Tác động của hệ thống điện nông một trục đối với đồng cỏ không được tưới tiêu
Các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đang nghiên cứu cách các hệ thống điện nông nghiệp gắn trên máy theo dõi một trục ảnh hưởng đến lượng mưa và phân phối lại ánh sáng tại một công trình lắp đặt 1,2 MW trên đồng cỏ ở Colorado.
Hệ thống điện nông nghiệp tại Jack's Garden ở Longmont, Colorado.
Các nhà khoa học tại Đại học Bang Colorado đang nghiên cứu cách phân bổ lại lượng mưa và ánh sáng do hệ thống điện nông nghiệp gắn trên máy theo dõi một trục có thể ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của đồng cỏ không được tưới tiêu. Nghiên cứu này là một phần của dự án Hệ thống điện quang điện và nông nghiệp điều phối bền vững (SCAPES), do Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ tài trợ.
“Những gì chúng tôi tìm thấy là trên các cạnh nhỏ giọt của các mô-đun, tùy thuộc vào việc bạn nghiêng về phía đông hay phía tây khi có mưa, bạn có thể nhận được lượng mưa gấp hai đến năm lần tại một điểm, ” Nghiên cứu sinh tiến sĩ bang Colorado Matthew Sturchio nói với tạp chí pv. “Nếu bạn muốn định lượng điều đó cho Colorado, thì đó là việc thay đổi lượng mưa hàng năm từ 350 mm thành 1.200 mm. Khi bạn làm điều đó, bạn thực sự có thể cải thiện độ ẩm của đất trong suốt mùa, thay vì để nó bốc hơi.”
Sturchio và nhóm của ông đang tiến hành nghiên cứu về Vườn năng lượng mặt trời của Jack, một khu vườn năng lượng mặt trời cộng đồng 1,2 MW ở Boulder, Colorado. Dự án được lắp đặt vào năm 2020 và có hơn 3.200 mô-đun quang điện đơn tinh thể 380 W từ nhà sản xuất năng lượng mặt trời Boviet Solar có trụ sở tại Việt Nam. Các bảng này được gắn trên các thiết bị theo dõi một trục, một phần ba trong số chúng có chiều cao gần 8 feet và hai phần ba còn lại ở độ cao 6 feet.
Colorado có khí hậu bán khô hạn, với lượng mưa lớn hơn và nhiệt độ khoảng 95 F vào buổi chiều. Nhiệt độ vào buổi sáng là khoảng 72 F. Các máy theo dõi nghiêng về phía đông vào buổi sáng và về phía tây vào buổi chiều, theo mặt trời. Khi trời mưa, chuyển động này mô phỏng các điều kiện có lượng mưa lớn ở cả hai rìa, với lượng nước rơi nhiều hơn ở rìa phía tây do lượng mưa lớn hơn vào buổi chiều.
Do đó, nhóm nghiên cứu ban đầu mong đợi rìa nhỏ giọt phía tây cho thấy năng suất đồng cỏ tăng lên. Thay vào đó, họ phát hiện ra rằng rìa phía đông, với độ ẩm của đất thấp hơn, có sự phát triển của đồng cỏ cao hơn.
Họ đã đặt các cảm biến độ ẩm trên đất và nhận thấy rằng có một dải rộng từ 16 inch đến 24 inch được hưởng lợi từ độ ẩm của đất tăng lên từ các cạnh nhỏ giọt. Các thí nghiệm cho thấy nhiệt độ không khí và độ khô cũng ảnh hưởng đến năng suất của đồng cỏ trong và ngoài dải đó.
Theo Sturchio, nhiệt độ tối ưu cho đồng cỏ phát triển tại Vườn năng lượng mặt trời của Jack gần với 86 F hơn rất nhiều so với 95 F được đăng ký vào các buổi chiều. Ông nói: “Nếu bạn vượt quá 30 độ [C], bạn đang làm giảm lượng quang hợp có thể xảy ra đối với cây trồng đó.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng nhiệt độ không khí thấp hơn và giảm độ khô của không khí vào buổi sáng bù đắp cho độ ẩm của đất thấp hơn, dẫn đến tăng năng suất ở rìa phía đông.
Bóng râm được cung cấp bởi các mảng năng lượng mặt trời cũng được chứng minh là làm tăng năng suất.
Sturchio cho biết: “Thông thường, bạn sẽ tưởng tượng rằng đồng cỏ được điều chỉnh để đối phó với ánh sáng thực sự mạnh trong cả ngày. “Nhưng chúng tôi phát hiện ra rằng nếu bạn che nắng nửa ngày bằng mảng năng lượng mặt trời, hiệu quả quang hợp sẽ được cải thiện. Bạn có tỷ lệ quang hợp cao hơn khi có mặt trời vì bạn có quang kỳ ngắn hơn,” ông giải thích.
Hơn nữa, quang kỳ ngắn hơn dẫn đến sự thoát hơi nước từ lá ít hơn, làm giảm lượng nước thất thoát. Theo Sturchio, điều này có thể rất quan trọng trong việc duy trì năng suất đồng cỏ trong thời kỳ hạn hán. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ kiểm tra giả thuyết nếu Colorado trải qua thời kỳ hạn hán trong tương lai.
Việc lắp đặt tại Vườn năng lượng mặt trời của Jack được thiết kế để tối đa hóa việc sản xuất điện, không có nhiều khoảng trống giữa các hàng bảng điều khiển. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng đất bên ngoài dải rìa phía đông hoặc phía tây hoạt động giống như không gian giữa các hàng của bảng điều khiển và các điều kiện giữa hai dải giống với các điều kiện ngay bên dưới các mảng năng lượng mặt trời hơn.
Họ cũng quan sát thấy rằng lá của cây dưới các mảng năng lượng mặt trời mát hơn 39 F. Sturchio cho biết: “Có rất nhiều loại cây có thể hưởng lợi từ nhiệt độ thấp hơn này vào giữa mùa hè ở Colorado.
Nhìn chung, thiết kế hiện tại giúp sản xuất cỏ ít hơn 9%, chủ yếu là do không gian ngay dưới tấm năng lượng mặt trời. Theo Sturchio, lợi ích kinh tế từ sản xuất điện bù đắp đáng kể cho sản lượng cây trồng thấp hơn một chút.
Ông tuyên bố: “Nhưng nếu chúng ta bố trí các mảng năng lượng mặt trời cách nhau 15 mét, thì năng suất của bạn sẽ tăng 6% trong một năm ẩm ướt.
Trong tương lai, dự án SCAPES nhằm mục đích phát triển điện nông nghiệp trong các hệ sinh thái nông nghiệp bị suy thoái.
Nhóm nghiên cứu tin rằng sự hiểu biết của họ về tác động của các hệ thống điện nông một trục đối với lượng mưa và sự phân bố lại ánh sáng và hậu quả là Những thay đổi về năng suất cây trồng có thể giúp khôi phục đất bị suy thoái do chăn thả quá mức, thực hành nông nghiệp và khan hiếm nước.
