Điện nông: Giải quyết khủng hoảng năng lượng và an ninh lương thực

Điện nông: Vừa sản xuất điện mặt trời vừa sản xuất nông nghiệp

Agrivoltaics, agrisolar, agrophotovoltaics hay năng lượng mặt trời lưỡng dụng, hoặc gọi ngắn ‘điện nông’ là việc sử dụng đồng thời các khu vực đất đai cho cả sản xuất điện mặt trời, lại sản xuất cả nông nghiệp. Việc cùng tồn tại của pin mặt trời và cây trồng ngụ ý sự chia sẻ ánh sáng giữa hai loại hình sản xuất này, vì vậy việc thiết kế các cơ sở nông nghiệp có thể yêu cầu đánh đổi các mục tiêu như tối ưu hóa năng suất cây trồng, chất lượng cây trồng và sản xuất năng lượng.

Thế nhưng, trong một số trường hợp, năng suất cây trồng tăng lên do bóng râm của các tấm pin mặt trời giúp giảm bớt một số căng thẳng cho cây trồng do nhiệt độ cao và tác hại của tia cực tím.

Nguyên thủy, agrivoltaics được hình thành bởi hai nhà khoa học Đức Adolf Goetzberger và Armin Zastrow vào năm 1981. Agrivoltaics có thể hiểu là sự kết hợp nông nghiệp và sản xuất năng lượng tái tạo. Ví dụ, các tấm pin mặt trời (PV) và cây trồng trên cùng một diện tích đất. Các hệ thống hỗ trợ cố định được sử dụng để nâng các tấm pin mặt trời lên khoảng 5 mét so với mặt đất, cho phép máy móc nông nghiệp tiếp cận các loại cây trồng bên dưới.

Điện nông mang lại cả lợi ích kinh tế- xã hội lẫn môi trường (Nguồn: NPR)

Các giải pháp khác bao gồm nhà kính năng lượng mặt trời hoặc mô-đun quang điện lắp giữa các hàng cây trồng. Ví dụ, cừu có thể được chăn thả giữa các PV thông thường mà không cần sửa đổi gì hay tổ ong được lắp đặt ở rìa của một mảng năng lượng mặt trời thông thường hiện có được gọi là hệ thống điện nông. Tương tự, một số khái niệm về điện nông rộng đến mức chỉ bao gồm việc lắp đặt các PV trên mái nhà kho hoặc chuồng gia súc.

Lợi thế của agrivoltaics

Canh tác điện nông là “đôi bên cùng có lợi”, có thể mang lại lợi ích to lớn cho lĩnh vực năng lượng lẫn lương thực. Về cơ bản, điện nông là canh tác nông nghiệp tích hợp các dự án quang điện PV trên cùng một diện tích để được cả hai. Ngoài ra, sự kết hợp này còn giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ đa dạng sinh học, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch cũng như cải thiện năng suất nông nghiệp. Lợi thế nổi bật của agrivoltaics là sự chia sẻ ánh sáng mặt trời giữa hai hệ thống chuyển đổi năng lượng là quang điện và quang hợp với những lợi ích sau:

Mô hình điện nông giải quyết đồng thời khủng hoảng năng lượng lẫn lương thực (Nguồn: Solargrazing.org)

* Agrivoltaics tối đa hóa tiềm năng của năng lượng mặt trời

Theo một nghiên cứu được công bố gần đây, ba loại đất có tiềm năng năng lượng mặt trời lớn nhất là đất trồng trọt, đồng cỏ và vùng đất ngập nước. Nhu cầu năng lượng toàn cầu sẽ được bù đắp bằng sản xuất năng lượng mặt trời nếu thậm chí ít hơn 1% diện tích đất trồng trọt được chuyển đổi sang hệ thống nông nghiệp.

* Agrivoltaics cải thiện một số loại cây trồng

Mặc dù không phải tất cả các loại cây trồng đều có nhu cầu khí hậu giống nhau, nhưng các mô-đun PV dùng trong nông nghiệp có thể hoạt động như một rào cản chống lại bức xạ mặt trời, nắng nóng, hạn hán hoặc lượng mưa lớn. Điều này cung cấp sự bảo vệ rất cần thiết cho cây trồng, cho phép chúng phát triển mà không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi theo mùa. Ngoài ra, bóng râm mà các tấm pin tạo ra giúp giữ ẩm cho đất lâu hơn, cung cấp cho cây trồng nguồn cung cấp nước tối ưu.

* Agrivoltaics  giúp trang trại năng lượng mặt trời có năng suất cao hơn

Các PV tạo ra năng lượng từ ánh sáng mà chúng nhận được, không phải từ nhiệt. Trên thực tế, nhiệt có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của trang trại năng lượng mặt trời và làm giảm đáng kể hiệu quả của nó. Canh tác dưới các PV làm giảm nhiệt độ cho các tấm pin, và hạn chế suy giảm hiệu suất của pin.

* Agrivoltaics làm tăng năng suất đất đai

Trồng trọt và sản xuất năng lượng tái tạo đồng thời giúp “đôi bên cùng có lợi”, riêng nông dân có thể tăng lợi nhuận. Theo dữ liệu từ Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), năm 2021, công suất phát điện quang điện toàn cầu tăng 19% so với năm trước, đạt 843.086 MW tổng công suất tích lũy trên toàn thế giới.

* Agrivoltaics tác động tích cực đến môi trường

Điện nông giúp tạo ra điện năng và thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ hơn ở các vùng nông thôn. Nó còn giúp làm giàu cho cộng đồng nhờ hoạt động kinh doanh liên quan (tiếp cận, xây dựng, sửa chữa...) đồng thời giúp bảo tồn và cải thiện hệ sinh thái.

Agrivoltaics chỉ thành công nếu người nông dân vừa có động lực, tiềm năng tài chính lại có thực lực (Nguồn:Agritecture )

Agrivoltaics mang đến cơ hội bảo vệ môi trường sống, hỗ trợ côn trùng có ích như ong, phục hồi thảm thực vật tự nhiên và trồng trọt che phủ vì lợi ích sức khỏe của đất và hấp thụ carbon.

Thực trạng điện nông hiện nay và rào cản agrivoltaics

Phải nói ngay rằng đây là lĩnh vực rất mới nên sự tham dự của các nước đang phát triển vẫn còn hạn chế.  Nhật Bản là nước đi đầu trong kết hợp các dự án nông nghiệp với sản xuất điện mặt trời, tiếp đến là Trung Quốc và châu Âu.

Tại Mỹ, có một số dự án điện nông rải rác trên khắp đất nước. Còn ở châu Âu, một trong những ví dụ điển hình của phương pháp này là một dự án demo quang điện nông nghiệp được thiết kế bởi công ty Enel Green Power của Ý. Enel đã xác định các loại đất khác nhau để trồng trọt và chăn nuôi mục vụ trên khắp Ý, Hy Lạp và Tây Ban Nha có thể cùng tồn tại với các nhà máy năng lượng mặt trời mà không cần phải sửa đổi đáng kể cách bố trí nhà máy, do đó tiết kiệm chi phí và tăng khả năng cạnh tranh.

Theo một nghiên cứu gần đây của Đại học Hohenheim (Stuttgart) và Viện Thünen (Braunschweig), ở Đức, việc lắp đặt điện nông ở 10% số trang trại có điều kiện đặc biệt thuận lợi có thể cung cấp khoảng 9% nhu cầu điện của cả nước; trong khi chỉ chiếm 0,7% diện tích đất canh tác của Đức, khoảng 85.000 ha.

Về rào cản đối với agrivoltaics chính là tính tương thích của hệ thống điện nông với các phương thức canh tác hiện có. Agrivoltaics sẽ chỉ thành công nếu người nông dân vừa có động lực (thường là về tài chính) vừa có khả năng thực tế để canh tác trên mảnh đất mà không gặp bất tiện lớn.

Hầu hết các cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời hiện có thường không được thiết kế để thân thiện với nông dân và ngay cả nhiều cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời cũng không kết hợp nhiều khía cạnh thân thiện với hoạt động nông nghiệp. Ngoài ra còn có các rào cản về chính sách, nguồn vốn, giá điện mua lại… cho đến các chính sách khuyến khích nông dân vẫn chưa hợp lý, kịp thời. Thu hút nông dân tham gia nhiều hơn vào giai đoạn thiết kế của agrivoltaics là cách giúp cho điện nông phát triển thực chất, sẽ tạo ra cả năng lượng lượng lẫn lương thực, đây là tiềm năng rất dồi dào mà ở mọi nơi trên thế giới vẫn chưa được quan tâm đúng mức.

Khắc Nam (Tổng hợp)