Ghi chú của biên tập viên: Các tác động của biến đổi khí hậu, nhu cầu nuôi sống dân số toàn cầu ngày càng tăng, chi phí năng lượng tăng, xung đột quốc tế, và các chính sách và trợ cấp thay đổi của chính phủ, đang đòi hỏi nông dân và các bên liên quan khác phải tìm đến các công nghệ mới sáng tạo để thích ứng và phát triển thịnh vượng trong lĩnh vực này thị trường thay đổi nhanh chóng. Trong phần này, Ben Frank, Giám đốc cấp cao về Bán hàng Thương mại Quốc gia, SolarEdge Technologies, thảo luận về vai trò ngày càng tăng của năng lượng mặt trời nông nghiệp trong việc giúp giảm đáng kể chi phí năng lượng và đáp ứng các mục tiêu năng lượng sạch.
Các ngành công nghiệp năng lượng mặt trời và nông nghiệp có thể hợp tác với nhau để đạt được tiến bộ đáng kể trong việc chuyển đổi nguồn cung cấp thực phẩm và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.
Nông nghiệp là một trong những ngành sớm nhất sử dụng năng lượng quang điện mặt trời (PV). Việc lắp đặt trên mái nhà của nhà kho, nhà kho và các cấu trúc trang trại khác được sử dụng để tạo ra năng lượng miễn phí để chạy máy bơm tưới tiêu và các hệ thống quan trọng khác hoặc để bán cho công ty điện lực địa phương. Tuy nhiên, agrisolar cũng có thể được sử dụng cho nhiều hơn nữa. Agri-PV, nơi cả lắp đặt PV và các hoạt động nông nghiệp cùng tồn tại trên cùng một mảnh đất, ngày càng được coi là giải pháp khả thi để sử dụng đất bền vững mà không gây bất lợi cho năng suất cây trồng hoặc sản xuất năng lượng mặt trời.
Thu hoạch gấp đôi: canh tác sử dụng kép
Với khoảng 14 GW công suất toàn cầu được lắp đặt tính đến năm 2021 , Agri-PV cung cấp phương tiện để giảm đáng kể hóa đơn tiền điện bằng năng lượng sạch, tái tạo đồng thời tăng năng suất cây trồng và cân bằng lợi ích đất đai cạnh tranh. Nông nghiệp sử dụng kép xảy ra khi các hệ thống PV trên cao được lắp đặt trên đất nông nghiệp nơi trồng trọt hoặc nơi chăn thả gia súc bên dưới. Phương pháp này, còn được gọi là đồng định vị, có thể mang lại kết quả ấn tượng khi được thực hiện đúng cách và sử dụng đúng công nghệ. Với canh tác sử dụng kép, các mô-đun năng lượng mặt trời sản xuất điện, đồng thời cung cấp ánh nắng và bóng râm tối ưu cho cây trồng bên dưới, giảm căng thẳng nhiệt và mất nước. Bóng râm này cũng có lợi cho vật nuôi khi trời nóng và cũng có thể giúp bảo vệ chúng khỏi thời tiết khắc nghiệt vào mùa đông.
Theo một nghiên cứu được thực hiện bởi Đại học Arizona, sự bốc hơi trong cà chua, ớt, rau mùi và hành tây đã giảm 50% do nhiệt độ bên dưới các tấm pin thấp hơn. Đổi lại, điều này có nghĩa là việc tưới tiêu có thể được cắt giảm một nửa và điều kiện nhiệt độ cho công nhân hoặc gia súc nếu có sẽ được cải thiện, với nhiệt độ da được ghi nhận là mát hơn 20°F dưới các tấm pin. Tương tự, một nghiên cứu khác của Arizona cho thấy việc bổ sung các tấm pin mặt trời giúp giảm bớt sự biến đổi khí hậu khắc nghiệt, giúp bảo vệ mùa màng khỏi những thiệt hại liên quan đến thời tiết.
Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng công dụng kép hỗ trợ quá trình sản xuất năng lượng của các hệ thống quang điện. NREL phát hiện ra rằng các tấm pin mặt trời truyền thống gắn trên mặt đất ấm hơn đáng kể vào ban ngày so với các tấm có lớp nền dựa trên thực vật. Các tấm pin điện nông được phát hiện là mát hơn 48°F, cho phép đạt hiệu suất tốt hơn. Điều này cho phép nông dân tận hưởng những lợi ích về chi phí của việc tăng cường sản xuất năng lượng, cũng như năng suất cây trồng cao hơn hoặc sinh kế tốt hơn từ đàn gia súc chăn thả của họ.
Các công nghệ phù hợp cho công việc
Một trong những thách thức lớn đối với sự thành công của Agri-PV nằm ở việc lập kế hoạch hiệu quả cho các dự án năng lượng mặt trời và nông nghiệp. Để hai hệ sinh thái hoạt động song song, các công nghệ PV thông minh, nhạy bén phải được tận dụng để tối đa hóa cả việc thu hoạch năng lượng mặt trời và năng suất cây trồng. Đó là lý do tại sao việc lựa chọn thiết bị là rất quan trọng. Vì cây trồng có các điểm bù ánh sáng riêng lẻ và rất dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết, nên việc lắp đặt Agri-PV nên bao gồm các hệ thống chuyên dụng để hỗ trợ canh tác.
Các mô-đun năng lượng mặt trời trên cao có thể làm giảm tác động của mưa đá, gió và mưa lớn đồng thời tạo ra bóng râm để bảo vệ cây trồng khỏi tiếp xúc quá nhiều với ánh nắng mặt trời và giữ ẩm cho đất. Trong trường hợp này, điều quan trọng là phải sử dụng đúng loại mô-đun năng lượng mặt trời để không làm phơi sáng quá mức hoặc thiếu sáng cho cây trồng bên dưới. Tuy nhiên, việc thay đổi cấu trúc của các mô-đun hoặc sử dụng các mô-đun cho phép nhiều ánh sáng chiếu qua hơn có thể làm giảm khả năng sản xuất năng lượng.
Để có kết quả tối ưu, tối đa hóa cả thu hoạch cây trồng và sản lượng năng lượng mặt trời đạt được tốt nhất bằng cách lắp đặt hệ thống PV dựa trên Điện tử công suất cấp mô-đun (MLPE). Điều này là do công nghệ MLPE, chẳng hạn như Bộ tối ưu hóa năng lượng, cho phép mỗi mô-đun sản xuất ở mức năng lượng tối đa một cách độc lập, bất kể hướng mô-đun hoặc tiếp xúc với bóng râm/bụi bẩn.
Hệ thống MLPE với Bộ tối ưu hóa năng lượng kết hợp với bộ theo dõi năng lượng mặt trời có thể giúp tối đa hóa cả sản lượng thu hoạch và năng lượng. Trình tối ưu hóa năng lượng đảm bảo rằng mỗi mô-đun cung cấp lượng năng lượng mặt trời tối đa có thể. Đồng thời, các thiết bị theo dõi sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để hiểu các mô hình theo mùa của năng lượng mặt trời và nông nghiệp để nghiêng các mô-đun khi mặt trời di chuyển theo nhiều hướng khác nhau trong ngày để tăng cường sản xuất điện.
Cùng với nhau, những công nghệ then chốt này cho phép tối ưu hóa cả năng lượng mặt trời và tăng trưởng cây trồng, giảm Chi phí Điện năng Quy dẫn (LCOE) và tối đa hóa lợi tức đầu tư (ROI) cho chủ sở hữu hệ thống PV đồng thời tạo điều kiện tối ưu cho canh tác nông nghiệp.
Trong các trường hợp khác, các mô-đun hai chiều được gắn theo chiều dọc có thể tạo ra quang điện từ cả hai phía có thể được sử dụng để cho phép có thêm đất canh tác. Ở đây cũng vậy, bằng cách sử dụng công nghệ MLPE với Bộ tối ưu hóa năng lượng, có thể thu được nhiều năng lượng hơn từ quá trình cài đặt. Bộ tối ưu hóa năng lượng cũng có thể giúp giảm thiểu tổn thất điện năng do sự không phù hợp của mô-đun, điều này không phổ biến ở các mô-đun hai mặt, do suất phản chiếu bề mặt giảm (khả năng phản xạ ánh sáng mặt trời của bề mặt) và sự khác biệt về bức xạ ở mặt sau của mô-đun do mức độ tăng lên bụi bẩn và bóng râm do gần mặt đất.
Chăn nuôi là giải pháp duy trì bền vững
Agri-PV cũng mang lại cho nông dân một lợi ích lớn khác: có thêm đất để chăn thả gia súc. Các hệ thống PV gắn trên mặt đất thường yêu cầu hợp đồng cắt cỏ để giữ cho cỏ dại không phát triển quá mức và giảm sản xuất năng lượng. Để kiểm soát thảm thực vật, gia súc có thể được sử dụng để chăn thả.
Khi được quản lý đúng cách, mô hình này mang lại lợi ích đôi bên cùng có lợi khác cho cả hai bên liên quan, vì đàn gia súc được hưởng lợi từ việc tiếp cận nguồn thức ăn, thêm bóng mát từ các mô-đun và thêm sự an toàn trước những kẻ săn mồi nhờ hàng rào an toàn. Đổi lại, chủ sở hữu hệ thống PV và nhà thầu EPC được hưởng lợi từ đồng cỏ được chăn thả, giảm chi phí vận hành và bảo trì từ việc cắt cỏ, giám sát bổ sung từ nông dân tại chỗ và tăng cường mối quan hệ với cộng đồng địa phương.
Bảo vệ đất cho các loài thụ phấn
Mối đe dọa đáng kể nhất đối với các loài thụ phấn là biến đổi khí hậu và mất môi trường sống do con người chuyển đổi đồng cỏ sang mục đích sử dụng đất khác. Một số nghiên cứu cho thấy rằng các trang trại năng lượng mặt trời có thể mang lại nhiều lợi ích cho người nuôi ong và bướm, khi được thiết kế với các loại cây hỗ trợ thụ phấn như cỏ ba lá hoặc các loài hoa dại khác.
Khoảng 25% quần thể ong bản địa ở Hoa Kỳ có nguy cơ bị tuyệt chủng, trong khi quần thể bướm chúa đã giảm khoảng 68% trong hai thập kỷ qua. Điều này đang khiến một số chủ sở hữu lắp đặt PV trên mặt đất giới thiệu các loại cây hỗ trợ thụ phấn, rất quan trọng đối với hệ sinh thái của chúng ta. Việc lập kế hoạch này cùng với những người nuôi ong địa phương và các chuyên gia bảo tồn cho phép họ phát triển các môi trường sống nghiên cứu và hỗ trợ các loài ong hoặc bướm trong thời gian dài.
Tối đa hóa thu hoạch với các công cụ phù hợp
Chọn đúng thành phần hệ thống PV là rất quan trọng đối với sự thành công của bất kỳ cài đặt agrivoltaic nào. Giải pháp MLPE của SolarEdge lý tưởng cho nông nghiệp vì Bộ tối ưu hóa năng lượng tối đa hóa việc tạo ra năng lượng tái tạo trong khi bộ theo dõi năng lượng mặt trời SolarGik của nó có thể cải thiện năng suất cây trồng. Có một hệ thống PV thông minh có thể cung cấp sự kết hợp của các lợi ích bổ sung như giám sát cấp độ mô-đun, khắc phục sự cố từ xa và các tính năng an toàn nâng cao là chìa khóa để tối đa hóa việc phát điện, tăng doanh thu trọn đời của hệ thống và cải thiện ROI.
Thông qua sự ra đời của Agri-PV, các ngành công nghiệp năng lượng mặt trời và nông nghiệp có thể hợp tác với nhau để đạt được tiến bộ đáng kể trong việc chuyển đổi nguồn cung cấp thực phẩm và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch. Khi được lên kế hoạch cẩn thận và hợp tác với nông dân địa phương, Agri-PV đưa ra giải pháp thông minh cho nhiều thách thức mà chúng ta gặp phải ngày nay và cuối cùng có thể giúp tạo ra một tương lai tươi sáng hơn cho hành tinh của chúng ta.
