Các Trang Trại Gia Đình Đang Cố Gắng Tạo Ra Một Nguồn Thu Mới Từ Năng Lượng Mặt Trời

Câu chuyện này ban đầu xuất hiện trên Grist và là một phần của sự hợp tác Climate Desk.

Trang trại gia đình Kominek là một vùng đồng cỏ xanh rộng lớn với cỏ và cây cỏ ở phía bắc Colorado. Gia đình đã trồng và làm cỏ trong nửa thế kỷ, nhưng doanh thu giảm trong những năm gần đây, trang trại bắt đầu mất tiền. Vào cuối năm 2017, Byron Kominek bắt đầu tìm kiếm các phương án sinh lời hơn, bao gồm việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời và bán điện cho công ty điện. Nhưng các quy định sử dụng đất của Quận Boulder làm khó khăn cho việc sử dụng 24 acre của họ cho bất cứ điều gì ngoài nông nghiệp.

Vì vậy, gia đình Kominek đã tìm được một sự thỏa hiệp: một hệ thống năng lượng mặt trời với cây trồng phát triển dưới, giữa và xung quanh các hàng tấm pin mặt trời.

Dự kiến vào mùa xuân này sẽ bắt đầu xây dựng một hệ thống năng lượng mặt trời 1.2 megawatt tại trang trại Kominek. Khoảng 3,300 tấm pin mặt trời sẽ được đặt trên chân đế cao 6 và 8 feet, tạo bóng mát cho các loại cây như cà chua, ớt, cải xoăn và đậu trên một khu vực năm acre. Cỏ thảo mộc và hộp tổ ong được lên kế hoạch cho việc bao quanh.

“Bây giờ có thể sẽ có nhiều thức ăn được trồng trong cộng đồng hơn, năng lượng tái tạo hơn và doanh thu nhiều hơn cho các trang trại địa phương,” nói Kominek, 37 tuổi, người ông Jack đã mua trang trại vào năm 1972.

Nếu thành công, dự án có thể phục vụ như một mô hình cho các nông dân đang gặp khó khăn về tài chính, biến các cánh đồng thiếu hiệu quả thành trung tâm tiềm năng về năng lượng sạch và thực phẩm tươi sạch.

Xcel Energy, công ty dịch vụ công cộng lớn nhất của tiểu bang, đã đồng ý trả tiền cho mỗi kilowatt-giờ được cung cấp từ hệ thống năng lượng mặt trời của gia đình Kominek vào lưới điện. Các hàng xóm cũng có thể tham gia vào dự án. Người tham gia đầu tư vào một phần trăm của hệ thống, sau đó nhận được các khoản tín dụng trên hóa đơn tiện ích hàng tháng của họ. Đầu tư của họ cũng giúp giảm bớt một số chi phí xây dựng ban đầu cho nông dân.

Rau củ sẽ được bán thông qua chương trình chia sẻ trang trại cộng đồng, cho phép hàng xóm đầu tư vào dự án để đổi lấy các hộp sản phẩm nông sản.

Sự kết hợp giữa nông nghiệp và điện mặt trời - được biết đến với cái tên lạ lùng 'agrivoltaics' - là một lĩnh vực mới nổi trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời rộng lớn.

Tại Hoa Kỳ, theo Viện Năng Lượng Tái Tạo Quốc gia, có ít hơn 5 megawatt các hệ thống năng lượng mặt trời có cây trồng được trồng dưới đó. Đó chỉ là một phần nhỏ so với tổng công suất mặt trời đã lắp đặt của đất nước là 71,300 megawatt. Ngành nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời tương đối phát triển ở Nhật Bản, nơi ý tưởng này đã xuất hiện cách đây hơn một thập kỷ. Hiện có hàng trăm dự án tồn tại, bao gồm một hệ thống năng lượng mặt trời 35 megawatt nằm phía trên những cánh đồng nhân sâm, thảo mộc và rau mùi.

Các nhà ủng hộ cho rằng phương pháp này có thể tạo ra phát triển năng lượng tái tạo rộng rãi mà không chiếm đi diện tích đất cần thiết cho sản xuất thực phẩm. Các nghiên cứu gần đây cho thấy nó có thể dẫn đến sản xuất năng lượng và cây trồng hiệu quả hơn bằng cách tạo ra một điều hòa không khí mát mẻ, ẩm ướt.

Trong một cuộc thử nghiệm gần đây tại Arizona, các nhà khoa học đã so sánh cây trồng được trồng dưới tấm pin năng lượng mặt trời với cây trồng được trồng dưới ánh nắng trực tiếp. Họ phát hiện rằng sản xuất hoa quả tổng cộng cho ớt đỏ chiltepin dưới các tấm pin năng lượng mặt trời cao gấp ba lần và cà chua bi gấp đôi. Một số loại cây này sử dụng ít nước tưới cây hơn đáng kể, một phần là do đất bóng mát giữ được nhiều hơn độ ẩm. Các tấm pin năng lượng mặt trời được đặt cùng cây trở nên mát mẻ hơn nhiều trong ngày - và do đó hoạt động hiệu quả hơn - so với các hệ thống pin thông thường được đặt trên mặt đất, theo nghiên cứu cuối năm ngoái của NREL và các Đại học Arizona và Maryland.

Một dự án tại South Deerfield, Massachusetts, cũng mang lại kết quả hứa hẹn tương tự. Các thử nghiệm sân đầu tiên cho thấy rau diếp, bông cải xanh và các loại rau tương tự sản xuất khoảng 60% thêm khối lượng so với cây trồng dưới ánh nắng mặt trời trực tiếp.

Dự án của Kominek, có tên Jack's Solar Garden, sẽ cung cấp nhiều cơ hội nghiên cứu agrivoltaics. NREL, tại Golden, Colorado, dự định theo dõi cách cây trồng và tấm pin hoạt động cùng nhau trong khí hậu nóng khô của Quận Boulder. “Nếu các cấu trúc giúp giữ ẩm và giảm bốc hơi, chúng ta sẽ cần ít nước hơn để trồng cùng lượng cây hoặc thậm chí nhiều hơn [cây trồng],” nói Jordan Macknick, chuyên viên phân tích năng lượng-nước-đất hàng đầu của NREL.

Macknick dẫn dắt sáng kiến năng lượng mặt trời ít tác động của NREL cùng với nhà sinh vật học Brenda Beatty. Kể từ năm 2015, các nhà nghiên cứu đã phát triển hơn 25 địa điểm trên khắp đất nước kết hợp tấm pin năng lượng mặt trời với cây trồng thực phẩm, thảo mộc bản địa hoặc các loại cây thúc đẩy việc thụ phấn.

Jack’s Solar Garden sẽ là dự án lớn nhất trong nhóm và là dự án đầu tiên bao gồm tất cả ba loại. NREL cũng đang thêm các dự án năng lượng mặt trời tại Puerto Rico, bao gồm một dự án trên trang trại cà phê và một dự án khác trên đất bãi cho gia súc.

“Chúng ta đang ở giai đoạn rất đầu của việc hiểu rõ các lợi ích của agrivoltaics và những gì chúng có thể mang lại không chỉ cho ngành năng lượng mà còn cho ngành nông nghiệp,” Macknick nói.

Agrivoltaics, còn được gọi là 'chia sẻ năng lượng mặt trời', lần đầu tiên phát triển mạnh ở Nhật Bản vào năm 2004, sau khi kỹ sư Akira Nagashima phát triển một cấu trúc thép cao gấp 10 feet để nâng tấm pin. Đất đai có sẵn ít ỏi ở Nhật Bản, một quốc gia với mục tiêu đầy tham vọng về việc phát triển năng lượng tái tạo. (Không ngẫu nhiên, các hệ thống pin năng lượng mặt trời nổi - nằm trên hồ tưới và hồ chứa - cũng bắt đầu từ Nhật Bản vào năm 2007.) Gần đây, Nagashima đã bắt đầu nghiên cứu xem các loại cây không chịu bóng có thể phát triển như thế nào dưới các hệ thống năng lượng mặt trời. Đội ngũ nghiên cứu của ông mới đây phát hiện rằng sản lượng ngô đã tăng một chút trong hệ thống chia sẻ năng lượng mặt trời.

Tuy nhiên, ngoài các trạm nghiên cứu, việc kết hợp ngô và các loại cây trồng có giá trị kinh tế khác với năng lượng mặt trời có thể đối mặt với những thách thức đáng kể. Trên các khu đất hiện có, các máy cày nhỏ có thể di chuyển trong không gian hẹp giữa các hàng tấm pin. Nhưng các máy gặt và các thiết bị công nghiệp khác quá rộng và cồng kềnh để đi qua những khoảng trống đó. Hầu hết các loại cây trồng dưới tấm pin phải được thu hoạch bằng tay. Công việc này có thể quản lý được ở quy mô của một vườn cộng đồng, nhưng ở quy mô công nghiệp, nó có thể làm việc vất vả, gãy lưng. Các nông dân đang phát triển máy thu hoạch dâu tây, dưa hấu và cà chua, cũng có thể va chạm với các tấm pin.

Đối với cả trang trại lớn và nhỏ, thiếu hạ tầng nông thôn vẫn là 'rào cản chính' đối với việc thúc đẩy việc áp dụng agrivoltaics, theo Chad Higgins, giáo sư cộng tác ngành kỹ thuật sinh học và sinh thái tại Đại học Oregon State. Đường dây điện và thiết bị điện có thể không được trang bị để xử lý việc thêm năng lượng mặt trời. Đường đi và các mạng lưới thông tin cũng có thể cần được mở rộng để hỗ trợ các hoạt động xa xôi, ông nói.

Tuy nhiên, nếu những người nông dân và kỹ sư có thể vượt qua những khó khăn như vậy, tiềm năng của agrivoltaics là rất lớn, bởi bao nhiêu diện tích đất của hành tinh đều dành cho nông nghiệp. Nếu các hệ thống 'chia sẻ năng lượng mặt trời' này chỉ bao phủ thậm chí chưa đến 1 phần trăm của đất canh tác trên thế giới, chúng có thể sản xuất đủ năng lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu năng lượng hàng năm của thế giới, theo nghiên cứu của Higgins và các nhà nghiên cứu khác vào năm ngoái. Họ phát hiện rằng những nơi tốt nhất để trồng cây là những khu vực có tiềm năng mạnh mẽ cho việc sản xuất năng lượng mặt trời, đặc biệt ở miền Tây Hoa Kỳ, Nam Phi và một số khu vực ở Trung Đông.

“Chúng ta có cái nhìn về các tấm pin mặt trời nằm ở sa mạc, trong những khu vực khô cằn và rộng lớn,” Higgins nói. Nhưng các tấm pin năng lượng mặt trời hiệu quả nhất trong khí hậu có nhiều nắng và nhiệt độ ôn hòa. Nhiệt độ cực cao có thể làm quá tải tấm pin và dẫn đến sản xuất điện năng giảm. Điều này cũng đúng với các loại cây trồng.

Tại Jack's Solar Garden ở Colorado, việc xây dựng mảng năng lượng mặt trời vào mùa xuân này sẽ khởi đầu danh sách các nỗ lực liên quan. Gia đình Kominek sẽ trồng cỏ để chuẩn bị mảnh đất 5 acre cho mùa cây rau của năm sau, và các thành viên địa phương của Hiệp hội Quốc gia Audubon sẽ bắt đầu trồng một môi trường sống cho các loài thụ phấn quanh ranh giới của dự án. Mảng năng lượng 1,2-megawatt dự kiến sẽ bắt đầu cung cấp điện vào lưới điện của Xcel Energy vào đầu mùa thu.

Byron Kominek nói rằng ông hy vọng các dự án tương tự sẽ sớm được thực hiện. Vào năm 2018, các quan chức của Hạt Boulder đã cập nhật các quy định sử dụng đất địa phương để cho phép năng lượng mặt trời cộng đồng trên đất được chỉ định cho nông nghiệp, và Kominek dự định sẽ giúp đào tạo các nông dân khác cách trồng cây trồng cùng với các tấm pin mặt trời. 'Hy vọng là các nông dân trẻ sẽ hiểu rõ hơn về cách làm điều này, và sẽ đến với các mảng pin mặt trời đã xây dựng hoặc đang được lên kế hoạch và tìm kiếm một nghề nghiệp mới,' ông nói.

Những điều tuyệt vời hơn từ Mytour

• Đi đến cùng (và xa hơn) để bắt kẻ gian marathon
• Đánh cược đầy rủi ro của NASA để đưa đất sao Hỏa về Trái đất
• Làm thế nào bốn hacker Trung Quốc được cho là làm sập Equifax
• Bực bội vì việc giao hàng bị bỏ lỡ? Công nghệ thông minh có thể giúp
• Những bức ảnh cháy rừng này luôn là những lời nhắc nhở về sự hỗn loạn
• 👁 Lịch sử bí mật của công nghệ nhận diện khuôn mặt. Ngoài ra, tin tức mới nhất về trí tuệ nhân tạo
• ✨ Tối ưu hóa cuộc sống tại nhà của bạn với những lựa chọn tốt nhất từ đội ngũ Gear của chúng tôi, từ robot hút bụi đến đệm giá cả phải chăng đến loa thông minh