Ảnh hưởng khoảng cách giữa các tấm quang năng tới hiệu suất canh tác nông nghiệp.

Ảnh hưởng khoảng cách giữa các tấm quang năng tới hiệu suất canh tác nông nghiệp.

Tăng khoảng cách giữa các hàng mô-đun tấm quang năng giúp tăng tính khả thi của hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời.

Các nhà nghiên cứu Mỹ đã phát triển một khuôn khổ cho thấy rằng việc bố trí khoảng cách rộng hơn giữa các hàng tấm pin mặt trời có thể giúp hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời trở nên khả thi về mặt kinh tế đối với canh tác cơ giới hóa quy mô lớn. Các mô phỏng của họ ở Colorado đã chứng minh rằng khoảng cách hàng tối ưu giúp duy trì sản lượng cây trồng đồng thời cải thiện doanh thu kết hợp giữa nông nghiệp và năng lượng.

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Colorado dẫn đầu đã phân tích xem việc tăng khoảng cách giữa các hàng tấm quang năng có thể giúp hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời trở nên khả thi về mặt kinh tế đối với nền nông nghiệp cơ giới hóa quy mô lớn hay không.

“Đóng góp chính của bài báo chúng tôi là một khuôn khổ để phân tích kinh tế của hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời trên diện rộng,” tác giả chính Brian Mirletz chia sẻ với tạp chí pv magazine . “Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào hệ thống nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời bên dưới các tấm pin; chúng tôi muốn cung cấp một phương pháp để khám phá kỹ thuật mới này nhằm tích hợp năng lượng mặt trời và nông nghiệp. Điều này có thể cho phép mở rộng quy mô công nghệ này theo cách thúc đẩy khả năng chi trả năng lượng cũng như duy trì sản xuất nông nghiệp cơ giới hóa quy mô lớn.”

Tuy nhiên, Mirletz nhấn mạnh rằng hạn chế chính của nghiên cứu này là giả định rằng một thực thể sở hữu đất đai, sở hữu hệ thống quang điện và thực hiện việc canh tác. Ông nói thêm: “Hiện tại chúng tôi đang nỗ lực giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển một mô hình xem xét các yếu tố đó như những thực thể riêng biệt để mang lại sự linh hoạt hơn trong việc thể hiện các thỏa thuận sở hữu và cho thuê khác nhau. Chúng tôi cũng đang trong quá trình hoàn thành một nghiên cứu toàn diện hơn về chi phí vốn liên quan đến nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời nói chung.”

Khung phân tích của nhóm nghiên cứu trước tiên xác định các kịch bản khoảng cách hàng tấm pin mặt trời khác nhau, từ đó xác định công suất pin mặt trời lắp đặt. Sau đó, mô hình tích hợp các ràng buộc về thiết bị nông nghiệp cụ thể cho loại cây trồng đã chọn và, dựa trên đó, tính toán doanh thu từ cây trồng. Đồng thời, mô hình pin mặt trời ước tính sản lượng điện và doanh thu điện thu được từ việc bán điện theo thỏa thuận mua bán điện (PPA). Doanh thu từ nông nghiệp và năng lượng, cùng với chi phí hệ thống, sau đó được sử dụng để tính toán các chỉ số như giá trị hiện tại ròng (NPV) và chi phí năng lượng bình quân (LCOE).

Để minh họa cho khung lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng một dự án rộng 160 mẫu Anh (64,75 ha) ở Colorado, được lắp đặt trên một mảnh đất hình vuông trong 25 năm. Họ giả định cấu hình hệ thống quang điện quy mô lớn, với các tấm pin được lắp đặt cách mặt đất 1,2-1,5 m và có thể xoay tới 50 độ để theo dõi hướng mặt trời suốt cả ngày. Bốn kịch bản cây trồng đã được xem xét:

• khoai tây, cần khoảng cách an toàn 9,66 m để thiết bị nông nghiệp có thể hoạt động;
• hành tây, với yêu cầu tương tự;
• củ cải đường, với khoảng cách tối thiểu 12,71 m;
• và lúa mì, với khoảng cách 18,81 m.

Các kịch bản về khoảng cách trồng và loại cây trồng khác nhau được thực hiện với giá PPA dao động từ 0 USD/kWh đến 0,07 USD/kWh, tăng dần 0,0005 USD, và lợi nhuận từ cây trồng ngoài trời dao động từ -1.000 USD đến 1.000 USD /mẫu Anh, tăng dần 50 USD. Ngoài ra, phân tích độ nhạy đã xem xét tác động của chi phí đầu tư (Capex) và thử nghiệm các quy mô trang trại khác nhau, từ 80 đến 640 mẫu Anh, và các vị trí địa lý khác nhau trên 64 quận ở Colorado.

“Một điều khiến chúng tôi chú ý là sự nhạy cảm của kết quả đối với kích thước thiết bị,” Mirletz nói. “Điểm hòa vốn của mỗi hệ thống tập trung xung quanh số lượt thiết bị có thể đi qua, sao cho, tùy thuộc vào lợi nhuận cây trồng, chênh lệch 1,524 m (5 ft) có thể làm thay đổi giá PPA cần thiết để hòa vốn lên tới 5% hoặc hơn. Điều này thậm chí còn phức tạp hơn khi xem xét các yếu tố như luân canh cây trồng.”

Phân tích cho thấy rằng, trong một số trường hợp, các giải pháp nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời với hàng ruộng rộng hơn, cho phép tiếp tục sản xuất cây trồng bằng máy móc, có thể mang lại lợi ích kinh tế hơn so với hệ thống quang điện quy mô lớn truyền thống.

Đối với hầu hết các loại cây trồng được khảo sát, lợi nhuận nông nghiệp khoảng 200 đô la/mẫu Anh đã biện minh cho việc bố trí các tấm pin mặt trời cách nhau ít nhất 9,662 m để phù hợp với cấu hình nông nghiệp kết hợp quang điện so với cấu hình chỉ sử dụng pin mặt trời. Thêm vào đó, cơ hội tăng doanh thu nông nghiệp với hệ thống nông nghiệp kết hợp quang điện cho phép kinh tế dự án điện mặt trời chịu được phạm vi biến động chi phí đầu tư rộng hơn mà vẫn khả thi về mặt kinh tế so với cấu hình chỉ sử dụng pin mặt trời.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trong bài báo “ Spaced out: An economic framework to explore the impacts of PV panel spacing on large-scale farming in Colorado ” trên tạp chí Agricultural Systems . Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Rockies của Colorado , Đại học Bang Colorado và Sở Nông nghiệp Colorado đã tham gia vào nghiên cứu này.

Bài được dịch từ PV magazine