoặc sỏi lộ thiên, theo bài báo. Tuy nhiên, tốt hơn hết là nhiệt độ giảm dẫn đến tuổi thọ của tấm pin mặt trời được cải thiện—và tiềm năng kinh tế dài hạn được cải thiện.
"Khi bạn giảm nhiệt độ hoạt động của tấm pin mặt trời, bạn có thể tăng hiệu quả và cải thiện tuổi thọ của các mô-đun năng lượng mặt trời," Williams nói, "Chúng tôi đang cho thấy lợi ích kép. Một mặt, bạn có sản xuất lương thực cho nông dân, mặt khác tay, chúng tôi đã cho thấy tuổi thọ được cải thiện và hiệu quả chuyển đổi được cải thiện cho các nhà phát triển năng lượng mặt trời."
Theo Viện Tài nguyên Thế giới, việc hiểu được khái niệm đôi bên cùng có lợi này diễn ra vào thời điểm quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp, vì nhu cầu lương thực toàn cầu dự kiến sẽ tăng 50% vào năm 2050, để nuôi sống 10 tỷ người dự kiến. Đồng thời, cần đẩy nhanh triển khai năng lượng tái tạo để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
Ở những vùng khí hậu nóng như miền tây Hoa Kỳ, các trang trại nông nghiệp sẽ là lý tưởng.
"Cho đến thời điểm này, hầu hết các lợi ích từ các hệ thống điện nông nghiệp đều xoay quanh các vùng khí hậu nóng và khô hạn," Zhang, đồng thời là Giám đốc Khoa Đá cẩm thạch và Đá cẩm thạch Kathy Dwyer cho Trung tâm vì một Tương lai Bền vững của Cornell Atkinson, "Bài báo này là tiến một bước tới việc đánh giá khả năng tồn tại của điện nông nghiệp ở vùng khí hậu đại diện cho vùng Đông Bắc Hoa Kỳ trong việc giảm bớt sự cạnh tranh sử dụng đất mà thế giới phải đối mặt."
