Mô hình kết hợp nông nghiệp và điện mặt trời mở thêm nguồn thu cho nông dân
Tờ DW cho biết, các trang trại điện mặt trời vốn thường khá yên tĩnh, chỉ có tiếng động nhẹ từ những bộ biến tần. Tuy nhiên, tại khoảng 1/10 số trang trại điện mặt trời ở Mỹ, âm thanh dễ nhận biết nhất lại là tiếng cừu kêu giữa những hàng pin.
Việc đưa cừu vào chăn thả dưới các tấm pin chỉ là một trong nhiều cách triển khai mô hình nông nghiệp kết hợp điện mặt trời (agrivoltaics). Đây là phương thức sử dụng cùng một diện tích đất cho cả sản xuất nông nghiệp và phát triển hạ tầng năng lượng tái tạo.
Khi pin mặt trời trở thành một phần của trang trại
Các tấm pin có thể tạo bóng râm cho vật nuôi, đồng thời giúp cây trồng giảm tác động từ nắng nóng, sương giá và những hiện tượng thời tiết khắc nghiệt khác. Chúng cũng có thể hướng nước mưa xuống khu vực canh tác, góp phần hình thành môi trường mát và ẩm hơn cho cây trồng.
Trong một số trường hợp, những điều kiện này thậm chí có thể giúp duy trì hoặc cải thiện năng suất.
Bản thân hệ thống pin mặt trời cũng có thể hưởng lợi. Khi nhiệt độ của tấm pin giảm, khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thường được cải thiện.
Carl Bernacchi, giáo sư sinh học thực vật và khoa học cây trồng tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (Mỹ), giải thích rằng bề mặt đất có cây xanh thường có tác dụng làm mát tốt hơn bê tông hoặc các vật liệu tương tự. Cây trồng thoát hơi nước, từ đó làm giảm nhiệt độ của khu vực bên dưới và xung quanh các tấm pin.
Như vậy, cùng một khu đất có thể đồng thời phục vụ hai mục đích: trồng trọt hoặc chăn nuôi và sản xuất điện.
Tiềm năng lớn trong bối cảnh khí hậu thay đổi
Agrivoltaics được chú ý nhiều hơn khi biến đổi khí hậu khiến ngành nông nghiệp phải đối mặt với nhiệt độ cao, hạn hán và các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng khó lường.
Tại châu Âu, nếu chỉ 1% diện tích đất nông nghiệp có thể sử dụng được dành cho mô hình này, sản lượng điện mặt trời tạo ra có khả năng vượt mục tiêu phát triển năng lượng mặt trời mà khu vực đặt ra cho năm 2030.
Dù vậy, agrivoltaics vẫn còn tương đối mới. Đến giữa năm 2025, tổng công suất điện từ các dự án dạng này trên toàn thế giới mới đạt khoảng 18,4 GW, tương đương chưa đến 1% tổng công suất điện mặt trời toàn cầu.
Ý tưởng kết hợp sản xuất nông nghiệp với pin mặt trời đã xuất hiện từ năm 1981, khi hai nhà khoa học Đức công bố nghiên cứu mang tên Khoai tây dưới tấm thu năng lượng.
Đến năm 2004, dự án thử nghiệm đầu tiên mới được triển khai tại Nhật Bản. Đây là quốc gia có quỹ đất hạn chế và phải tìm cách cân bằng giữa việc phát triển điện mặt trời với nhu cầu duy trì đất nông nghiệp.
Hiện nay, agrivoltaics chủ yếu được triển khai theo ba hình thức. Thứ nhất là các tấm pin đặt nằm ngang và hướng lên bầu trời. Thứ hai là các tấm pin dựng đứng thành những hàng lớn, vuông góc với mặt đất. Thứ ba là tích hợp hệ thống pin vào các công trình phục vụ nông nghiệp, chẳng hạn lắp đặt phía trên nhà kính.
Tấm pin có thể trở thành “lá chắn” cho cây trồng
Nhiều nghiên cứu cho thấy một số loại cây có khả năng thích nghi với bóng râm có thể hưởng lợi từ mô hình agrivoltaics. Trong nhóm này có các loại quả mọng, nho, cà chua, đào và ớt.
Đối với nho và cà chua, khung thép của hệ thống pin đôi khi còn có thể được tận dụng như một dạng giàn hỗ trợ cây.
Bóng râm do các tấm pin tạo ra cũng làm giảm lượng nước bốc hơi trực tiếp khỏi đất. Nhờ vậy, khu vực canh tác có thể duy trì một môi trường ẩm hơn, có lợi cho đất và cây trồng.
Tuy nhiên, độ ẩm tăng không phải lúc nào cũng có lợi. Trong một số điều kiện, môi trường ẩm hơn có thể làm tăng nguy cơ phát sinh bệnh trên cây.
Cừu được xem là một trong những vật nuôi phù hợp với các trang trại điện mặt trời. So với gia súc lớn hoặc dê, cừu dễ quản lý hơn khi chăn thả quanh hệ thống pin, ít có nguy cơ gây hư hỏng thiết bị và đủ nhỏ để di chuyển bên dưới các tấm pin.
Phân cừu đồng thời bổ sung chất dinh dưỡng cho đất. Việc để cừu ăn cỏ trong khu vực này cũng có thể làm giảm nhu cầu sử dụng thuốc diệt cỏ.
Kinzer, một chuyên gia làm việc với nông dân Mỹ về agrivoltaics, cho rằng mô hình này đang tạo ra một cách tiếp cận kinh tế mới đối với nghề chăn nuôi cừu.
Theo ông, thay vì phải trả tiền thuê đất để chăn thả, người nuôi cừu trong một số trường hợp có thể được trả tiền để đưa đàn cừu đến các trang trại điện mặt trời. Ông đánh giá đây là cơ hội đáng chú ý đối với ngành chăn nuôi cừu Mỹ, vốn đã gặp nhiều khó khăn trong nhiều thập niên.
Kết hợp thích ứng và giảm tác động của biến đổi khí hậu
Một trong những điểm đáng chú ý của agrivoltaics là mô hình này có thể đồng thời phục vụ hai hướng ứng phó với biến đổi khí hậu: giảm phát thải thông qua sản xuất năng lượng tái tạo và giúp nông nghiệp thích nghi với điều kiện khí hậu nóng lên.
“Đây là mô hình đáp ứng cả hai mục tiêu, điều khá đặc biệt trong các giải pháp khí hậu”, ông Kinzer nhận định.
Việc kết hợp hai hoạt động trên cùng một khu đất cũng góp phần giải quyết bài toán quỹ đất cho các dự án điện mặt trời. Trong khi đó, cây trồng được bảo vệ phần nào trước nhiệt độ cao và thời tiết thất thường.
Một nghiên cứu được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) cho rằng biến đổi khí hậu có thể khiến nhiều khu vực trở nên khô hạn hơn. Trong bối cảnh đó, agrivoltaics có thể mở rộng phạm vi những nơi mà mô hình này giúp hạn chế thiệt hại năng suất, thậm chí trong một số trường hợp còn cải thiện sản lượng và hiệu quả kinh tế.
Với nông dân, doanh thu từ điện mặt trời có thể đóng vai trò như một dạng “bảo hiểm” bổ sung. Khi thời tiết cực đoan khiến mùa màng thất bát, nguồn thu từ năng lượng có thể giúp bù đắp một phần khoản thu nhập bị mất.
Ông Kinzer cho rằng một nguồn thu thay thế có ý nghĩa đặc biệt đối với những người phụ thuộc vào thời tiết để kiếm sống, trong bối cảnh các hiện tượng thời tiết ngày càng khó dự đoán.
Không phải khu vực nào cũng thích hợp
Dù có nhiều tiềm năng, agrivoltaics không phải lựa chọn phù hợp với mọi vùng sản xuất nông nghiệp.
Tại miền Tây khô hạn của Mỹ, nơi cây trồng thường chịu sức ép lớn từ nhiệt độ cao và tình trạng thiếu nước, việc trồng cây dưới các tấm pin trong một số trường hợp giúp duy trì, thậm chí tăng năng suất.
Ngược lại, tại khu vực Trung Tây có khí hậu ẩm ướt, bóng râm từ pin có thể làm giảm lượng ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp. Điều này có thể khiến năng suất ngô và đậu tương giảm.
Đối với những loại cây trồng thương mại có biên lợi nhuận thấp, chỉ một mức giảm năng suất nhỏ cũng có thể khiến mô hình trở nên kém hấp dẫn về mặt kinh tế đối với nông dân.
Chi phí đầu tư cũng là một thách thức. Với các nhà phát triển điện mặt trời, việc nâng tấm pin lên cao hơn để tạo đủ không gian cho hoạt động nông nghiệp sẽ làm tăng chi phí thép và nhân công. Về phía nông dân, họ có thể phải đầu tư thêm thiết bị hoặc điều chỉnh phương thức canh tác để thích nghi với hệ thống mới.
Theo ông Kinzer, nông dân thường muốn trực tiếp quan sát những người đã triển khai agrivoltaics để học hỏi kinh nghiệm. Nhưng điều này tạo ra một bài toán “con gà và quả trứng”: tại nhiều khu vực, số dự án còn quá ít để nông dân có thể dễ dàng đến một trang trại lân cận, quan sát thực tế và trao đổi với người vận hành.
Cầu nối giữa nông nghiệp và ngành điện mặt trời
Việc sử dụng đất nông nghiệp để xây dựng các trang trại điện mặt trời từ lâu đã gây tranh luận tại một số cộng đồng. Một số hiệp hội nông nghiệp phản đối việc chuyển hàng trăm hecta đất sang sử dụng cho các cánh đồng pin, lo ngại nông dân có thể dần từ bỏ hoạt động canh tác để trở thành những người sản xuất năng lượng.
Agrivoltaics có thể tạo ra một hướng dung hòa giữa hai nhu cầu này.
Một cuộc khảo sát cho thấy hơn 80% người Mỹ có xu hướng ủng hộ các dự án điện mặt trời tại cộng đồng của họ nếu những dự án đó cho phép đồng thời sản xuất điện và nông nghiệp trên cùng một diện tích đất. Tỷ lệ này cao hơn khoảng 10 điểm phần trăm so với mức ủng hộ dành cho các dự án điện mặt trời nói chung.
Theo Bernacchi, giữa nông dân muốn tiếp tục canh tác và các công ty điện mặt trời muốn sản xuất năng lượng tồn tại một sự khác biệt về lợi ích và cách sử dụng đất. Mô hình agrivoltaics có thể đóng vai trò như một điểm kết nối, cho phép tiếp tục sản xuất nông nghiệp đồng thời tạo ra điện trên cùng một khu đất.