Một nghiên cứu của Đại học Tokyo, mới được công bố trên tạp chí Photonics for Energy, chứng minh rằng một hệ thống tấm pin điện mặt trời, lắp đặt cách mặt ruộng lúa ba mét, có thể tạo ra điện năng đủ sức cạnh tranh mà vẫn duy trì năng suất lúa chất lượng cao.

Các nhà nghiên cứu lắp đặt các tấm pin mặt trời, có khả năng điều chỉnh độ nghiêng và hướng của chúng về hướng mặt trời, theo ngày và theo mùa. Trong quá trình trồng trọt và giai đoạn đầu sinh trưởng, hệ thống ưu tiên các góc cho phép nhiều ánh sáng chiếu tới ruộng lúa hơn.

Vào mùa thấp điểm, hệ thống chuyển sang tối đa hóa sản lượng. Trong hai vụ mùa, cánh đồng dưới các tấm pin sản xuất được 75% sản lượng lúa của các cánh đồng lân cận trong năm đầu tiên và 85% trong năm thứ hai, sau khi tinh chỉnh giảm thiểu che bóng.

Trong cả hai năm, chất lượng hạt đạt tiêu chuẩn cao nhất của Nhật Bản, cho thấy việc điều chỉnh ánh sáng cẩn thận có thể bảo toàn cả năng suất và chất lượng của hạt.

Hiệu suất điện của hệ thống cũng rất đáng khích lệ. Nó sản xuất gần 44.000 kWh mỗi năm, đạt hiệu suất 961,4 kWh trên mỗi kilowatt lắp đặt, ngang bằng với các dự án nông điện tương đương ở châu Âu.

Địa hình đồi núi của Nhật Bản hạn chế các khu đất bằng phẳng, thoáng đãng cho các trang trại điện mặt trời lớn, làm gia tăng căng thẳng giữa việc phát triển năng lượng tái tạo và sản xuất lương thực trong nước.

Hệ thống điện mặt trời quy mô lớn thông thường đòi hỏi quá nhiều đất. Các ước tính cho thấy, một hệ thống điện mặt trời công suất 1 MW thường chiếm khoảng 4 - 5 mẫu Anh (khoảng 1,8 đến 2,3 ha), các trang trại điện mặt trời tập trung thậm chí còn cần nhiều đất hơn.

Ngược lại, một nhà máy điện than hoặc khí đốt tự nhiên có thể cung cấp 500 MW trên diện tích chưa đến 100 mẫu Anh (khoảng 40 hecta). Do đó, việc mở rộng quy mô điện mặt trời lên mức sản lượng tương tự có thể đòi hỏi hàng nghìn mẫu Anh (khoảng 1 ha).

Dự án thí điểm, đặt tại Miyada-mura, tỉnh Nagano, cho thấy kết hợp canh tác nông nghiệp và sản xuất điện mặt trời (nông điện) trên cùng một lô đất, có thể giúp Nhật Bản mở rộng công suất điện mặt trời ngay cả ở những nơi đất canh tác khan hiếm.

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm các hệ thống điều khiển bằng trí tuệ nhân tạo, có thể điều chỉnh góc tấm pin theo thời gian thực khi ánh sáng mặt trời, thời tiết và quá trình sinh trưởng của cây trồng thay đổi.

Họ cũng đang nghiên cứu các vật liệu quang điện bán trong suốt hoặc có hiệu suất cao hơn, cho phép cây trồng hấp thụ nhiều ánh sáng hơn, đồng thời tấm pin vẫn thu được nhiều ánh sáng mặt trời hơn để sản xuất điện.

Ngoài các số liệu về năng lượng, phương pháp này có thể mang lại khả năng phục hồi kinh tế, bằng cách cung cấp cho nông dân nguồn thu nhập thứ hai và giúp các vùng nông thôn tham gia vào quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Tokyo cho rằng, việc kết hợp các tấm pin mặt trời với cánh đồng lúa không phải là một cuộc chơi có tổng bằng không. Với thiết kế thông minh, các vùng nông thôn vẫn có thể cung cấp điện cho lưới điện và các hộ gia đình trên toàn quốc.