Điện được tạo ra bởi quang điện mặt trời có thể hỗ trợ hệ thống tưới nhà kính, bổ sung ánh sáng cho cây, đáp ứng nhu cầu sưởi ấm của nhà kính vào mùa đông, tăng nhiệt độ của nhà kính và thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của cây trồng.

Nói một cách dễ hiểu thì nhà kính quang điện là nhà kính được lắp đặt thêm các tấm pin mặt trời trên mái nhà thay vì chỉ lợp kính, nilon hay lưới đen trên mái như những nhà kính, nhà lưới thông thường khác.

Mô hình nhà kính quang điện tại Triển lãm Nông nghiệp Quốc Tế Paris, Pháp năm 2017. Nhà kính này có diện tích 3,5m2 và 22m2, được trang bị các tấm pin năng lượng mặt trời và hệ thống thu nước mưa, thích hợp để ở sân sau hay trên mái nhà.

Mô hình nhà kính quang điện được nghiên cứu, phát triển từ năm 2000 và hiện vẫn đang được tiếp tục hoàn thiện cho đến hiện tại. So với nhà kính, nhà lưới thông thường thì nhà kính quang điện có một số ưu điểm sau:

- Thứ nhất, giúp tiết kiệm tài nguyên đất, có lợi cho sự phát triển của các dự án nông nghiệp hiện đại và tăng thu nhập kinh tế địa phương.

Bởi thay vì phải mất diện tích để xây dựng nhà kính nông nghiệp và xây dựng khu hệ thống lắp đặt pin mặt trời để phát điện phục vụ nhà kính thì việc lắp đặt các tấm pin mặt trời ngay trên mái nhà kính sẽ tiết kiệm diện tích đất sử dụng, mà vẫn có điện phục vụ cho nhà kính (sưởi ấm, chiếu sáng, tưới nước…), tức là sẽ tạo ra lợi ích kép.

- Thứ hai, nhà kính quang điện đã được chứng minh là không làm hạn chế khả năng hấp thu ánh sáng của cây trồng mà ngược lại, với các nghiên cứu về vật liệu mới, công nghệ mới, các nhà khoa học có thể tạo ra các tấm quang điện có khả năng hấp thu chọn lọc ánh sáng, nghĩa là chúng hấp thu một số bước sóng ánh sáng mà cây trồng không dùng để quang hợp đồng thời cho phép ánh sáng giúp cây trồng quang hợp đi xuyên qua.

Nhà kính quang điện sử dụng hệ thống quang điện chọn lọc bước sóng (WSPV), có các tấm mái trong suốt được nhúng bằng thuốc nhuộm phát quang màu đỏ tươi.

Với công nghệ sử dụng hệ thống quang điện chọn lọc bước sóng (WSPV), nhóm nghiên cứu của Giáo sư Michael Loik (trường Đại học California, Santa Cruz) đã đã theo dõi quá trình quang hợp và sản xuất trái cây trên 20 giống cà chua, dưa chuột, chanh, ớt, dâu và húng quế được trồng trong các nhà kính màu đỏ tươi tại hai địa điểm trong khuôn viên và một ở Watsonville, California. Kết quả cho thấy 80% cây trồng không bị ảnh hưởng, trong khi 20% thực sự phát triển tốt hơn dưới ánh sáng màu đỏ tươi.

Năm 2020, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Bắc Carolina đã cải tiến thêm một bước khi sử dụng pin mặt trời hữu cơ bán trong suốt thay vì sử dụng pin mặt trời thông thường như hiện nay. Các nhà nghiên cứu của bang North Carolina cho biết các tế bào bán trong suốt trên mái nhà kính đóng vai trò là chất cách điện khi chúng phản xạ ánh sáng hồng ngoại, giúp giữ cho nhà kính ấm hơn vào mùa đông và mát hơn vào mùa hè. Một lớp phủ phát xạ thấp trên các tế bào làm giảm sự phát xạ năng lượng tia hồng ngoại và chịu trách nhiệm giữ lại năng lượng nhiệt trong nhà kính vào ban đêm. Thông qua bẫy nhiệt được cải thiện vào ban đêm, các nhà kính OSC (pin mặt trời hữu cơ) có nhu cầu năng lượng thấp hơn đáng kể trong mùa đông.

Nhà kính quang điện sử dụng pin mặt trời hữu cơ ở Bắc Carolina, Mỹ.

Ở Arizona và Bắc Carolina, các hệ thống pin mặt trời hữu cơ đã cung cấp tất cả các nhu cầu năng lượng hàng năm của nhà kính và năng lượng dư thừa được sử dụng để chiếu sáng bổ sung hoặc đưa trở lại vào lưới điện. Ví dụ, ở Arizona, các nhà kính có thể trở thành trung tính năng lượng - không cần nguồn năng lượng bên ngoài, trong khi chỉ chặn 10% dải ánh sáng quang hợp. Nhà kính sử dụng pin mặt trời hữu cơ giúp nâng cao năng suất cây trồng và làm giảm lượng khí thải Cacbon của nhà kính.

- Thứ ba, nhà kính quang điện đáp ứng nhu cầu điện của nông nghiệp và tạo ra lợi ích.

Việc sử dụng các nhà kính quang điện không chỉ giúp tạo ra điện năng cung cấp cho các nhu cầu vận hành nhà kính (hệ thống sưởi, chiếu sáng, tưới nước…) mà điện năng dư thừa (trong trường hợp nhà kính không sử dụng hết) có thể sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt khác hoặc thậm chí là được bán lại cho mạng lưới điện quốc gia. Từ đó giúp tiết kiệm điện và mang lại lợi ích cho doanh nghiệp.

Lấy ví dụ, với diện tích đất bình quân 1,2 héc ta, có thể đầu tư 1MWp điện mặt trời lắp trên 7000m2 nhà kính hoặc mái nhà trang trại để làm nông nghiệp bên dưới như trồng nấm, trồng rau hoặc các loại cây phù hợp, hoặc nuôi bò cao sản, nuôi gà, nuôi heo, nuôi dế… Doanh thu từ tiền điện tiết kiệm được và tiền bán điện đã có thể hoàn vốn cho toàn bộ cơ sở vật chất của trang trại sau 6-8 năm với giá bán điện 9,35cent như hiện nay. Ngoài ra chủ dự án có thể tự phát triển hoặc kết hợp với công ty nông nghiệp để đầu tư sinh lời từ tài sản cơ sở vật chất là nhà có mái che sẵn có.

Nhà kính trồng cà chua sử dụng năng lượng mặt trời và nước biển đầu tiên trên thế giới ở Úc (2016). Điện năng từ nhà kính được dùng để khử muối nước biển thành nước ngọt tưới tiêu cho cây.

Tóm lại, nhà kính quang điện là một phương thức canh tác mới của sản xuất và vận hành nông nghiệp. Mặc dù các nhà kính quang điện có chi phí xây lắp cao và hiện tại cũng vẫn phải sử dụng một phần điện từ lưới điện quốc gia, song không thể phủ nhận những ưu điểm mà nó mang lại cho canh tác nông nghiệp trong tương lai, đặc biệt ở những nơi thiếu diện tích đất canh tác, thiếu nguồn nước ngọt và đặc biệt là thiếu nguồn điện sản xuất.

Hy vọng, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học, các nhà kính quang điện sẽ ngày càng được cải tiến tốt hơn để phục vụ nhu cầu về lương thực, cây cảnh ngày càng tăng của con người, cũng như đáp ứng yêu cầu giảm lượng khí thải nhà kính, góp phần làm chậm sự biến đổi khí hậu toàn cầu như hiện nay.

Nguồn: Tạp chí Việt Nam Hương sắc