Việc mở rộng năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha và phần lớn châu Âu đã đặt ra một vấn đề nan giải đáng kể: Làm thế nào để tiếp tục lắp đặt các tấm pin quang điện mà không phá hủy đất nông nghiệp?Tại các vùng lãnh thổ có đất đai dồi dào, như trường hợp của các quốc gia lớn ngoài EU, xung đột ít xảy ra hơn, nhưng ở một quốc gia nông nghiệp với đất đai hạn chế như Tây Ban Nha, mỗi hecta đều rất quan trọng.
Trong những năm gần đây, nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời đã dần trở thành chủ đề thảo luận trong các cuộc tranh luận kỹ thuật, hội nghị ngành và các chương trình hỗ trợ công cộng như... Một cách tiếp cận thực tế để dung hòa nông nghiệp và sản xuất điện mặt trời.Xu hướng này còn được bổ sung bởi các công nghệ mới về tấm pin bán trong suốt và các thiết kế đặc biệt dành cho cây trồng, nhằm mục đích giảm thiểu bóng râm mà không làm giảm hiệu suất sản xuất điện năng cạnh tranh.
Nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời là gì và tại sao nó lại thu hút sự quan tâm của vùng nông thôn Tây Ban Nha đến vậy?
Khi nói về nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời, chúng ta đang đề cập đến các hệ thống mà... Họ kết hợp hoạt động nông nghiệp và sản xuất năng lượng mặt trời trên cùng một diện tích đất. trang trại năng lượng mặt trờiVấn đề không chỉ đơn thuần là đặt các tấm pin lên mặt đất, mà còn là thiết kế cấu trúc, mật độ và loại tấm pin sao cho cây trồng nhận được ánh sáng, nước và thông gió cần thiết để sản xuất bình thường, hoặc thậm chí tốt hơn.
Trong bối cảnh các mục tiêu khí hậu ngày càng khắt khe—Liên minh châu Âu đặt mục tiêu một phần đáng kể điện năng của mình đến từ các nguồn năng lượng tái tạo để đạt được mục tiêu trung hòa carbon vào giữa thế kỷ—điện mặt trời đã trở thành một thành phần trung tâm. Sự sụt giảm mạnh giá thành của các tấm pin, chủ yếu do tình trạng sản xuất dư thừa ở châu Á, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai rộng rãi chúng, nhưng cũng làm gia tăng áp lực lên nguồn cung. đất nông nghiệp, chăn nuôi và rừng.
Do đó, nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời đang bắt đầu được xem như một "điểm giao thoa" giữa hai thế giới mà cho đến gần đây vẫn được coi là đối lập nhau: an ninh lương thực và chuyển đổi năng lượngKinh nghiệm ở Tây Ban Nha cho thấy rằng, khi được thiết kế tốt, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời có thể bảo vệ cây trồng khỏi bức xạ quá mức, giúp tiết kiệm nước và cung cấp thêm nguồn thu nhập cho nông dân.
Hơn nữa, tại các khu vực đang phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước ngày càng gia tăng và các đợt nắng nóng thường xuyên hơn, công nghệ này đang được đánh giá cao. công cụ thích ứng với biến đổi khí hậungoài vai trò giảm phát thải.
Thách thức kỹ thuật chính: bóng râm trên cây trồng
Trở ngại chính đối với các hệ thống quang điện truyền thống trong thực tế rất dễ hiểu: Các tấm pin tạo bóng râm, và không phải tất cả các loại cây trồng đều chịu được điều này như nhau.Nếu cây nhận được lượng bức xạ ít hơn mức cần thiết, khả năng quang hợp của nó sẽ giảm và kéo theo đó là năng suất cũng giảm.
Các thử nghiệm điện năng lượng mặt trời trong nông nghiệp ban đầu tập trung vào việc điều chỉnh chiều cao, khoảng cách và độ nghiêng của các tấm pin để tạo bóng râm một phần, cũng như lựa chọn các loại cây trồng tương đối chịu được điều kiện ánh sáng lọc. Ngoài ra, các tấm pin hai mặt, có khả năng thu nhận ánh sáng phản xạ từ mặt đất, cũng bắt đầu được thử nghiệm, mặc dù điều này vẫn chưa giải quyết hoàn toàn được vấn đề nan giải giữa... sản xuất năng lượng mặt trời và khả năng tiếp cận ánh sáng cho cây trồng.
Điều mấu chốt là phải tìm ra một số dư Nơi mà cây trồng có đủ ánh sáng để quang hợp, đồng thời hệ thống quang điện vẫn duy trì được lợi nhuận đầu tư hợp lý. Đó là lý do tại sao việc phát triển các vật liệu và thiết kế đặc thù lại trở nên quan trọng, chẳng hạn như các tấm bán trong suốt hoặc có khả năng chọn lọc bước sóng.
Một số nghiên cứu đều thống nhất về ngưỡng hướng dẫn: Hầu hết các loại cây trồng cần khoảng 60% độ truyền ánh sáng hữu ích. để duy trì hiệu suất bình thường. Dưới giá trị đó, tổn thất hiệu suất tăng vọt; trên giá trị đó, việc tích hợp với hệ thống quang điện sẽ hứa hẹn hơn.
Đề xuất từ Đại học Jaén: Tấm bán trong suốt RearCPVbif
Trong bối cảnh này, một nhóm từ Đại học Jaén đã đưa ra một giải pháp nhằm giải quyết vấn đề ngay từ khâu thiết kế của tấm pin. Đề xuất của họ dựa trên thế hệ mô-đun quang điện bán trong suốt mới có khả năng... Tạo ra điện năng đồng thời cho phép ánh sáng cần thiết xuyên qua để cung cấp cho cây trồng..
Nghiên cứu này, được công bố trên nền tảng khoa học Science Direct, phân tích công nghệ dựa trên hai thông số cơ bản: độ truyền ánh sáng nhìn thấy trung bình và độ truyền quang hợp trung bìnhTrên thực tế, các chỉ số này đo lường tỷ lệ phần trăm bức xạ có ích cho cây trồng đến được phía bên kia của tấm pin, sau khi đi qua vật liệu và các tế bào quang điện.
Sự đổi mới được trình bày thể hiện trong một hệ thống có tên là RearCPVbif (Hệ thống quang điện tập trung phía sau hai mặt)Công nghệ này thuộc nhóm các tấm quang điện bán trong suốt (STPV), nhưng có cách tiếp cận độc đáo riêng. Không giống như các giải pháp khác chỉ đơn giản là tạo ra các khe hở hoặc giảm mật độ tế bào, công nghệ này tích hợp... bộ tập trung quang học ở phía sau của mô-đun.
Nói một cách đơn giản, ánh sáng không được sử dụng trực tiếp ở mặt trước của tấm pin sẽ được chuyển hướng về phía sau của các tế bào hai mặt, giúp tăng sản lượng điện mà không làm giảm độ trong suốt. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng thiết kế của họ Nó đạt được độ trong suốt quang học khoảng 60%., một giá trị phù hợp với chu trình quang hợp của hầu hết các loại cây trồng làm vườn.
Tính minh bạch, hiệu quả và nhiệt độ: sự cân bằng tinh tế
Hướng nghiên cứu của Đại học Jaén khác biệt so với các phương pháp "minh bạch" khác mà ngành công nghiệp đã đánh giá trong những năm gần đây. Một mặt, có các tấm pin không chọn lọc theo bước sóng, mà... Chúng hấp thụ một phần lớn quang phổ mặt trời. Họ làm giảm màu sắc của vật liệu hoặc tạo khoảng trống giữa các tế bào để tăng độ trong suốt. Vấn đề là độ trong suốt này thường không đủ cho cây trồng.
Ở thái cực còn lại là các tấm chọn lọc, mà Chúng hấp thụ bức xạ cực tím và cận hồng ngoại một cách ưu tiên.Điều này cho phép một phần lớn hơn ánh sáng nhìn thấy được đi qua, đây là điều mà thực vật cần nhất. Các giải pháp kiểu này cung cấp nền tảng phù hợp hơn cho nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời, mặc dù việc triển khai công nghiệp của chúng vẫn đang trong giai đoạn phát triển.
Đề xuất RearCPVbif dựa chính xác trên logic chọn lọc này, nhưng bổ sung thêm việc sử dụng bộ tập trung quang học phía sau để tối đa hóa năng lượng có sẵn mà không làm tối môi trường xung quanh cây trồng. Theo nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu Álvaro Varela-Albacete và Eduardo Fernández dẫn đầu, Công nghệ STPV hiện tại đang chưa được tận dụng tối đa. và nó có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều trong các ứng dụng nông nghiệp khi kết hợp với loại máy tuyển quặng này.
Một khía cạnh khác mà các tác giả đã xem xét kỹ lưỡng là đặc tính nhiệt của hệ thống. Một trong những mối lo ngại phổ biến khi lắp đặt mái nhà quang điện trên cây trồng là nguy cơ tạo ra nhiệt. hiệu ứng nhà kính không mong muốnlàm thay đổi vi khí hậu bên dưới các tấm pin. Trong các thử nghiệm đã thực hiện, nhiệt độ của các tế bào pin mặt trời luôn duy trì dưới 70°C, một mốc tham chiếu quan trọng để tránh những tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh.
Các giới hạn nhiệt độ này góp phần vào hiệu suất của các công trình nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời. không trở thành mái nhà giữ nhiệt. quá mức, một vấn đề đặc biệt nhạy cảm ở những khu vực vốn đã nóng bức và khan hiếm nước.
Từ phòng thí nghiệm đến thực địa: thử nghiệm trên cây trồng thực tế và tập trung vào canh tác nông nghiệp thâm canh.
Một trong những điểm mạnh của sự phát triển này là: Điều này đã thu hút sự quan tâm từ các công ty và tổ chức trong lĩnh vực này.Các nhà nghiên cứu đã xác nhận liên hệ với nhiều đơn vị khác nhau để đẩy nhanh cả việc mở rộng quy mô công nghiệp của các mô-đun và việc tích hợp chúng vào hoạt động thực tế.
Lộ trình hiện tại bao gồm các chiến dịch thử nghiệm trên các loại cây trồng thương mại, nơi không chỉ đánh giá khả năng sản xuất điện mà còn cả các thông số nông học quan trọng: năng suất, chất lượng sản phẩm, nhu cầu tưới tiêu, nhiệt độ và độ ẩm của đất, cùng nhiều yếu tố khác. Mục tiêu là thu thập dữ liệu đáng tin cậy để cho phép Điều chỉnh thiết kế cho phù hợp với nhu cầu cụ thể của từng loại cây trồng và khu vực..
Các vùng như AlmeríaNhững khu vực này, đặc trưng bởi việc trồng trọt trong nhà kính thâm canh và việc triển khai ngày càng nhiều hệ thống quang điện, đang nổi lên như những kịch bản lý tưởng cho loại công nghệ này. Tại đó, sự cùng tồn tại của những diện tích lớn mái nhà phủ nhựa và các cánh đồng năng lượng mặt trời mở ra cơ hội cho các mô hình lai ghép, trong đó các bộ phận của mái nhà hoặc cấu trúc có thể đảm nhiệm hai chức năng cùng lúc.
Nếu các thử nghiệm xác nhận kết quả sơ bộ, hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời với tấm pin bán trong suốt có thể trở thành một công cụ quyết định cho... Cái gọi là "biển nhựa" tồn tại song song với một "biển tấm" thực sự.mà không gây nguy hại đến sản xuất nông nghiệp.
Những trải nghiệm và dữ liệu tại Tây Ban Nha: từ Murcia đến những vườn nho và vườn ô liu
Ngoài nghiên cứu vật liệu, Tây Ban Nha đang bắt đầu tích lũy Kinh nghiệm thực tế chứng minh rằng nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời có thể hoạt động hiệu quả. Trong điều kiện thực tế. Một trong những khu vực đạt được nhiều tiến bộ nhất là vùng Murcia, với nền nông nghiệp công nghệ cao và hơn 3.300 giờ nắng mỗi năm.
Tại Đại học Murcia và nhiều trung tâm nghiên cứu khác nhau, các kết quả đã được trình bày cho thấy những lợi ích cả về nông nghiệp và kinh tế. Trong các hội nghị chuyên ngành, Liên minh Quang điện Tây Ban Nha (UNEF) đã tập hợp các nhà nghiên cứu, cơ quan chính phủ và các công ty để phân tích cách các mô hình này hoạt động. Chúng mang lại thêm thu nhập cho người nông dân. mà không ép buộc anh ta từ bỏ hoạt động chính của mình.
Các thử nghiệm được thực hiện trên cây trồng khô hạn, cũng như trong các vườn nho và vườn ô liu, cho thấy việc bố trí các tấm pin một cách chiến lược có thể mang lại hiệu quả. Giảm sự bốc hơi nước lên đến 30%Giúp kiểm soát tốt hơn sự thất thoát nước từ đất và bảo vệ cây trồng khỏi những đợt nắng nóng cực độ. Tất cả những điều này mà không làm giảm, thậm chí còn cải thiện năng suất trong một số điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Ví dụ, trong các vườn nho thí điểm, các tấm pin năng lượng mặt trời đã được tích hợp mà không ảnh hưởng đến sản lượng nho hoặc chất lượng rượu vang, đồng thời đạt được hiệu quả mong muốn. khả năng giữ ẩm tốt hơn trong đấtMột số nghiên cứu cho thấy sản lượng tăng khoảng 5% ở các vườn ô liu, cùng với khả năng thích ứng tốt hơn của cây trồng với điều kiện thời tiết bất lợi, điều này rất quan trọng đối với các vùng phụ thuộc nhiều vào cây ô liu.
Song song đó, chính quyền trung ương đang xây dựng các tiêu chí cụ thể để đảm bảo rằng, trong các dự án này, Hoạt động nông nghiệp vẫn là ưu tiên và phù hợp với Chính sách Nông nghiệp Chung (CAP).Sự đảm bảo về mặt pháp lý này rất cần thiết để khuyến khích các hợp tác xã và nông dân cá thể đầu tư vào các giải pháp nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời mà không lo sợ mất viện trợ của châu Âu.
Murcia như một phòng thí nghiệm: các dự án nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời trong nhà kính và các khu đất thử nghiệm.
Chính quyền khu vực Murcia đã tiến thêm một bước nữa bằng cách công khai thúc đẩy... Năng lượng quang điện nông nghiệp như một công cụ để tối ưu hóa việc sử dụng đất nông nghiệp.Bộ Môi trường, Đại học, Nghiên cứu và Mar Menor đã nhấn mạnh tiềm năng của công nghệ này trong một cộng đồng có bức xạ mặt trời cao và nền nông nghiệp tưới tiêu phát triển mạnh.
Viện Nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp và Môi trường Murcia (IMIDA) điều phối một số dự án tiên phong. Một trong số đó, đặt tại La Alberca, tập trung vào... trồng trọt trong nhà kínhKết quả ban đầu cho thấy năng suất tăng từ 20% đến 60% theo các thử nghiệm, tùy thuộc vào loại cây trồng và thiết kế của cơ sở.
Các tấm pin không chỉ cung cấp năng lượng cho hoạt động mà còn Chúng giúp giảm thiểu tác động của nhiệt và bức xạ lên cây trồng.Điều này mở ra cơ hội giới thiệu các loại cây trồng trước đây khó trồng ở vùng khí hậu bán khô hạn. Bóng râm một phần giúp điều hòa sự biến động nhiệt độ và tận dụng tốt hơn nguồn nước sẵn có.
Một dự án đáng chú ý khác là dự án có tên gọi là... PS AgrovoltaicaĐược lắp đặt tại Trung tâm Trình diễn và Chuyển giao Nông nghiệp El Mirador (CDTA) ở San Javier. Đây là một cơ sở hạ tầng thử nghiệm với công suất khoảng 36 kilowatt, kết hợp... hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời, mô-đun mờ đục và tấm bán trong suốt, cùng với một khu vực kiểm soát không có hệ thống quang điện.
Cấu hình này cho phép giám sát chi tiết các thông số môi trường và sản xuất, đồng thời cho phép so sánh ảnh hưởng của chiều cao, hướng, loại tấm và mật độ cấu trúc đến vi khí hậu và năng suất cây trồng. Dữ liệu thu được đóng vai trò là tài liệu tham khảo cho Thiết kế các hệ thống có thể nhân rộng cho các trang trại khác ở Murcia và các vùng có điều kiện tương tự..
Hỗ trợ thể chế và viện trợ công cho các dự án nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời
Việc triển khai hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha không chỉ có thể được giải thích bằng lợi ích kỹ thuật hoặc nông học: Viện trợ công đóng vai trò quan trọng Để đẩy nhanh đầu tư và giảm rủi ro cho nông dân, Viện Đa dạng hóa và Tiết kiệm Năng lượng (IDAE) đã đưa ra một số lời kêu gọi cụ thể cho các dự án năng lượng tái tạo sáng tạo.
Trong một trong những đợt phân bổ kinh phí mới nhất dành cho năng lượng tái tạo đổi mới, IDAE đã chỉ định... 148,5 triệu euro dành cho 199 dự ánNhiều dự án trong số này liên quan đến các giải pháp nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời với hệ thống lưu trữ năng lượng. Trong đó, khoảng 77,1 triệu euro tập trung vào 62 dự án liên quan trực tiếp đến các trang trại trồng cây ăn quả và cây rau màu.
Song song đó, hơn 87 triệu euro đã được phân bổ cho một nhóm gồm 73 sáng kiến kết hợp. nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời và hệ thống quang điện nổiVới công suất lắp đặt vượt quá 160 MWp và hơn 180 MWh dung lượng lưu trữ đi kèm, các khoản đầu tư này, phần lớn được tài trợ thông qua quỹ Kế hoạch Phục hồi Châu Âu, nhằm mục đích chứng minh tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của các mô hình sử dụng đất và nước kết hợp.
Các hợp tác xã nông nghiệp nhấn mạnh rằng nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời có thể hoạt động như... Trợ cấp thu nhập cho nông dân có thu nhập giảm hoặc lương hưu thấp.Cần nhớ rằng, năng lượng mặt trời đã đóng vai trò ổn định cho nhiều chuyên gia vào cuối những năm 2000. Giờ đây, bối cảnh giá năng lượng biến động và áp lực từ biến đổi khí hậu đang khiến các giải pháp này trở nên hấp dẫn trở lại.
Bộ Chuyển đổi Sinh thái và Thách thức Dân số (MITECO) nhấn mạnh rằng việc triển khai phải được thực hiện sao cho đảm bảo ưu tiên hàng đầu cho hoạt động nông nghiệp và đảm bảo tính tương thích về mặt quy định với CAPLĩnh vực nghiên cứu này, cùng với việc phát triển bản đồ quốc gia về các sáng kiến và hướng dẫn kỹ thuật, nhằm mục đích mang lại sự chắc chắn cho những người đang cân nhắc chuyển sang lĩnh vực nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời.
Lợi ích có thể đo lường được: nguồn nước, vi khí hậu và các mô hình kinh tế nông thôn mới.
Dữ liệu từ các thử nghiệm ở Tây Ban Nha và các bối cảnh tương tự khác chỉ ra một số lợi thế lặp đi lặp lại. Một trong những lợi thế được trích dẫn thường xuyên nhất là... quản lý nguồn nước được cải thiệnLớp bóng râm một phần do các tấm pin tạo ra làm giảm sự thoát hơi nước và do đó, làm giảm lượng nước mà cây mất đi do nhiệt và bức xạ.
Trong các hệ thống thủy lợi, các tấm pin mặt trời nổi được lắp đặt trên bè cũng mang lại những lợi ích bổ sung: bằng cách che phủ một phần bề mặt, Nó giúp giảm sự bay hơi và kiểm soát sự phát triển của tảo.Đây là những vấn đề thường gặp ở vùng khí hậu ấm áp. Đồng thời, năng lượng được sản xuất tại chỗ tạo điều kiện thuận lợi cho việc điện khí hóa máy bơm và hệ thống tưới tiêu hiệu quả hơn.
Từ góc độ khí hậu, sự kết hợp giữa bóng râm và thông gió dưới các cấu trúc quang điện góp phần tạo nên để giảm bớt các đợt nắng nóng cực độĐiều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh mùa hè ngày càng dài và khô hạn. Ở một số loại cây trồng, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy tỷ lệ bị căng thẳng do nhiệt thấp hơn và năng suất ổn định hơn trong các đợt nắng nóng.
Tất cả những điều này tạo ra cơ hội kinh tế cho các vùng nông thôn. Hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời không chỉ tạo ra điện năng có thể sử dụng cho mục đích tự tiêu thụ hoặc bán cho lưới điện, mà còn... Điều này mở ra cơ hội cho các mô hình kinh doanh mới và sự hợp tác giữa nông dân và các công ty năng lượng.Tại những khu vực có nguy cơ bị bỏ hoang về mặt nông nghiệp, các dự án loại này được xem là một cách để duy trì hoạt động và việc làm.
Giám đốc điều hành của UNEF khẳng định rằng "không có sự đối lập giữa nông nghiệp và năng lượng mặt trời" nếu việc sử dụng đất được quy hoạch đúng cách, đồng thời lưu ý rằng phần lớn đất nông nghiệp sẽ tiếp tục được dành riêng cho sản xuất lương thực. Theo ông, thách thức nằm ở việc tận dụng tối đa phần trăm nhỏ diện tích được phân bổ cho nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời. đóng vai trò là ví dụ về sự cùng tồn tại giữa hai cách sử dụng..
Sự phát triển của nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha và các nước châu Âu khác đang bắt đầu chứng minh rằng việc lựa chọn giữa tấm pin mặt trời và cây trồng không phải là điều không thể tránh khỏi: với các công nghệ như tấm bán trong suốt RearCPVbif, các thử nghiệm nông học được thiết kế tốt và một khuôn khổ hỗ trợ và quy định ưu tiên hoạt động nông nghiệp, điều đó hoàn toàn khả thi. Sản xuất năng lượng sạch và lương thực trên cùng một diện tích đất, nâng cao khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu và tạo ra nguồn thu nhập mới cho khu vực nông thôn. mà không làm mất đi chức năng thiết yếu của nó trong chuỗi thức ăn.
