Agrovoltaics - phương pháp lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời bên cạnh đất nông nghiệp - đang được áp dụng thường xuyên hơn trên khắp thế giới như một cách để giới thiệu năng lượng sạch phân tán mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng đất.
Theo nghiên cứu từ Đại học Bang Oregon, việc sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng nông nghiệp đồng địa điểm có thể cung cấp 20% tổng sản lượng điện ở Hoa Kỳ. Theo các nhà nghiên cứu, việc lắp đặt điện nông nghiệp quy mô lớn có thể giúp giảm 330 nghìn tấn khí thải carbon dioxide hàng năm với tác động “tối thiểu” đến năng suất cây trồng.
Theo nghiên cứu, một khu vực có diện tích bằng bang Maryland sẽ cần thiết để năng lượng điện nông chiếm 20% sản lượng điện ở Hoa Kỳ. Đó là khoảng 13,000 dặm vuông, tương đương 1 phần trăm diện tích nông nghiệp hiện tại của Hoa Kỳ. Trên quy mô toàn cầu, người ta ước tính rằng 1% diện tích đất nông nghiệp có thể sản xuất năng lượng mà thế giới cần nếu được chuyển đổi thành quang điện mặt trời.
Có nhiều cách để cài đặt các tấm pin agrovoltaic. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là nâng cao cơ sở để có chỗ cho thiết bị nông nghiệp hoặc gia súc di chuyển tự do bên dưới. Một thiết kế hợp thời trang khác là định hướng các tấm pin quang điện theo chiều dọc, để lại khoảng trống rộng rãi giữa các hàng tấm pin.
Hoa Kỳ
Ở Somerset, California, các tấm pin mặt trời thẳng đứng Sunzaun do Đức thiết kế đã được lắp đặt trên một vườn nho. Trình cài đặt Sunstall đã phát triển cài đặt, bao gồm 43 mô-đun 450 W được kết nối với một bộ chuyển đổi vi mô và hai pin.
Thiết kế tối giản đã sử dụng các lỗ trên khung của các mô-đun để tạo ra một phần đính kèm đơn giản vào hai cọc, giúp tránh được sự cần thiết của hệ thống giá đỡ nặng nề. Các mô-đun năng lượng mặt trời hai mặt tạo ra năng lượng ở cả hai phía của mảng định hướng theo chiều dọc.
Trong các hệ thống truyền thống được thiết kế theo hướng nằm ngang, các thanh ray được sử dụng để gắn các bảng trên hệ thống giá đỡ thường được cắt để phù hợp với kích thước dự định của bảng. Nếu kích thước bảng điều khiển thay đổi sau khi việc mua sắm tất cả các thành phần khác đã hoàn tất, dự án có thể bị chậm trễ trong khi đường ray được thiết kế lại để phù hợp với kích thước bảng điều khiển được cập nhật. Thiết kế Sunzaun cho phép dễ dàng thích ứng với sự thay đổi kích thước của bảng điều khiển bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa mỗi ngăn xếp. Cũng có thể điều chỉnh chiều cao của các tấm so với mặt đất nếu cần thiết.
Nước Đức
Các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Ứng dụng Leipzig đã nghiên cứu tác động tiềm ẩn của việc triển khai ồ ạt các hệ thống quang điện thẳng đứng hướng tây-đông trên thị trường năng lượng Đức. Họ đã phát hiện ra rằng những cài đặt này có thể có tác dụng có lợi trong việc ổn định lưới điện của đất nước, đồng thời cho phép tích hợp nhiều hơn với các hoạt động nông nghiệp so với các nhà máy quang điện trên mặt đất thông thường.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng các hệ thống quang điện thẳng đứng có thể thay đổi hiệu suất năng lượng mặt trời vào những giờ có nhu cầu điện cao nhất và nguồn cung cấp điện nhiều nhất trong những tháng mùa đông, do đó giảm hạn chế năng lượng mặt trời.
”Nếu một bộ lưu trữ điện 1 TW năng lượng sạc và xả và 1 TWh công suất được tích hợp vào mô hình hệ thống năng lượng, hiệu quả sẽ giảm xuống mức tiết kiệm CO2 lên tới 2.1 Mt/a với 70% mô-đun dọc được định hướng từ phía đông về phía tây và 30 phần trăm nghiêng về phía nam,” họ nói. “Cuối cùng, mặc dù có vẻ không thực tế đối với một số người để đạt được tỷ lệ 70% nhà máy điện thẳng đứng, nhưng ngay cả tỷ lệ thấp hơn cũng có tác động có lợi.”
Nhật Bản
Tại Nhật Bản, Luxor Solar KK, một công ty con của nhà sản xuất mô-đun Luxor Solar của Đức, đã xây dựng một hệ thống quang điện thẳng đứng 8.3 kW trong bãi đậu xe của một nhà máy chế biến gạo thuộc sở hữu của Eco Rice Niigata.
“Những chiếc ô tô sẽ được đậu giữa các hệ thống thẳng đứng”” Uwe Liebscher, giám đốc điều hành của Luxor Solar KK, giải thích với tạp chí PV. “Mục tiêu của hệ thống này là thể hiện độ bền trong mùa đông và hiệu suất năng lượng bổ sung do sự phản chiếu của tuyết.” Mặt khác, Niigata được biết đến là khu vực có lượng tuyết rơi cao, với lớp tuyết dày tới 2 hoặc 3 mét vào mùa đông.”
Hệ thống hướng về phía nam có các mô-đun năng lượng mặt trời dị thể của Luxor Solar, cũng như các hệ thống lắp đặt từ chuyên gia quang điện dọc Next2Sun của Đức và các bộ biến tần từ Omron của Nhật Bản. Tổ hợp dọc sẽ cung cấp điện cho nhà máy chế biến gạo nằm bên cạnh hệ thống. Thành phố Nagaoka đã tài trợ cho dự án 2 triệu yên ($14,390).
Ông giải thích: “Việc lắp đặt theo chiều dọc chỉ sử dụng một không gian tối thiểu của đất nông nghiệp, trong khi vẫn duy trì hơn 85% ánh sáng chiếu tới cây trồng, đảm bảo sự cân bằng tối ưu giữa năng lượng mặt trời và nông nghiệp, một điều rất quan trọng ở Nhật Bản. “Điều này cho phép chúng tôi xây dựng các hệ thống điện nông nghiệp trên đất nông nghiệp tiện ích công cộng, chẳng hạn như lúa mì, khoai tây hoặc gạo, trên quy mô lớn.”
Nước pháp
Tại Pháp, TotalEnergies và InVivo, một chuyên gia về nông điện, đã ra mắt một thiết bị biểu diễn nông điện thẳng đứng 111 kW. TotalEnergies cho biết việc lắp đặt thí điểm sẽ điều tra tác động của các tấm pin mặt trời đối với năng suất nông nghiệp, cũng như đa dạng sinh học, lưu trữ carbon và chất lượng nước của khu vực.
Thierry Muller, Giám đốc điều hành của TotalEnergies Renouvelables France cho biết: “Chúng tôi tin rằng sự phối hợp được phát triển giữa sản xuất điện xanh, khí sinh học và nông nghiệp là một trong những câu trả lời để đảm bảo sự độc lập về năng lượng và lương thực của chúng ta.
Thụy Điển
Các nhà khoa học từ Đại học Mälardalen (Thụy Điển) đã phát triển mô hình tính toán động lực học chất lỏng (CFD) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích vi khí hậu trong các dự án quang điện thẳng đứng. Mô phỏng CFD được sử dụng để giải các phương trình phức tạp về dòng chất rắn và khí đi qua và xung quanh các vật thể, có thể được sử dụng để phân tích vi khí hậu trong các hệ thống điện nông nghiệp.
Nhà nghiên cứu Sebastian Zainalli cho biết: “Các mô hình hệ thống nông nghiệp (AV) sẽ thường xuyên được sử dụng để thiết kế các hệ thống AV mới, cũng như để ra quyết định, vì các thay đổi vi khí hậu có thể được phân tích/dự đoán dựa trên vị trí và giải pháp của hệ thống AV”. nói với pv tạp chí.w
Nghiên cứu đã quan sát thấy cường độ bức xạ mặt trời giảm 38% ở các khu vực mặt đất được che bởi các mô-đun quang điện thẳng đứng.
Nguyên tắc chủ chốt
Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ đã đưa ra năm nguyên tắc cho sự thành công của nông điện, bao gồm:
Điều kiện khí hậu, đất đai và môi trường: Các điều kiện môi trường của một nơi phải phù hợp cho cả việc sản xuất năng lượng mặt trời và các loại cây trồng hoặc thảm thực vật mong muốn.
Cấu hình, công nghệ và thiết kế năng lượng mặt trời: Việc lựa chọn công nghệ năng lượng mặt trời, cách bố trí địa điểm và các cơ sở hạ tầng khác có thể ảnh hưởng đến mọi thứ, từ lượng ánh sáng chiếu tới các tấm pin mặt trời cho đến việc liệu máy kéo có thể đi qua bên dưới các tấm pin hay không, nếu cần. “Cơ sở hạ tầng này sẽ tồn tại trong 25 năm tới, vì vậy nó phải được thực hiện đúng mục đích sử dụng. James McCall, một nhà nghiên cứu của NREL làm việc trên InSPIRE, cho biết sự thành công của dự án sẽ phụ thuộc vào nó.
Lựa chọn cây trồng và phương pháp trồng trọt, hạt giống và thiết kế thảm thực vật cũng như phương pháp quản lý: Các dự án nông nghiệp nên chọn cây trồng hoặc lớp phủ mặt đất phát triển mạnh dưới các tấm pin trong điều kiện khí hậu địa phương và có lợi nhuận ở thị trường địa phương.
Khả năng tương thích và tính linh hoạt: Agrovoltaics phải được thiết kế theo cách thích ứng với nhu cầu mâu thuẫn của chủ sở hữu lắp đặt năng lượng mặt trời, nhà điều hành năng lượng mặt trời và nông dân hoặc chủ đất để cho phép các hoạt động nông nghiệp hiệu quả.
Hợp tác và Đối tác: Để bất kỳ dự án nào thành công, giao tiếp và hiểu biết giữa các nhóm là rất quan trọng.
Một nguồn: https://www.pv-magazine-mexico.com