Ảnh minh họa

Trong nhiều năm, một trong những hạn chế đáng chú ý của năng lượng mặt trời là chiếm nhiều diện tích đất. Giải pháp được đề xuất khá đơn giản: nâng cao các tấm quang điện và tận dụng không gian bên dưới để trồng trọt. 

Hiệu quả khi kiểm soát được bóng râm

Thực vật là những “cỗ máy sống” với các giới hạn nhất định. Một số loại cây trồng thường không ưa bóng râm. Đây chính là cơ sở cho nghiên cứu kéo dài bốn năm được thực hiện tại Italy. Các nhà nghiên cứu đã trồng khoai tây từ năm 2021 đến 2024 dưới một hệ thống điện mặt trời thương mại có khả năng xoay theo hai trục.

Họ thực hiện trồng cây theo nhiều điều kiện khác nhau: trong điều kiện nắng gắt ngoài trời, hệ thống điện mặt trời tiêu chuẩn có che bóng vừa phải, hệ thống che bóng nhiều hơn, và phương án điều chỉnh linh hoạt -  tạm thời xoay các tấm quang điện ra khỏi vị trí khi cây trồng ở giai đoạn phát triển nhạy cảm nhất.

Họ kết luận, khoai tây có thể phát triển tốt dưới các tấm quang điện, nhưng chỉ khi việc kiểm soát bóng râm được thực hiện một cách cẩn trọng.

Khoai tây là một trong những loại thực phẩm thiết thực hàng đầu thế giới: chi phí trồng thấp, chế biến linh hoạt và có giá trị dinh dưỡng cao. Đây cũng là loại cây trồng khá bền bỉ. Chúng không ưa bóng râm, vì cần ánh sáng mạnh để quang hợp và tích lũy năng lượng cho củ. Khi ánh sáng giảm quá nhiều, năng suất sẽ giảm theo. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Italy đã tìm ra một ngưỡng che bóng tối ưu. 

Năm 2021, năng suất củ thương phẩm đạt 51,5 tấn/ha trong điều kiện đầy đủ ánh sáng. Khi áp dụng mô hình điện mặt trời kết hợp nông nghiệp tiêu chuẩn, con số này giảm xuống còn 38,9 tấn/ha. Trong điều kiện các tấm quang điện tạo bóng râm nhiều hơn, năng suất giảm xuống còn 28 tấn/ha. Xu hướng tương tự cũng được ghi nhận trong các năm 2022 và 2023. 

Đến năm 2024, khi thử nghiệm phương thức điều chỉnh linh hoạt, kết quả cho thấy năng suất giữa điều kiện trồng thông thường (ánh sáng đầy đủ) và cấu hình tiêu chuẩn (che bóng vừa phải) gần như không có khác biệt đáng kể về mặt thống kê. Trong khi đó, phương thức điều chỉnh linh hoạt lại cho kết quả cao nhất, đạt 32,7 tấn/ha, vượt cả mức 30,3 tấn/ha của điều kiện thông thường. Nhưng đổi lại, sản lượng điện giảm khoảng 15% trong mùa sinh trưởng của khoai tây. 

Một giải pháp đôi bên cùng có lợi

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu gây áp lực lớn lên tài nguyên đất, mô hình kết hợp nông nghiệp và điện mặt trời (agrivoltaics) có thể là một hướng đi đầy tiềm năng. Hệ thống thử nghiệm tại Mantova cho thấy: có thể vừa sản xuất điện, vừa duy trì sản lượng nông nghiệp; bóng râm từ mô-đun quang điện đôi khi còn giúp giảm nhiệt cho cây, đặc biệt trong các đợt nắng nóng; trong tương lai khan hiếm nước, việc điều chỉnh mức che bóng có thể giúp cây trồng tránh bị “quá nhiệt”.

Đáng chú ý, nghiên cứu được thực hiện trong môi trường canh tác hữu cơ, cho thấy mô hình này hoàn toàn tương thích với nông nghiệp bền vững. Khoai tây có thể phát triển dưới các tấm quang điện, thậm chí đạt năng suất tốt nếu hệ thống được điều chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, hiệu quả phụ thuộc rất lớn vào cách quản lý ánh sáng, đặc biệt là khả năng “phản ứng” của hệ thống năng lượng mặt trời theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây.

Nghiên cứu này cho thấy agrivoltaics không chỉ là ý tưởng lý thuyết, mà có thể trở thành một giải pháp thực tế, nơi năng lượng và nông nghiệp cùng tồn tại và hỗ trợ lẫn nhau.