PV thẳng đứng cho năng lượng sạch và dễ canh tác mùa màng
Việc lắp đặt điện nông nghiệp với các tấm pin mặt trời định hướng theo chiều dọc đang ngày càng được áp dụng và nghiên cứu trên toàn cầu.
Một thí điểm điện mặt trời nông nghiệp thẳng đứng ở Thụy Điển.
Hình ảnh: Hình ảnh: Đại học Mälardalen
Agrivoltaics, phương pháp đặt các cơ sở năng lượng mặt trời cùng vị trí với đất trồng trọt, đang ngày càng được áp dụng trên toàn thế giới như một cách để giới thiệu năng lượng sạch phân tán mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng đất.
Nghiên cứu của Đại học Bang Oregon đã phát hiện ra rằng việc sử dụng chung năng lượng mặt trời và nông nghiệp có thể cung cấp 20% tổng sản lượng điện ở Hoa Kỳ. Các nhà nghiên cứu cho biết việc lắp đặt điện nông nghiệp trên quy mô rộng có thể giúp giảm 330.000 tấn khí thải carbon dioxide hàng năm trong khi tác động “ở mức tối thiểu” đến năng suất cây trồng.
Bài báo nhận thấy rằng sẽ cần một khu vực có diện tích bằng Maryland nếu điện nông nghiệp đáp ứng 20% sản lượng điện của Hoa Kỳ. Đó là khoảng 13.000 dặm vuông, tương đương 1% đất nông nghiệp hiện tại của Hoa Kỳ. Ở quy mô toàn cầu, ước tính 1% diện tích đất nông nghiệp có thể sản xuất ra nhu cầu năng lượng của thế giới nếu được chuyển đổi thành điện mặt trời.
Có nhiều cách khác nhau để cài đặt các mảng agrivoltaic. Một phương pháp phổ biến là nâng mảng để chừa không gian cho thiết bị nông nghiệp hoặc gia súc di chuyển tự do bên dưới. Một xu hướng thiết kế khác là định hướng các mảng PV theo chiều dọc, để lại các khoảng trống rộng ở giữa các hàng mảng.
Hoa Kỳ
Ở Somerset, California, các mảng năng lượng mặt trời theo chiều dọc Sunzaun do Đức thiết kế đã được lắp đặt tại một vườn nho. Trình cài đặt Sunstall đã phát triển cơ sở, bao gồm 43 mô-đun 450 W được kết nối với một bộ chuyển đổi vi mô và hai pin.
Thiết kế tối giản đã sử dụng các lỗ trên khung mô-đun để gắn đơn giản vào hai cọc, loại bỏ sự cần thiết của hệ thống giá đỡ nặng. Các mô-đun năng lượng mặt trời hai chiều tạo ra năng lượng ở cả hai phía của mảng định hướng theo chiều dọc.
Ảnh: Sunzaun
Trong các hệ thống truyền thống được thiết kế theo hướng ngang, các thanh ray được sử dụng để gắn các bảng vào hệ thống giá đỡ thường được cắt để phù hợp với kích thước bảng dự kiến. Nếu kích thước của bảng điều khiển thay đổi sau khi tất cả việc mua sắm thành phần khác đã được hoàn thành, dự án có thể bị chậm trễ trong khi đường ray được thiết kế lại để phù hợp với kích thước bảng điều khiển được cập nhật. Thiết kế của Sunzaun cho phép dễ dàng thích ứng với sự thay đổi về kích thước bảng điều khiển bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa mỗi cọc. Cũng có thể điều chỉnh chiều cao của các tấm so với mặt đất nếu cần.
nước Đức
Các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Ứng dụng Leipzig đã xem xét tác động tiềm tàng của việc triển khai các hệ thống quang điện theo hướng tây-đông dọc trên quy mô lớn trong thị trường năng lượng của Đức. Họ đã phát hiện ra rằng việc lắp đặt như vậy có thể có tác dụng có lợi trong việc ổn định lưới điện của đất nước, đồng thời cho phép tích hợp nhiều hơn với các hoạt động nông nghiệp so với các nhà máy PV trên mặt đất thông thường.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng các hệ thống PV thẳng đứng có thể chuyển năng lượng mặt trời thành những giờ có nhu cầu điện cao hơn và cung cấp nhiều điện hơn trong những tháng mùa đông, do đó làm giảm sự cắt giảm năng lượng mặt trời.
“Nếu lưu trữ điện năng sạc và xả 1TW và công suất 1 TWh được tích hợp vào mô hình hệ thống năng lượng, hiệu quả sẽ giảm xuống mức tiết kiệm CO2 lên tới 2,1 Mt/a với 70% theo chiều dọc hướng đông tây và 30% nghiêng về hướng nam các mô-đun,” họ nói. “Cuối cùng, mặc dù có vẻ không thực tế đối với một số người để đạt được tỷ lệ 70% nhà máy điện thẳng đứng, nhưng ngay cả tỷ lệ thấp hơn cũng có tác động có lợi.”
Nhật Bản
Tại Nhật Bản, Luxor Solar KK, một công ty con của nhà sản xuất mô-đun Luxor Solar của Đức, đã xây dựng một hệ thống PV thẳng đứng 8,3 kW trong khu vực đỗ xe của một nhà máy chế biến gạo thuộc sở hữu của Eco Rice Niigata.
Giám đốc điều hành Luxor Solar KK Uwe Liebscher nói với tạp chí pv: “Những chiếc ô tô sẽ được đỗ giữa các hệ thống giá đỡ thẳng đứng. “Mục tiêu của hệ thống này là thể hiện độ bền trong mùa đông và sản lượng năng lượng bổ sung do sự phản chiếu của tuyết. Mặt khác, Niigata được biết đến là khu vực có lượng tuyết rơi cao, có thể lên tới 2-3m tuyết vào mùa đông.”
Hình ảnh: Luxor Solar
Hệ thống hướng nam có các mô-đun năng lượng mặt trời dị thể của Luxor Solar, cũng như các hệ thống lắp đặt từ chuyên gia về quang điện thẳng đứng Next2Sun của Đức và các bộ biến tần từ Omron của Nhật Bản. Mảng dọc sẽ cung cấp điện cho nhà máy chế biến gạo bên cạnh hệ thống. Thành phố Nagaoka đã hỗ trợ dự án 2 triệu JPY ($14,390).
Ông nói: “Việc lắp đặt theo chiều dọc chỉ sử dụng một không gian tối thiểu của đất nông nghiệp trong khi vẫn duy trì hơn 85% ánh sáng chiếu tới cây trồng, đảm bảo sự cân bằng tối ưu giữa năng lượng mặt trời và canh tác, điều rất quan trọng ở Nhật Bản”. “Điều này cho phép chúng tôi xây dựng các hệ thống điện nông nghiệp trên đất nông nghiệp trồng cây hữu ích, như lúa mì, khoai tây hoặc gạo, trên quy mô lớn.”
Pháp
Tại Pháp, TotalEnergies và chuyên gia về điện nông nghiệp InVivo đã vận hành một thiết bị trình diễn điện lực dọc 111 kW. TotalEnergies cho biết cơ sở thí điểm sẽ điều tra tác động của các tấm pin mặt trời đối với năng suất nông nghiệp, cũng như môi trường sinh học.
đa dạng, lưu trữ carbon và chất lượng nước của trang web.
Thierry Muller, giám đốc điều hành của TotalEnergies Renouvelables France cho biết: “Chúng tôi tin rằng sự phối hợp được phát triển giữa sản xuất điện xanh, khí sinh học và nông nghiệp là một trong những câu trả lời để đảm bảo sự độc lập về năng lượng và độc lập về lương thực của chúng ta”.
Thụy Điển
Các nhà khoa học tại Đại học Mälardalen ở Thụy Điển đã phát triển một mô hình động lực học chất lỏng điện toán (CFD) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích vi khí hậu trong các dự án quang điện thẳng đứng. Mô phỏng CFD được sử dụng để giải các phương trình phức tạp về dòng chất rắn và khí đi qua và xung quanh các vật thể, có thể được sử dụng để phân tích vi khí hậu trong các hệ thống nông nghiệp.
Lắp ráp mô-đun PV theo mô hình CFD.
Ảnh: Đại học Mälardalen
Nhà nghiên cứu Sebastian Zainalli nói với tạp chí pv: “Các mô hình hệ thống điện nông nghiệp (AV) sẽ thường xuyên được sử dụng cho các thiết kế hệ thống AV mới cũng như việc ra quyết định vì bạn có thể phân tích/dự đoán các thay đổi vi khí hậu tùy thuộc vào vị trí và giải pháp hệ thống AV”.
Nghiên cứu đã quan sát thấy cường độ bức xạ mặt trời giảm 38% ở các khu vực mặt đất được che bởi các mô-đun PV thẳng đứng.
Năm nguyên tắc
Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ đã đưa ra năm nguyên tắc để thành công trong lĩnh vực nông nghiệp, bao gồm:
Điều kiện Khí hậu, Đất và Môi trường — Các điều kiện xung quanh của một địa điểm phải phù hợp cho cả việc tạo ra năng lượng mặt trời và các loại cây trồng hoặc lớp phủ mặt đất mong muốn.
Cấu hình, Công nghệ năng lượng mặt trời và Thiết kế — Việc lựa chọn công nghệ năng lượng mặt trời, cách bố trí địa điểm và cơ sở hạ tầng khác có thể ảnh hưởng đến mọi thứ từ lượng ánh sáng chiếu tới các tấm pin mặt trời cho đến việc máy kéo, nếu cần, có thể chạy bên dưới các tấm pin hay không. “Cơ sở hạ tầng này sẽ nằm trong lòng đất trong 25 năm tới, vì vậy bạn cần làm cho nó phù hợp với mục đích sử dụng theo kế hoạch của mình. Nó sẽ quyết định liệu dự án có thành công hay không,” James McCall, một nhà nghiên cứu của NREL làm việc trên InSPIRE, cho biết.
Lựa chọn cây trồng và Phương pháp canh tác, Thiết kế hạt giống và thảm thực vật cũng như Phương pháp quản lý— Các dự án nông nghiệp nên chọn các loại cây trồng hoặc lớp phủ mặt đất sẽ phát triển tốt dưới các tấm pin trong điều kiện khí hậu địa phương và có lợi nhuận ở thị trường địa phương.
Khả năng tương thích và tính linh hoạt — Agrivoltaics nên được thiết kế để đáp ứng nhu cầu cạnh tranh của chủ sở hữu năng lượng mặt trời, nhà điều hành năng lượng mặt trời và nông dân hoặc chủ đất để cho phép các hoạt động nông nghiệp hiệu quả.
Cộng tác và quan hệ đối tác — Để bất kỳ dự án nào thành công, việc giao tiếp và hiểu biết giữa các nhóm là vô cùng quan trọng.
