Nông nghiệp có thể cung cấp lương thực và năng lượng cho dân số thế giới ngày càng tăng
Các nhà nghiên cứu của Cornell đã phát hiện ra rằng các mô-đun năng lượng mặt trời được gắn ở độ cao 13 feet với đậu nành được trồng bên dưới ảnh hưởng tích cực đến vi khí hậu của trang trại và nhiệt độ bề mặt của các mô-đun năng lượng mặt trời.
lắp đặt điện nông
Hình ảnh: Agrivoltaïsme, CC BY-SA 4.0
Agrivoltaics, sự kết hợp của điện mặt trời với sản xuất cây trồng, giải quyết ít nhất hai nhu cầu quan trọng. Năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng tái tạo cần thiết để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu. Và các loại cây trồng cùng với năng lượng mặt trời giúp nuôi sống dân số đang phát triển, được dự đoán sẽ tăng lên gần 10 tỷ người trên toàn thế giới vào năm 2050, theo Liên Hợp Quốc.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Cornell đã kiểm tra điện nông nghiệp để tìm hiểu xem liệu có cơ sở nào cho nhận thức rằng các địa điểm cùng vị trí sẽ chứng kiến sự đánh đổi lớn giữa sản xuất lương thực và năng lượng hay không. Nghiên cứu cho thấy cách sản xuất năng lượng mặt trời và cây trồng không chỉ có thể tồn tại song song mà còn cách vị trí chung cải thiện vi khí hậu và nhiệt độ bề mặt của các mô-đun năng lượng mặt trời.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình vi khí hậu động lực học chất lỏng điện toán (CFD), mà họ đã đánh giá dựa trên dữ liệu thực nghiệm để nghiên cứu tác động của chiều cao tấm pin, độ phản xạ ánh sáng (albedo) và lượng nước bị bốc hơi (thoát hơi nước) trong một vị trí điện mặt trời. Các kết quả đã được công bố trong báo cáo trên Applied Energy.
Tác giả chính Henry Williams cho biết: “Lần đầu tiên, chúng tôi có một công cụ dựa trên vật lý để ước tính chi phí và lợi ích của việc đặt các tấm pin mặt trời và nông nghiệp thương mại từ góc độ tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng và tuổi thọ của tấm pin mặt trời”. , một sinh viên tiến sĩ tại Cornell Engineering.
Nhóm đã trình diễn một cơ sở nông nghiệp với đậu nành phát triển dưới các mô-đun năng lượng mặt trời được gắn cao khoảng 13 feet cho thấy nhiệt độ của mô-đun năng lượng mặt trời giảm tới 50 F (10 C), so với một trang trại năng lượng mặt trời được gắn ở độ cao chỉ 1,6 feet trên đất trống.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng khi các mô-đun bị tổn thất hiệu quả từ 0,1 đến 0,5% mỗi độ trên 77 C, điều này có nghĩa là hiệu quả chuyển đổi năng lượng mặt trời sẽ lớn hơn khi năng lượng mặt trời được gắn trên cây trồng so với đất hoặc sỏi lộ thiên. Theo các nhà nghiên cứu, ngoài việc cải thiện hiệu quả, nhiệt độ hoạt động giảm trong nhiều năm sẽ dẫn đến tuổi thọ của mô-đun năng lượng mặt trời được cải thiện, điều mà họ tin rằng nói lên tiềm năng kinh tế lâu dài của các hệ thống điện nông nghiệp.
Tác giả chính 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 cung cấp khả năng làm mát thụ động tăng lên 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 tôi có thể tạo ra điện tái tạo và bảo tồn đất nông nghiệp thông qua các hệ thống điện nông nghiệp.”
Ngoài những lợi ích đã được ghi nhận, việc kết hợp năng lượng và cây trồng sẽ giải quyết các vấn đề sử dụng đất mà cả các nhà phát triển năng lượng mặt trời và nông dân quy mô lớn phải đối mặt. Theo một nghiên cứu trước đây của nhóm Zhang, khoảng 40% công suất trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích đã được phát triển trên đất nông nghiệp ở bang New York, trong khi khoảng 84% đất được coi là phù hợp để phát triển năng lượng mặt trời quy mô tiện ích là đất nông nghiệp.
Williams cho biết: “Khi bạn giảm nhiệt độ hoạt động của tấm pin mặt trời, bạn có thể tăng hiệu suất và cải thiện tuổi thọ của các mô-đun năng lượng mặt trời. Một mặt, bạn có sản xuất lương thực cho nông dân, mặt khác, 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, với nhu cầu lương thực toàn cầu dự kiến sẽ tăng 50% vào năm 2050 và nhu cầu giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, điện nông nghiệp dường như mang lại vô số lợi ích, nghiên cứu kết luận.
Zhang, đồng thời là Giám đốc Khoa Đá cẩm thạch và Đá cẩm thạch Kathy Dwyer của Trung tâm Cornell Atkinson vì một Tương lai Bền vững, cho biết: “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 cằn. tiến một bước tới việc đánh giá khả năng tồn tại của điện nông nghiệp ở vùng khí hậu đại diện cho Đông Bắc Hoa Kỳ trong việc giảm bớt sự cạnh tranh sử dụng đất mà thế giới phải đối mặt.”
