Thêm các tấm pin mặt trời vào trang trại là tốt cho thực vật, động vật và con người

Agrivoltaics kết hợp sức mạnh của nước, năng lượng và nông nghiệp – mối quan hệ đôi bên cùng có lợi giữa thực vật, nước, đất và … các tấm pin mặt trời.

“Agri-” có nghĩa là sản xuất lương thực và “-voltaic” có nghĩa là “điện”. Agrivoltaics thường được viết tắt là AV để bạn có thể tiết kiệm công sức. Nó còn được gọi là năng lượng mặt trời nông nghiệp, năng lượng mặt trời tác động thấp hoặc quang điện nông nghiệp (APV). Cho dù bạn thích thuật ngữ nào thì tất cả đều đề cập đến cùng một khái niệm, biến đất nông nghiệp đang hoạt động thành trang trại năng lượng mặt trời có mục đích kép.

Ben Dritenbas, giám đốc dự án phát triển cấp cao tại DSD Renewables, nhà phát triển năng lượng mặt trời và chủ sở hữu tài sản trong ngành năng lượng tái tạo, cho biết: “Về cơ bản, chúng tôi đang nuôi dưỡng năng lượng mặt trời”.

Agrivoltaics đã không xuất hiện vì một số người đam mê công nghệ nghĩ rằng sẽ rất buồn cười khi đặt các tấm pin mặt trời trên một cánh đồng có một đàn cừu. Sản xuất nông nghiệp và thực phẩm là tác nhân lớn gây ra biến đổi khí hậu. Khoảng 85% lượng nước tiêu thụ toàn cầu được sử dụng cho mục đích nông nghiệp, trong đó chủ yếu là tưới tiêu. Và sản lượng lương thực dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi trong ba thập kỷ tới để đáp ứng nhu cầu dân số.

Tổng dân số toàn cầu vừa đạt 8 tỷ người và dự kiến ​​sẽ đạt 9,8 tỷ người vào năm 2050. Vấn đề là hơn một phần ba tổng lượng khí nhà kính là do cách chúng ta sản xuất, chế biến và đóng gói thực phẩm.

Các nhà khoa học, nhà nghiên cứu và nhà phát triển năng lượng mặt trời đang tìm cách giảm tác động của con người đối với biến đổi khí hậu và họ ngày càng chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời. Trong 10 năm qua, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đã trải qua sự tăng trưởng vượt bậc ở lứa tuổi thanh thiếu niên, tăng trưởng trung bình 33% mỗi năm. Ngày nay, năng lượng mặt trời có đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho 18 triệu ngôi nhà ở Mỹ.

Nhưng nó không phải là một giải pháp nhanh chóng. Mối quan tâm rộng rãi đối với các tấm pin mặt trời như một nguồn năng lượng tái tạo đáng kể là số lượng lớn các tấm pin mặt trời trên đất liền yêu cầu.

Năng lượng mặt trời đòi hỏi diện tích đất trên mỗi đơn vị năng lượng gấp 10 lần so với các nhà máy chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) ước tính đến năm 2030, 2 triệu mẫu đất sẽ được sử dụng để lắp đặt năng lượng mặt trời.

Nhưng các tấm pin mặt trời có thể tiêu tốn ít đất hơn bằng cách chia sẻ không gian với thực vật và động vật trên đất nông nghiệp – đó mới chỉ là khởi đầu cho những lợi ích của hệ thống AV.

Khi cây đang phát triển, chúng có điểm bão hòa ánh sáng mặt trời. Nó giống như ăn một chiếc bánh mì kẹp thịt cho đến khi bạn no đến mức không còn thấy thú vị nữa. Thực vật giống nhau. Họ không thể hấp thụ ánh sáng mặt trời theo cấp số nhân.

Ánh sáng mặt trời không giới hạn không có nghĩa là cây trồng phát triển nhanh hơn hoặc lớn hơn; họ đổ mồ hôi khi họ đã có quá nhiều. Khi bạn đổ mồ hôi, bạn khát nước; thực vật cũng vậy, điều đó có nghĩa là chúng cần nhiều nước hơn.

Nhưng khi nông dân đặt các tấm pin mặt trời ở đúng vị trí để có đủ lượng ánh sáng mặt trời, cây trồng sẽ nhận được lượng ánh nắng cần thiết mà không bị khát nước.

Các nghiên cứu từ một địa điểm nghiên cứu ở Montpellier, Pháp, đã chỉ ra rằng cây rau diếp được trồng bằng AV tương đương hoặc vượt quá những lô trồng dưới ánh nắng đầy đủ mà không có hệ thống AV và đã giảm 20% lượng nước tiêu thụ của cây trồng.

Trong các thử nghiệm AV khác bao gồm các tấm pin mặt trời cho vật nuôi, các tấm này cung cấp bóng mát để những động vật như cừu và bò có thể chăn thả cả ngày mà vẫn tránh nắng nóng mà ít cần nước hơn. Một nhóm từ Đại học Cornell thậm chí còn trồng hoa dại xung quanh các tấm pin mặt trời để xem liệu nó có thể giúp cải thiện số lượng ong đang suy giảm hay không.

Những lợi ích không chỉ một chiều trong mối quan hệ cộng sinh này. Các tấm pin mặt trời cũng được hưởng lợi trực tiếp từ mối quan hệ của chúng với thực vật. Đây là nơi xảy ra một số phép thuật nông điện (khoa học) thực sự.

Ở những nơi nóng nhất và hút sự sống nhất trên Trái đất, như Sa mạc Mojave, các tấm pin mặt trời không hoạt động tốt (nhưng thành thật mà nói, chúng ta cũng không hoạt động tốt ở nhiệt độ vượt quá 120 độ F [48,8 độ C]) .

Khi các tấm pin mặt trời được đặt ở sa mạc, chúng sẽ giữ nhiệt mà chúng hấp thụ từ mặt đất cằn cỗi bên dưới, tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt khiến khu vực xung quanh nóng hơn rất nhiều.

Tuy nhiên, hãy trồng rau dưới đất bên dưới các tấm pin và cây sẽ thoát nước (mồ hôi) từ lá của chúng, làm mát không khí xung quanh và trên thực tế, giữ cho các tấm mát hơn. Các tấm pin có thể hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ mát hơn, biến nhiều ánh sáng mặt trời thành điện năng hơn! Khá tuyệt phải không?

Các nghiên cứu tại Đại học bang Oregon phát hiện ra rằng các tấm pin mặt trời như thế này với cây trồng được trồng bên dưới có thể tạo ra nhiều điện hơn 10%.

Nông dân hoặc chủ chăn nuôi cũng được hưởng lợi. Thật không may, nông dân đã bị ảnh hưởng tài chính trong những năm gần đây. Vào năm 2020, số vụ phá sản trang trại ở Hoa Kỳ đã tăng 23% so với năm trước. Khi những người nông dân lớn tuổi giao lại công việc kinh doanh cho trẻ em hoặc thành viên khác trong gia đình, một số người không cam kết với ý tưởng coi nghề nông lâu dài đầy rủi ro.

Tuy nhiên, AV vẫn đưa ra một con đường mới, Ryan Lloyd, giám đốc mua lại tài sản tại DSD Renewables, cho biết. Ông nói: “Nhiều gia đình làm nông bắt đầu thấy phấn khích một chút vì chúng tôi vẫn có thể trồng trọt và có nguồn năng lượng tái tạo trên đất của mình”. “Họ đang bắt đầu thấy điều tốt nhất của cả hai thế giới.”

Agrivoltaics cũng mang lại cho nông dân tiềm năng thu được năng suất cao hơn và tạo ra nguồn doanh thu bổ sung bằng cách cho phép họ cho các nhà phát triển năng lượng mặt trời thuê đất của mình.

Các dự án hiện tại ở phía đông bắc Hoa Kỳ đang thử nghiệm hệ thống AV trên vùng đất chăn thả cừu. Dritenbas nói: “Nó có thể giúp giảm chi phí cắt cỏ cũng như một số chi phí vận hành và bảo trì”. “Chúng tôi phù hợp với những gì nông dân đang cố gắng làm và cố gắng cùng tồn tại tốt nhất có thể.”

Người chăn nuôi cừu có thể đa dạng hóa thu nhập, người vận hành tấm pin năng lượng mặt trời không phải lo lắng về việc cắt cỏ và cừu có thể ăn thỏa thích.

Mọi người thích ý tưởng về năng lượng tái tạo nhưng không ở gần nhà của họ. Hỏi bất cứ ai xem họ có ủng hộ năng lượng tái tạo hay không và họ có thể sẽ nói: “Tất nhiên!” Hỏi họ xem họ có ổn khi sống bên cạnh cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời không và họ sẽ nói: “Hoàn toàn không.”

Bởi vì năng lượng mặt trời không thể được nạp vào xe tải và lái đến những nơi như nhiên liệu hóa thạch, nên các địa điểm phải gần tài nguyên, tức là gần con người. Và một số người lo ngại rằng chướng mắt hình chữ nhật làm giảm giá trị tài sản.

Dritenbas cho biết: “Ngành công nghiệp gọi chúng là NIMBY”, viết tắt của Not In My Backyard. Đó là một thuật ngữ thường được sử dụng trong giới phát triển để mô tả những cư dân không mấy hào hứng khi sống bên cạnh một hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời lớn, ngay cả khi họ hiểu điều đó là vì lợi ích lớn hơn.

Dritenbas giải thích: “Chúng tôi sàng lọc các điểm tham quan trong vùng đệm cảnh quan một cách tốt nhất có thể để đáp ứng các quy định của quận”. “Chúng tôi cố gắng làm việc với các chủ đất cũng như các chủ đất liền kề và cố gắng đạt được thỏa hiệp, để tất cả mọi người đều có lợi.”

Dritenbas chỉ ra rằng các tấm pin mặt trời rất kín đáo, không giống như các tuabin gió, có thể nhìn thấy từ xa và tiêu tốn những mảnh đất rộng lớn. Các tấm pin mặt trời cao từ 8 đến 12 feet (2,4 đến 3,6 mét) và thường được bao quanh bởi hàng rào hoặc thảm thực vật. Dritenbas nói: “Tôi nghĩ năng lượng mặt trời đã làm rất tốt việc hòa hợp với cảnh quan xung quanh”.

Các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm ra mối quan hệ giữa thực vật và động vật nào được hưởng lợi nhiều nhất từ ​​hệ thống AV. Một nghiên cứu từ Đại học Arizona cho thấy các loại cây trồng phát triển tốt trong bóng râm một phần – như khoai lang, rau diếp, cỏ linh lăng, cải xoăn và củ cải – phản ứng tốt nhất. Cho đến nay, các loại cây trồng chịu bóng râm như lúa mì và cây trồng trong nhà kính vẫn chưa đáp ứng tốt.

Các nhà khoa học cũng đang đặt câu hỏi về tác động lâu dài của AV đối với chất lượng đất và đất, những loại thỏa thuận nào có thể được thiết kế giữa các nhà phát triển năng lượng mặt trời, thành phố và chủ đất cũng như cách vật nuôi và động vật sẽ tương tác với công nghệ.

Dritenbas cho biết: “Dê leo trèo và nhai mọi thứ, vì vậy chúng sẽ ăn dây điện và cơ sở hạ tầng thực tế”. “Chúng tôi sẽ không quảng cáo dê.”

Cho dù đó là rau diếp, cừu, ong hay hoa dại bản địa, rõ ràng là bản chất cộng sinh của nông nghiệp có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn với lượng khí thải carbon thấp hơn, giảm nhu cầu nước và tăng sản lượng lương thực. Trong khi nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu, Dritenbas và Lloyd biết rằng các dự án nông điện như của họ đang thúc đẩy sự đổi mới về năng lượng mặt trời.

Dritenbas nói: “Ai đó phải tiến về phía trước và xem liệu nó có hiệu quả hay không”. “Chúng tôi rất vui khi trở thành một trong những người dẫn đầu ngành chấp nhận rủi ro đó và cố gắng biến nó thành hiện thực.”