Một nhóm nghiên cứu do Đại học Tài nguyên và Khoa học Sự sống Vienna (Áo) dẫn đầu đã thực hiện phân tích kỹ thuật - kinh tế về tiềm năng lắp đặt điện mặt trời nông nghiệp tại quốc gia này, đồng thời đánh giá khả năng sinh lời của cả sản xuất điện PV và nông nghiệp.
Tác giả Isabelle Grabner cho biết, nghiên cứu này lần đầu tiên xây dựng một khung phân tích tích hợp ở quy mô toàn quốc, kết hợp mô phỏng đồng thời sản lượng điện và năng suất nông nghiệp trong các hệ thống điện mặt trời kết hợp nông nghiệp (agrivoltaic), đồng thời tính đến tác động của biến đổi khí hậu.
Nhóm nghiên cứu cũng đã đánh giá mức độ suy giảm năng suất cây trồng tại Áo khi mở rộng lắp đặt điện mặt trời trên đất nông nghiệp.
Grabner nói thêm: “Chúng tôi đã so sánh việc triển khai quyết liệt hệ thống điện mặt trời kết hợp nông nghiệp và các lắp đặt điện mặt trời áp đất thông thường cần thiết để đạt được những mục tiêu trung hòa khí hậu. Hơn nữa, chúng tôi cũng chỉ ra khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu của mô hình này còn hạn chế. Tuy nhiên, kết quả sau cùng phụ thuộc rất nhiều vào loại cây trồng được chọn cũng như đặc thù của từng quốc gia”.
Để thực hiện phân tích, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một khung mô phỏng mô-đun, áp dụng các phần mềm đã có sẵn và phát triển các giải pháp mới khi cần thiết. Khung này hiện được cung cấp trực tuyến dưới giấy phép GPL.
Sử dụng dữ liệu của EU từ mô hình khí hậu tích hợp chính sách (EPIC), các nhà nghiên cứu bước đầu phân loại những khu vực phù hợp để sử dụng điện mặt trời nông nghiệp, áp dụng các bộ lọc như diện tích đất canh tác liền thửa tối thiểu 1ha, độ dốc trung bình tối đa 20 độ và độ cao tối đa 1.950m so với mực nước biển.
Việc phát điện được mô phỏng bằng PVlib, sử dụng dữ liệu bức xạ ngang toàn cầu (GHI) từ mô phỏng khí hậu trên lưới 1km. EPIC được sử dụng để mô hình hóa các quy trình môi trường chính và sự phát triển của thực vật ở cấp độ lô đất, với các bước thời gian hàng ngày và độ phân giải không gian 1km x 1km.
Các kịch bản đã kết hợp các tương tác giữa điều kiện môi trường và thực hành quản lý, bao gồm luân canh cây trồng cho các loại cây như đậu Hà Lan, đậu nành, khoai tây, cỏ linh lăng, lúa mạch mùa hè và yến mạch.
Dữ liệu khí hậu được xây dựng dựa trên quan trắc trong giai đoạn 1981-2020 và các kịch bản dự báo cho giai đoạn 2031-2070. Nghiên cứu thiết lập hai kịch bản cơ sở, gồm: sản xuất nông nghiệp không tích hợp điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời mặt đất không kết hợp sản xuất nông nghiệp.
Đối với mô hình điện mặt trời kết hợp nông nghiệp, nhóm nghiên cứu xem xét hai cấu hình chính: hệ thống giàn cao quá đầu (hướng Nam, chiều cao lắp đặt khoảng 10m) và hệ thống tấm pin hai mặt đặt thẳng đứng (khoảng cách giữa các hàng 10m, gồm hai tấm pin hai mặt xếp chồng). Mỗi cấu hình được đánh giá theo ba kịch bản chi phí: thấp, trung bình và cao.
Phân tích cho thấy, tại Áo hệ thống điện mặt trời mặt đất tạo ra 1.173 MWh/ha, hệ thống nông nghiệp giàn cao tạo ra 684 MWh/ha và hệ thống nông nghiệp thẳng đứng tạo ra 373 MWh/ha. Tỷ suất lợi nhuận so với chỉ sản xuất nông nghiệp cao hơn từ 10 đến 50 lần đối với hệ thống thẳng đứng, lên tới 60 lần đối với hệ thống giàn cao và lên tới 100 lần đối với điện mặt trời mặt đất.
Nhóm nghiên cứu kết luận: “Để đạt được sản lượng điện 90 TWh/năm từ điện mặt trời trên đất canh tác - mức giới hạn trong tất cả các kịch bản trung hòa khí hậu - thì cần từ 5-16% tổng diện tích trồng trọt. Tuy nhiên, tổn thất năng suất cây trồng ước tính chỉ ở mức 2-6%.
Đáng chú ý, các hệ thống điện mặt trời kết hợp nông nghiệp giúp giữ mức suy giảm sản lượng ở mức thấp nhất, dù khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu chưa thực sự rõ rệt.
Theo PV
.svg){kind=icon}
