Với các mô-đun năng lượng mặt trời mới, nhà kính chạy bằng năng lượng của chính chúng
bởi Cécilia Carron, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Nhà kính có thể chạy bằng năng lượng của chính chúng với các mô-đun năng lượng mặt trời của Voltiris. Ảnh: Voltiris
Thực vật chỉ sử dụng sóng ánh sáng từ một phần quang phổ để quang hợp - phần còn lại có thể được thu hồi và sử dụng để tạo ra năng lượng mặt trời. Đó là ý tưởng đằng sau các mô-đun năng lượng mặt trời được phát triển bởi công ty khởi nghiệp EPFL Voltiris. Theo kết quả sơ bộ đáng khích lệ, một cài đặt thử nghiệm mới đã được cài đặt gần đây ở Graubünden.
Ở Thụy Sĩ, việc trồng cà chua, dưa chuột, ớt và các loại rau cần nhiều ánh sáng và nhiệt khác đòi hỏi phải xây dựng một nhà kính - nhưng vận hành một nhà kính tiêu tốn một lượng điện năng rất lớn. Người nông dân phải cân bằng một cách cẩn thận giữa năng suất cây trồng và kinh tế với những lo ngại về môi trường. Nicolas Weber, Giám đốc điều hành của Voltiris cho biết: “Chi phí hơn 1,5 triệu CHF một năm để sưởi ấm một nhà kính rộng 5 ha”. "Và một nhà kính có kích thước như vậy thải ra lượng CO2 tương đương mỗi năm cho 2.000 người."
Liên đoàn những người trồng rau quả và trái cây của Thụy Sĩ, với diện tích trồng vài nghìn ha trên khắp đất nước, đã đặt mục tiêu loại bỏ tất cả năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch khỏi các quy trình canh tác của mình vào năm 2040. Hệ thống do Voltiris phát triển có thể đi một chặng đường dài hướng tới mục tiêu đó. Công nghệ của nó dựa trên thực tế là thực vật không sử dụng tất cả các sóng có trong ánh sáng mặt trời; những cái còn lại có thể được tập trung vào các tế bào quang điện (PV) để tạo ra năng lượng mặt trời. Hệ thống của Voltiris có trọng lượng nhẹ và được thiết kế để theo dõi chuyển động của mặt trời trên bầu trời và tự hào có sản lượng hàng ngày ngang bằng với các tấm pin mặt trời thông thường. Những loại rau đầu tiên được trồng theo hệ thống của Voltiris đã được thu hoạch vào mùa hè này thông qua các cuộc thử nghiệm thí điểm được thực hiện tại hai nhà kính ở các bang Valais và Graubünden.
Ánh sáng mặt trời rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng, vì thực vật không chỉ cần nó cho quá trình quang hợp mà còn cả quang dưỡng (nguyên nhân khiến thực vật phát triển theo hướng ánh sáng) và quang chu kỳ (cách sinh vật phản ứng với những thay đổi theo mùa trong độ dài trong ngày). Nhưng thực vật chọn lọc về phần nào của quang phổ mà chúng sử dụng, dựa vào ánh sáng đỏ và xanh lam. Do đó, các bộ lọc của Voltiris cho phép các bước sóng này đi qua, đồng thời hướng các bước sóng khác (xanh lục và hồng ngoại gần) về phía các tế bào PV nơi chúng được chuyển đổi thành năng lượng mặt trời. Hơn nữa, hệ thống tạo ra năng lượng tái tạo này mà không làm giảm năng suất cây trồng, vì cây trồng vẫn nhận được tất cả ánh sáng mặt trời mà chúng cần.
Tín dụng: Voltiris
Hệ thống này bao gồm các gương lưỡng sắc, có màu sắc khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện quan sát. Màu sắc trên kính - gợi nhớ đến lớp phủ chống lóa được sử dụng trên kính mắt - mang lại cho gương một cảm giác gần như trang trí khi chúng thay đổi màu sắc dựa trên ánh sáng đi qua chúng. Hai phát minh được cấp bằng sáng chế là những gì làm cho hệ thống của Voltiris trở nên độc đáo và có thể hoạt động tốt như vậy. Đầu tiên là một hệ thống quang học được tối ưu hóa để tập trung ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả và thứ hai là một thiết bị theo dõi năng lượng mặt trời được thiết kế để sử dụng dưới mái nhà, giúp kéo dài thời gian hệ thống có thể sản xuất năng lượng mặt trời thêm 40%.
Nhờ những đột phá này, hệ thống có thể đạt được năng suất tương tự như năng suất của các tấm pin mặt trời thông thường nhưng chỉ với một nửa sóng ánh sáng - tức là ánh sáng xanh lục và ánh sáng cận hồng ngoại. Weber cho biết: “Chúng tôi có kế hoạch áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau đối với kính phản chiếu dựa trên nhu cầu của các loại cây trồng cụ thể, để cải thiện sản lượng của chúng tôi hơn nữa. Việc lắp đặt nhẹ nhàng phù hợp với không gian trống giữa mái nhà kính và ngọn cây.
Đáp ứng 60-100% nhu cầu năng lượng của nhà kính
Các cuộc thử nghiệm thí điểm của hệ thống mới đã cho thấy rằng chúng có thể cắt giảm một nửa lượng khí thải CO2 của các nhà kính trong khi cung cấp từ 60% đến 100% nhu cầu năng lượng của chúng tùy thuộc vào hệ thống sưởi tại chỗ: "lượng khí thải không giảm xuống 0 bởi vì hệ thống của chúng tôi sẽ bắt đầu thay thế điện, nói chung là "sạch" hơn khí đốt. "Điều này chuyển thành lợi ích môi trường nhưng cũng là lợi ích tài chính, khi chi phí của hệ thống đã được thu hồi, sẽ mất từ bốn đến bảy năm" Weber nói.
Sự đổi mới của Voltiris đến vào một thời điểm thích hợp, vì chính phủ liên bang Thụy Sĩ đã đưa ra các biện pháp khuyến khích trong vài năm qua để khuyến khích các nhà khai thác nhà kính giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để sưởi ấm. Những ưu đãi này bao gồm trợ cấp cho các hệ thống năng lượng sạch. Nhưng các lựa chọn thay thế hiện có, chẳng hạn như gỗ, nhiên liệu sinh học và năng lượng địa nhiệt, có lẽ sẽ không đủ. Do đó, công nghệ do Voltiris phát triển hứa hẹn sẽ là một giải pháp hấp dẫn. Công ty hiện có kế hoạch chạy thử nghiệm nhiều hơn ở Hà Lan và Geneva trước khi giới thiệu sản phẩm của mình trên thị trường vào nửa cuối năm 2023.
