Trong lĩnh vực khoa học mới (và theo nghĩa đen) của nông điện, các nhà nghiên cứu đang chỉ ra cách các tấm pin có thể tăng năng suất và giảm sử dụng nước trên một hành tinh đang ấm lên.
IN JACK’S SOLAR Garden ở Boulder County, Colorado, chủ sở hữu Byron Kominek đã bao phủ 4 trong số 24 mẫu Anh của mình bằng các tấm pin mặt trời. Trang trại đang trồng rất nhiều loại cây trồng bên dưới chúng — cà rốt, cải xoăn, cà chua, tỏi, củ cải đường, củ cải, rau diếp, v.v. Nó cũng đã tạo ra đủ điện để cung cấp năng lượng cho 300 ngôi nhà. Kominek nói: “Chúng tôi quyết định làm điều này vì cần phải tìm ra cách kiếm nhiều tiền hơn cho mảnh đất mà chúng tôi nghĩ rằng nên làm nhiều hơn nữa.
Những mái nhà là như vậy vào năm 2020. Nếu nhân loại ngăn chặn được điều tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu, mọi người sẽ cần phải sáng tạo về nơi họ đặt các tấm pin mặt trời. Hiện các nhà khoa học đang suy nghĩ về việc làm thế nào để che phủ các kênh đào bằng chúng, giảm sự bốc hơi trong khi tạo ra điện năng. Các sân bay đang lấp đầy không gian mở của họ với những người ăn nắng. Và không gian cũng không rộng mở hơn nhiều so với trang trại: Tại sao không gắn một mảng năng lượng mặt trời trên cánh đồng và trồng cây bên dưới? Đó là một lĩnh vực khoa học mới (và theo nghĩa đen) được gọi là nông điện — nông nghiệp cộng với quang điện — và nó không phản trực giác như người ta tưởng.
Đúng, thực vật cần ánh sáng mặt trời, nhưng một số cần ít hơn những loài khác, và thực sự bị căng thẳng bởi quá nhiều photon. Che bóng cho những cây trồng đó có nghĩa là chúng sẽ cần ít nước hơn, nước bốc hơi nhanh chóng trên cánh đồng trống. Ngoài ra, các nhà máy “đổ mồ hôi”, giúp làm mát các tấm trên cao và tăng hiệu quả của chúng.
Greg Barron-Gafford, một nhà khoa học hệ thống trái đất tại Đại học Arizona, người đang nghiên cứu về lĩnh vực điện nông cho biết: “Đó là một điều hiếm có đôi bên cùng có lợi. “Bằng cách trồng những loại cây này trong bóng râm của các mảng năng lượng mặt trời, chúng tôi giảm lượng ánh sáng mặt trời gay gắt hút nước và gây căng thẳng cho cây.” Barron-Gafford là một trong số những người nhận được khoản tài trợ 10 triệu đô la mới từ Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia của USDA để nghiên cứu nông điện cho các vùng, cây trồng và khí hậu khác nhau.
Barron-Gafford đã tiến hành các thí nghiệm để định lượng một số biến số — như tăng trưởng, sử dụng nước và sản xuất năng lượng — để xác định loại cây trồng nào có thể được hưởng lợi nhiều nhất. Ví dụ, anh ấy đã trồng các nguyên liệu salsa — ngò, ớt và cà chua — và nhận thấy rằng chúng phát triển tốt, nếu không muốn nói là tốt hơn, dưới các tấm pin mặt trời hơn là ngoài trời. Họ cũng chỉ sử dụng một nửa lượng nước. (Hãy nghĩ nếu bạn làm đổ chai nước của mình trong bóng râm thay vì ánh nắng mặt trời, ”Barron-Gafford nói.) Ông cũng phát hiện ra rằng các tấm pin làm giảm đáng kể nhiệt độ không khí, điều này sẽ có lợi cho những người nông dân chăm sóc cây trồng. Công trình nghiên cứu của ông cho thấy rằng các tấm pin có thể hoạt động như một bong bóng bảo vệ để bảo vệ cây trồng khỏi cái nóng khắc nghiệt liên quan đến biến đổi khí hậu, điều này khiến cây trồng bị áp đảo và giảm năng suất của chúng.
Lượng mưa lớn có thể gây hại cho mùa màng cũng đang gia tăng, vì bầu không khí ấm hơn giữ nhiều độ ẩm hơn. Madhu Khanna, nhà kinh tế học tại Đại học Illinois, Urbana-Champaign, người cũng đã giành được tài trợ từ USDA mới cho biết: “Trong những thời điểm có nhiệt độ khắc nghiệt hoặc lượng mưa lớn, bằng cách bảo vệ thực vật theo cách này, nó thực sự có thể mang lại lợi ích cho chúng. trợ cấp nông nghiệp. “Vì vậy, đó là một yếu tố khác mà chúng tôi muốn xem xét.”
Khanna sẽ nghiên cứu xem mảng năng lượng mặt trời lý tưởng có thể là gì cho một loại cây trồng cụ thể, chẳng hạn, nếu nó cần khoảng trống lớn hơn hoặc nhỏ hơn giữa các tấm để ánh sáng mặt trời đi qua. Chiều cao cũng là một vấn đề: Ngô và lúa mì sẽ cần những tấm cao hơn, trong khi đậu nành cây bụi sẽ phù hợp với loại có hình dáng ngồi xổm hơn.
Nhờ những khoảng trống đó, cây trồng dưới các tấm pin mặt trời không bị chìm trong bóng tối. Tuy nhiên, nói chung, ánh sáng khuếch tán nhiều hơn, có nghĩa là ánh sáng sẽ phản chiếu từ các bề mặt trước khi chiếu vào cây. Điều này tái tạo một môi trường rừng tự nhiên, trong đó tất cả các loài thực vật, để dành cho những cây cao nhất, ở trong bóng râm, hấp thụ bất kỳ tia nắng nào xuyên qua.
Barron-Gafford đã phát hiện ra rằng bóng râm giống như rừng cây dưới các tấm pin mặt trời tạo ra phản ứng sinh lý từ thực vật. Để thu thập nhiều ánh sáng hơn, lá của chúng sẽ phát triển to hơn so với nếu được trồng trên một bãi đất trống. Anh ấy đã thấy điều này xảy ra ở húng quế, điều này sẽ làm tăng năng suất của cây trồng đó. Barron-Gafford cũng đã phát hiện ra rằng ớt Capsicum annuum, mọc trong bóng cây ngoài tự nhiên, tạo ra quả nhiều gấp ba lần trong hệ thống điện nông. Cây cà chua cũng ra nhiều quả hơn. Điều này có thể là do thực vật ít bị căng thẳng hơn bởi sự bắn phá liên tục của ánh sáng mặt trời, mà chúng không thích nghi về mặt tiến hóa.
Nhưng mỗi loại cây trồng sẽ khác nhau, vì vậy các nhà khoa học phải thử nghiệm từng loại cây để xem chúng phản ứng như thế nào với bóng râm. Mark Uchanski, một nhà khoa học làm vườn tại Đại học Bang Colorado, người đang nghiên cứu về lĩnh vực nông điện và đã thử nghiệm kịch bản chính xác đó cho biết: “Ví dụ: chúng tôi có thể sẽ không khuyên ai đó nên trồng bí mùa hè trực tiếp trong bóng râm sâu nhất, ngay dưới một bảng điều khiển. “Vị trí tốt hơn cho điều đó có thể xa hơn về phía các rìa nơi có nhiều khả năng nhận được nhiều ánh nắng hơn một chút, bởi vì chúng tôi đã thấy năng suất giảm trong trường hợp đó.”
Mặc dù việc lắp đặt các tấm pin đòi hỏi một số chi phí trả trước, nhưng chúng thực sự có thể giúp nông dân kiếm được một số tiền, như Kominek đã nói với Grist trong câu chuyện năm 2020 này trước khi các tấm pin của anh ấy được đưa vào sử dụng. Họ sẽ sản xuất năng lượng để vận hành trang trại và người nông dân có thể bán bất kỳ phần thặng dư nào để trả lại cho một công ty tiện ích. Và vì một số cây — như những thành phần salsa đó trong các thí nghiệm của Barron-Gafford — sẽ sử dụng ít nước hơn, điều đó có thể giảm chi phí tưới tiêu. Khanna nói: “Nếu chúng ta thực sự có thể cho phép nông dân đa dạng hóa sản xuất của họ và khai thác nhiều hơn từ cùng một diện tích đất, thì điều đó có thể mang lại lợi ích cho họ. “Có cây trồng và các tấm pin mặt trời có lợi hơn cho môi trường hơn là chỉ sử dụng các tấm pin mặt trời”.
Kiểu thiết lập này cũng làm mát các tấm pin mặt trời theo hai cách: Nước bốc hơi từ đất bốc lên về phía các tấm pin và thực vật tự giải phóng nước. Điều này thật tốt cho hiệu quả của tấm nền, vì chúng thực sự hoạt động kém hơn khi chúng quá nóng. Chúng tạo ra dòng điện khi các photon của mặt trời đánh bật các electron ra khỏi nguyên tử, nhưng nếu chúng quá nóng, các electron sẽ bị kích thích quá mức và không tạo ra nhiều điện khi chúng bị tách ra.
Và cũng giống như việc đặt các tấm pin mặt trời trên các con kênh, việc sử dụng đất nông nghiệp sẽ giúp bạn không tốn thêm diện tích đất. Để triển khai mảng năng lượng mặt trời truyền thống, trước tiên bạn cần giải phóng không gian. Nhưng kênh mương và các cánh đồng nông nghiệp đã được sử dụng. “Đây là động lực vĩ mô lớn để khiến mọi người ngồi vào bàn và suy nghĩ về việc: Phát triển kinh tế nông thôn như thế nào, và tương lai của nông nghiệp là gì?” Andrea Gerlak, một nhà khoa học xã hội tại Đại học Arizona, người đang làm việc với Barron-Gafford về việc triển khai điện nông. “Nếu nó cho phép nông nghiệp thông minh, nông nghiệp bền vững và sử dụng ít nước hơn, thì đó chính là động lực lớn để khiến mọi người nói chuyện.”
Nhưng điện nông sẽ không hoạt động cho mọi trang trại. Các tấm pin mặt trời vẫn là một khoản đầu tư đáng kể, đặc biệt là trên quy mô thực địa. Việc điều khiển xung quanh chúng với các thiết bị thu hoạch hạng nặng cũng sẽ là một thách thức, vì vậy Khanna nói rằng các mảng này nên được thiết kế như một hệ thống linh hoạt. Khanna nói: “Ý tưởng là bạn có những tấm này không chỉ được cố định ở một góc nhất định và đứng yên. “Chúng thực sự sẽ có thể xoay và trở nên thẳng đứng, và để thiết bị đi qua.”
Kominek nói thêm rằng Hoa Kỳ đang chứng kiến sự chuyển giao đất nông nghiệp ồ ạt từ thế hệ già sang thế hệ trẻ, điều này phải quyết định xem phải làm gì với tài sản thừa kế của họ. Đối mặt với những khó khăn của hạn hán và nắng nóng, sự cám dỗ có thể là nói, “Hãy xuống địa ngục với mùa màng” và bao phủ một trang trại hoàn toàn bằng các tấm pin mặt trời. Nhưng ông và Barron-Gafford không nghĩ rằng nó phải là một trong hai hoặc một mệnh đề.
“Câu hỏi đặt ra cho các nhà hoạch định chính sách và chủ sở hữu đất là chúng ta sẽ lấy đi rất nhiều đất canh tác – đất mà chúng ta có thể có gà, bò, rau, cây lâu năm và những thứ khác – và chỉ cần đặt các tấm pin mặt trời và cỏ dại mọc bên dưới họ?” Kominek hỏi. “Hay chúng ta sẽ tạo ra các quy định giúp giữ cho đất đó hoạt động, giúp nó tiếp tục hoạt động hiệu quả, giống như nó đã làm trong nhiều thập kỷ hoặc thế kỷ trước?”
Barron-Gafford cũng chỉ ra rằng năng lượng điện không cần giới hạn trong các loại cây trồng mà con người ăn. Một người nông dân có thể để cỏ bản địa mọc hoang dưới các tấm che, cung cấp thức ăn cho gia súc, cũng sẽ được hưởng lợi từ bóng râm. Hoặc chúng có thể thúc đẩy sự phát triển của thực vật đối với các loài thụ phấn bản địa như ong. Với sự quản lý phù hợp, vùng đất đó có thể đảm nhận hai nhiệm vụ như một khu rừng tổng hợp — chỉ vì nó được che bóng, không có nghĩa là sự sống không thể sinh sôi bên dưới.
Kominek nói: “Tôi nghĩ mọi thứ đều thích một chút bóng râm. “Có khá nhiều loại cây trồng thích thú với nó. Và khi ở ngoài trời 100 độ, tôi tận hưởng bóng râm ”.
Source: https://www.wired.com/story/growing-crops-under-solar-panels-now-theres-a-bright-idea/
