Ứng dụng điện mặt trời trong nông nghiệp

Ứng dụng điện mặt trời trong nông nghiệp trải dài trong cả trồng trọt, chăn nuôi và điện sinh hoạt nông thôn. Ứng dụng điện năng lượng mặt trời nông nghiệp, nông thôn ngày càng trở nên phổ biến, với chi phí ngày một rẻ hơn, đầu tư ngày một hiệu quả.

Trong bài viết này, Nhà Bè Agri sẽ cùng bà con tìm hiểu xem các ứng dụng và tầm quan trọng của Điện năng lượng mặt trời trong nông nghiệp, nông thôn như thế nào.

1. Các kiến thức chung về điện mặt trời trong nông nghiệp, nông thôn

1.1. Ứng dụng điện năng lượng mặt trời trong nông nghiệp

Nhiều hoạt động nông nghiệp có thể kết hợp với năng lượng mặt trời, bao gồm cây trồng, vật nuôi, nhà kính và thực vật hoang dã để hỗ trợ thụ phấn. Hệ thống Agrivoltaic có thể bao gồm các tấm pin mặt trời giữa các loại cây trồng, được lắp cao hơn cây trồng hoặc trên nhà kính.

Tấm pin mặt trời giúp cây trồng giữ độ ẩm và giảm nhiệt độ,và có thể cung cấp nơi trú ẩn cho động vật chăn nuôi. Việc sử dụng đất kép cũng có thể mang lại nguồn thu nhập đa dạng cho nông dân.

Tấm pin mặt trời chặn ánh sáng, điều này có nghĩa là thiết kế các hệ thống sử dụng kép có thể đòi hỏi phải đánh đổi giữa việc tối ưu hóa năng suất cây trồng, chất lượng cây trồng và sản xuất năng lượng. Một số loại cây trồng và vật nuôi được hưởng lợi từ việc tăng bóng râm, làm giảm hoặc thậm chí loại bỏ sự đánh đổi.

1.2. Khái niệm Điện năng lượng mặt trời trong nông nghiệp

Điện mặt trời trong nông nghiệp Agrivoltaics (nông điện, nông quang điện, năng lượng mặt trời sử dụng kép, tên tiếng Anh là Agricultural photovoltaics – APV, hay còn gọi là Agri- PV) là việc sử dụng đất cho mục đích năng lượng mặt trời và nông nghiệp. Kỹ thuật này lần đầu tiên được Adolf Goetzberger và Armin Zastrow nghĩ ra vào năm 1981.

Thực hành nông-điện khác nhau tùy theo từng quốc gia. Ở Châu Âu và Châu Á, nơi khái niệm này lần đầu tiên được tiên phong, thuật ngữ nông-điện được áp dụng cho công nghệ sử dụng kép chuyên dụng, thường là hệ thống giá đỡ hoặc cáp để nâng mảng năng lượng mặt trời lên khoảng năm mét so với mặt đất để máy móc nông nghiệp có thể tiếp cận đất, hoặc hệ thống lắp đặt tấm pin mặt trời trên mái nhà kính.

Đến năm 2019, một số tác giả đã bắt đầu sử dụng thuật ngữ nông-điện rộng hơn, để bao gồm bất kỳ hoạt động nông nghiệp nào trong số các mảng năng lượng mặt trời, bao gồm cả các mảng năng lượng mặt trời thông thường ban đầu không được thiết kế để sử dụng kép. Ví dụ, cừu có thể được chăn thả giữa các tấm pin mặt trời thông thường mà không cần bất kỳ sửa đổi nào.Tương tự như vậy, một số người quan niệm nông-điện rộng đến mức chỉ bao gồm việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái chuồng trại.

1.3. Cấu trúc hệ thống nông điện

Nông điện thường được ứng dụng với 3 dạng cấu trúc:

• Các tấm pin xen kẽ và cây trồng
• Các tấm pin cao hơn cây trồng/vật nuôi
• Các tấm pin trên nhà kính

Cả ba hệ thống đều có một số biến số được sử dụng để tối đa hóa năng lượng mặt trời được hấp thụ trong cả tấm pin và cây trồng. Biến số chính được tính đến đối với hệ thống nông điện là góc nghiêng của tấm pin mặt trời. Các biến số khác được tính đến khi lựa chọn vị trí của hệ thống nông điện là loại cây trồng được chọn, chiều cao tấm pin, độ rọi mặt trời và khí hậu của khu vực.

Trong bài báo đầu tiên năm 1982 của mình, Goetzberger và Zastrow đã công bố một số ý tưởng về cách tối ưu hóa các công trình nông điện.

• Hướng của tấm pin mặt trời ở phía nam đối với tấm pin cố định hoặc hướng đông-tây đối với tấm pin quay trên một trục,
• Khoảng cách giữa các tấm pin mặt trời để truyền đủ ánh sáng đến cây trồng trên mặt đất
• Độ cao của cấu trúc hỗ trợ của tấm pin mặt trời để đồng nhất lượng bức xạ trên mặt đất.

Các cơ sở thử nghiệm thường có một khu vực nông nghiệp kiểm soát. Vùng kiểm soát được khai thác trong cùng điều kiện như thiết bị nông điện để nghiên cứu tác động của thiết bị đến sự phát triển của cây trồng.

2. Các mô hình điện mặt trời nông nghiệp

Mô hình điện mặt trời nông nghiệp không còn xa lạ trong cuộc sống hiện nay. Một số mô hình phổ biến có thể kể đến như nuôi tôm kết hợp điện mặt trời, ứng dụng cho trồng trọt, ứng dụng cùng nhà kính…

Điện mặt trời nông nghiệp tại Việt Nam vài năm trở lại đây được nhiều cá nhân và doanh nghiệp đầu tư. Nhiều dự án điện mặt trời kết hợp nông nghiệp với công nghệ cao được triển khai ở các tỉnh thành như tại Bình Thuận, Gia Lai, Ninh Thuận, Bình Dương, Nam Định…

Cụ thể, Ninh Thuận có một dự án điện mặt trời kết hợp nông nghiệp công nghệ cao được xây dựng trên diện tích 832 ha, tổng vốn đầu tư lên đến 7.920 tỷ đồng, tạo ra 300 MW điện mặt trời và sản xuất các loại cây lương thực và cây công nghiệp. Đây là dự án lớn nhất trong lĩnh vực này tại Việt Nam hiện nay.

Hoặc tại Nam Định, gia đình ông Trần Văn Quyến đã đầu tư hệ thống điện mặt trời với công suất 30kW từ 60 tấm pin lắp đặt trên mái trang trại chăn nuôi gà công nghiệp quy mô lên đến 20 nghìn con. Hệ thống điện mặt trời giúp gia đình ông tiết kiệm được 50% chi phí điện hàng tháng và bán thêm điện cho lưới.

Những dự án này cho thấy rằng mô hình điện mặt trời nông nghiệp có nhiều tiềm năng và lợi ích cho phát triển kinh tế và xã hội tại Việt Nam. Tuy nhiên, để mô hình được nhân rộng hơn cần có sự hỗ trợ và khuyến khích từ chính phủ, các cơ quan liên quan cùng sự hợp tác, chia sẻ kinh nghiệm giữa các nhà đầu tư và các bên liên quan.

2.1 Mô hình nuôi tôm kết hợp điện mặt trời

Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo, một nguồn năng lượng không gây ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Tại TP.HCM, vào năm 2018, đã có một hội thảo quốc tế về cách áp dụng năng lượng tái tạo vào các ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản, trái cây… Hội thảo được tổ chức bởi Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Hiệp hội Năng lượng mới và tái tạo Hàn Quốc.

Theo Tổng cục thủy sản, chi phí điện chiếm khoảng 10% tổng chi phí nuôi tôm. Một vấn đề nữa là có tới 10-30% diện tích nuôi tôm thường xuyên thiếu điện, do đó các khu vực này phải sử dụng máy nổ với chi phí cao, và gây ô nhiễm môi trường.

2.2 Mô hình ứng dụng điện mặt trời nông nghiệp cho trồng trọt

Trồng trọt là ứng dụng phổ biến nhất thường được ứng dụng với điện nông. Các ứng dụng cụ thể có thể kể đến như:

• Chạy bơm năng lượng mặt trời để tưới tiêu
• Thắp sáng cho cây trồng vào ban đêm (Sử dụng pin trữ điện năng lượng mặt trời) để phát sáng ban đêm
• Làm mát cho nhà kính, nhà màng
• Chạy quạt tạo gió
• Tự động thu cuốn mái che trồng trọt.

Ngoài ra, điện mặt trời nông nghiệp còn ứng dụng cho trồng trọt với nhiều mô hình. Chẳng hạn như cho hệ thống tưới tiêu, trong trồng Thanh long, kết hợp với sản xuất nông nghiệp công nghệ cao và mô hình rau sạch + năng lượng sạch.

2.2.1 Ứng dụng điện mặt trời nông nghiệp cho hệ thống tưới tiêu

Một trong những ứng dụng của điện mặt trời nông nghiệp là cho hệ thống tưới tiêu. Đây là một yếu tố quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở những vùng khô hạn hoặc thiếu nước. Tuy nhiên, việc sử dụng điện lưới để vận hành hệ thống tưới tiêu thường gặp nhiều khó khăn như chi phí cao, nguồn cung không ổn định, gây lãng phí và ô nhiễm. 

Do đó, việc sử dụng điện mặt trời để vận hành hệ thống tưới tiêu là một giải pháp hiệu quả và bền vững. Điện mặt trời không chỉ cung cấp nguồn điện miễn phí và liên tục cho hệ thống tưới tiêu mà còn giúp tiết kiệm nước, tăng năng suất và chất lượng của cây trồng.

Tham khảo thêm: Bơm năng lượng mặt trời

2.2.2 Mô hình trồng nho ứng dụng điện năng lượng mặt trời

Nho là cây trồng có giá trị kinh tế cao, Nho được trồng phổ biến ở khu vực Ninh Thuận, một số khu vực trên Đà Lạt hay các tính Bắc Trung Bộ…

Điện mặt trời cung cấp điện cho hệ thống bơm tưới tiêu, đồng thời lưu trữ điện vào ban đêm để thắp đèn, hoặc các trang thiết bị khác như quạt, thiết bị phun sương (trường hợp trồng trong nhà kính).

2.2.3 Đầu tư năng lượng mặt trời kết hợp với sản xuất nông nghiệp công nghệ cao

Ngoài ra, điện mặt trời nông nghiệp còn có thể kết hợp với sản xuất nông nghiệp công nghệ cao để tạo ra những mô hình hiệu quả và sáng tạo. Ví dụ như mô hình nhà kính thông minh sử dụng điện mặt trời để trồng các loại rau, hoa, quả có giá trị kinh tế cao. 

Nhà kính thông minh là một hệ thống tự động hóa các quá trình canh tác như tưới tiêu, bón phân, điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm… bằng cách sử dụng các cảm biến và thiết bị điện tử được cấp điện bởi điện mặt trời. Mô hình này giúp tiết kiệm năng lượng, nước và phân bón, giảm sự phụ thuộc vào thời tiết và nhân công, tăng năng suất và chất lượng của cây trồng.

3. Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời

Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời và hệ thống bơm nước tưới tiêu bằng điện mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: diện tích đất, địa hình, khí hậu, nhu cầu sử dụng, công suất thiết kế… Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện địa phương, người nông dân có thể lựa chọn mô hình phù hợp. Một số nguyên tắc chung về vị trí lắp đặt cần lưu ý như:

• Vị trí có ánh sáng mặt trời chiếu vào tối đa, không bị che khuất bởi các vật cản như cây xanh, nhà cửa, đường dây điện…
• Vị trí phù hợp với địa hình, khí hậu, nhu cầu sử dụng và công suất thiết kế của hệ thống.
• Gần nguồn nước để thuận tiện cho việc bơm nước tưới tiêu.
• Chọn vị trí an toàn, dễ quan sát và bảo trì.

4. Lợi ích của điện mặt trời nông nghiệp

Lắp đặt và sử dụng điện mặt trời nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích cho người dân. Trong đó, có thể kể đến:

4.1. Tối ưu chi phí, nâng cao thu nhập

Điện mặt trời kết hợp nông nghiệp cung cấp nguồn điện miễn phí và liên tục cho các thiết bị và hoạt động nông nghiệp như máy bơm nước, máy sục khí, máy phun sương, quạt… Điều này giúp giảm chi phí tiền điện hàng tháng cho người nông dân. Ngoài ra, người nông dân còn có thể bán thêm điện cho lưới với giá FIT cao để tăng thu nhập.

4.2. Tăng hiệu suất sử dụng đất, tối đa hóa lợi nhuận

Điện nông nghiệp giúp tận dụng tối đa diện tích đất, không cần phải chọn lựa giữa phát triển năng lượng và sản xuất nông nghiệp. Các tấm pin quang điện có thể được lắp đặt trên mái nhà kính, trên khung cao hoặc treo lơ lửng để tạo ra không gian bóng râm cho cây trồng dưới đất. Qua đó giúp tăng hiệu quả sử dụng đất và sản lượng cây trồng.

4.3. Gỡ “điểm nghẽn” về pháp lý

Điện mặt trời nông nghiệp không cần phải tuân thủ các quy định pháp luật về quy hoạch, đất đai, xây dựng, điện lực… như các dự án điện mặt trời thông thường. Điều này giúp gỡ bỏ các “điểm nghẽn” về pháp lý và thủ tục hành chính cho người đầu tư.

4.4. Vừa trồng cây, vừa phát điện

Không chỉ là một mô hình kinh doanh hai trong một, vừa sản xuất điện vừa nuôi trồng cây. Điện mặt trời kết hợp nông nghiệp là một cách khai thác hiệu quả nguồn lực thiên nhiên và tạo ra giá trị gia tăng cho người nông dân.

4.5. Lợi ích cho môi trường trong dài hạn

Điện nông nghiệp là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm không khí, tiếng ồn hay rác thải. Chúng cũng giúp giảm lượng khí nhà kính và các chất gây ô nhiễm khác phát ra từ các nhà máy điện dùng nhiên liệu hóa thạch. 

Điện này cũng có thể giúp tiết kiệm nước, giảm sự bay hơi, tăng độ ẩm cho cây trồng. Đây là một mô hình bền vững, có lợi cho phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường trong dài hạn.

5. Giải pháp phát triển nông nghiệp xanh bằng điện mặt trời

Điện mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, bền vững và có tiềm năng lớn tại Việt Nam. Chúng có thể ứng dụng cho nhiều hoạt động nông nghiệp, góp phần phát triển nông nghiệp xanh, hiệu quả và thích ứng với biến đổi khí hậu. Một số giải pháp phát triển nông nghiệp xanh bằng điện mặt trời có thể kể đến là:

Điện cho bơm nước tưới tiêu có thể ứng dụng cho các loại hình nuôi trồng như nuôi tôm, nuôi cá, trồng rau, trồng hoa…Bằng cách sử dụng các tấm pin quang điện để chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng và cấp điện cho máy bơm nước, người nông dân có thể bơm nước từ các nguồn như sông, suối, ao, hồ, giếng để tưới cho cây trồng. Giải pháp này giúp tiết kiệm chi phí điện và nước cho các hộ nông dân. 

Sử dụng điện mặt trời cho nhà kính là một giải pháp tăng hiệu quả sử dụng đất và sản lượng cây trồng. Mô hình này có thể ứng dụng cho các loại cây trồng như rau sạch, hoa kiểng, cây ăn quả…Các tấm pin quang điện được lắp đặt trên mái nhà kính hoặc treo lơ lửng trên không gian nhà kính. Nông dân có thể vừa sản xuất điện vừa nuôi trồng cây. 

Một giải pháp giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm chăn nuôi có thể kể đến là sử dụng điện từ mặt trời. Nguồn điện để cung cấp điện cho các thiết bị và hoạt động chăn nuôi như máy sục khí, máy phun sương, quạt thông gió, đèn chiếu sáng… người chăn nuôi có thể duy trì và cải thiện điều kiện sống của gia súc và gia cầm. Mô hình này áp dụng cho các loại hình chăn nuôi lợn, gà, vịt, bò sữa…

6. Một số lưu ý khi đầu tư mô hình điện mặt trời nông nghiệp

Đầu tư mô hình điện mặt trời nông nghiệp là một quyết định dài hạn, cần phải lưu ý các yếu tố sau:

• Thiết kế và lắp đặt khung giàn

Khung giàn là nơi gắn các tấm pin quang điện, cần phải có độ bền cao, chịu được gió bão, lốc xoáy. Khung giàn cần phải được thiết kế kỹ lưỡng, tính toán kỹ thuật và lắp đặt chắc chắn. Từ dây dẫn điện, thanh ray, bát kẹp nhôm cho đến các phụ kiện khác cũng cần dùng loại chuyên dụng, có độ bền ngoài trời trong dài hạn có thể từ 20 cho đến hơn 30 năm.

• Bảo vệ và bảo quản hệ thống

Hệ thống điện mặt trời nông nghiệp cần phải được bảo vệ chống mất trộm và ẩm ướt. Các dây dẫn điện cần phải được cách ly tốt, tốt nhất là đi âm và gom về một khu tập trung lắp đặt các bộ hòa lưới. Các bộ hòa lưới inverter và các tủ điện điều khiển cần phải được bảo quản trong một container khóa kín.

• Bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, chống sét

Hệ thống điện mặt trời kết hợp nông nghiệp làm ở các khu đất rộng, có nguy cơ cao bị sét đánh hoặc ngắn mạch. Do đó, cần phải có đầy đủ các thiết bị bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, chống sét từ tầng DC tới lan truyền AC. Các thiết bị bảo vệ cần phải được lựa chọn và lắp đặt đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.

• Thẩm định cho vay ngân hàng

Để đầu tư mô hình điện mặt trời, khi cần vay vốn ngân hàng, khách hàng cần phải cung cấp báo cáo kinh tế kỹ thuật, thiết kế chuyên nghiệp. Các tài liệu này cần phải được thẩm định bởi các ngân hàng, được làm bởi nhà thầu uy tín, các thiết bị phải có nguồn gốc rõ ràng. 

CHINT Việt Nam hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích và gợi ý cho việc áp dụng điện mặt trời nông nghiệp vào sản xuất. Nếu muốn tìm hiểu chi tiết quy trình cũng như tìm kiếm đơn vị uy tín thi công mô hình điện này, bạn hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được tư vấn.