Nghiên cứu đã tìm ra hướng giải quyết được nhiều nhược điểm mà các mô hình Điện – Nông truyền thống trước đây đang gặp phải.
Mới đây các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu cho phát triển mô hình Điện – Nông. Nghiên cứu đã tìm ra hướng giải quyết được nhiều nhược điểm mà các mô hình Điện – Nông truyền thống trước đây đang gặp phải.
Khái niệm Điện - Nông lần đầu được các nhà khoa học Đức đưa ra vào năm đầu thập niên 80 của thế kỷ XX. Đến nay, sau gần nửa thế kỷ, nhiều quốc gia đã áp dụng và chứng minh hiệu quả kinh tế, môi trường. Mô hình Điện - Nông là lắp đặt pin mặt trời trên đồng ruộng, để một mảnh đất vừa tạo ra điện, vừa tiếp tục nuôi cây trồng. Tại châu Âu, Nhật Bản hay Anh, nhiều nghiên cứu cho thấy cách tiếp cận này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất, mở ra hướng phát triển nông nghiệp bền vững gắn với năng lượng sạch. Tuy nhiên, phần lớn các mô hình Điện - Nông vẫn dựa trên pin mặt trời SILIC (Silicon Solar Cell) tấm phẳng truyền thống. Cây trồng phát triển được là nhờ ánh sáng đi qua các khoảng trống giữa các tấm pin. Vì vậy, muốn cây phát triển tốt thì phải giãn khoảng cách các tấm pin, nhưng như vậy sẽ kéo hiệu suất phát điện đi xuống trên cùng một diện tích đất. Nói cách khác, hệ thống Điện - Nông hiện nay đang phải đánh đổi giữa điện và nông nghiệp, chứ chưa thực sự tối ưu cho cả hai.
Từ những hạn chế trên, Phó Giáo sư, Tiến sỹ Trần Quốc Tiến, Phó Viện trưởng Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và nhóm nghiên cứu thuộc Viện phối hợp với nhóm nghiên cứu Đại học Myongji, Hàn Quốc thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Viện: “Nghiên cứu phát triển mô hình điện mặt trời hội tụ cao tách phổ định hướng ứng dụng trong hệ thống Điện – Nông” phát triển mô hình hệ thống Điện - Nông tập trung tách phổ ánh sáng đỏ (RSSCA).
Theo nghiên cứu, phần ánh sáng đỏ, vùng phổ đặc biệt quan trọng đối với quá trình quang hợp, được ưu tiên dẫn xuống ruộng nhằm bổ sung cường độ ánh sáng cần thiết cho cây trồng. Phần ánh sáng còn lại được hội tụ để phát điện, tạo ra năng lượng với hiệu suất cao và được tối ưu hóa theo thiết kế hệ thống.
Nhờ cách phân bổ này, ánh sáng đi qua hệ Điện – Nông ứng dụng công nghệ quang điện tập trung vẫn tiếp tục đáp ứng nhu cầu sinh trưởng của cây trồng. Trong nghiên cứu, cây lúa, cây lương thực nhiệt đới tiêu biểu và có ý nghĩa chiến lược đối với Việt Nam được lựa chọn làm đối tượng, nhằm đánh giá hiệu quả của mô hình tính toán và thiết kế hệ thống đã phát triển.
Phó Giáo sư, Tiến sỹ Trần Quốc Tiến cho biết, điểm mới của nghiên cứu là tập trung vào đưa ra giải pháp tích hợp linh kiện về mặt quang học và xây dựng mô hình giúp truyền chọn lọc ánh sáng đỏ cần cho quá trình quang hợp tới diện tích canh tác và đồng thời chuyển hướng phần quang phổ còn lại tới các pin mặt trời đa chuyển tiếp hiệu suất cao (đây là vấn đề còn đang cần khắc phục của các hệ điện nông đã và đang phát triển trên thế giới).
Kết quả nghiên cứu đã giúp xây dựng được mô hình hệ thống điện nông tập trung phân tách phổ ánh sáng đỏ (RSSCA) giải quyết được vấn đề cân bằng giữa năng suất nông nghiệp và mở rộng hạ tầng năng lượng mặt trời. Phương án cho phép phát triển trồng trọt và tạo ra điện cùng lúc mà không cạnh tranh đất đai. Kết quả mô phỏng và phân tích cho thấy hệ thống RSSCA đạt hiệu suất chuyển đổi từ quang sang điện là 31,2%, vượt trội so với các hệ thống PV thông thường (chỉ đạt dưới 20%).
Phó Giáo sư, Tiến sỹ Trần Quốc Tiến chia sẻ: Việt Nam có cường độ bức xạ mặt trời lớn, ổn định, đồng thời là quốc gia nông nghiệp hàng đầu. Nếu giải được bài toán xung đột giữa điện mặt trời và đất canh tác thì hiệu quả về kinh tế, năng lượng và môi trường sẽ rất lớn. Điện - Nông có thể không chỉ là giải pháp kỹ thuật mà sẽ là hướng tiếp cận mang tính chiến lược cho phát triển bền vững nông nghiệp trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Các kết quả thành công của nghiên cứu này mới chỉ là bước khởi đầu, chỉ ra tiềm năng ứng dụng về mặt công nghệ. Nhóm nghiên cứu sẽ cố gắng tìm các nguồn tài trợ đủ để xây dựng mô hình thực tại một hoặc một số địa phương trong cả nước. Qua đó kiểm chứng các kết quả mà mô hình mô phỏng, tính toán, thiết kế đã đạt được một cách trực quan và thực tế.
“Theo tôi, các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào thử nghiệm thực địa dài hạn; nâng cao chất lượng và độ tin cậy của các linh kiện quang học và cơ khí sử dụng trong hệ thống, nghiên cứu điều chỉnh quang phổ bức xạ theo từng loại cây trồng, địa phương và đánh giá tính khả thi về kinh tế nhằm thúc đẩy ứng dụng và mở rộng quy mô. Bên cạnh đó cần có sự đánh giá kỹ lưỡng của các nhà khoa học, chuyên gia, nhà quản lý cũng như doanh nghiệp, nếu cần, có thể phải tìm kiếm nguồn đầu tư “mạo hiểm” để kiểm chứng và đánh giá hiệu quả cuối cùng của hệ thống trước khi nhân rộng ra đại trà”, Phó Giáo sư, Tiến sỹ Trần Quốc Tiến cho biết/..
