Thử nghiệm thực địa chứng minh kết quả trồng lúa dưới hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời nông nghiệp (AgroPV), còn gọi là hệ thống nông điện mặt trời, là mô hình sử dụng đất kết hợp giữa công nghệ sản xuất điện mặt trời và sản xuất nông nghiệp trên cùng diện tích đất. Mô hình điện mặt trời nông nghiệp vừa tối đa hóa việc sử dụng đất, vừa tối đa hóa lợi nhuận trên cùng diện tích đất sản xuất.

Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo, Nhật Bản tiến hành một thí nghiệm thực địa kéo dài 6 năm, tại các đồng lúa được trồng bên dưới hệ thống AgroPV. Thử nghiệm trên đồng ruộng được tiến hành tại Chikusei, thành phố thuộc tỉnh Ibaraki, Nhật Bản, từ năm 2018 đến năm 2023. Lúa trên cánh đồng nghiên cứu là lúa được trồng hằng năm trong hơn 50 năm.

Tổng diện tích của cánh đồng được nghiên cứu là 1.416 m², trong số đó 27% được bao phủ bởi các tấm pin quang điện (PV) đơn tinh thể, tạo ra tổng công suất 57,96 kW. Tất cả tấm pin đều được nâng ở độ cao 3,3 m so với mặt đất, hướng về phía nam với góc phương vị là -7⁰. Góc nghiêng được thay đổi thủ công hàng tháng để nhận được bức xạ mặt trời tối ưu.

Đất là đất thịt sét, có độ pH là 6,1, nơi trồng hai giống lúa Japonica: Asahinoyume và Tochiginohoshi. Mực nước được duy trì ở mức 5 - 10 cm trong quá trình canh tác, ngoại trừ trong thời gian thoát nước giữa mùa trong một tuần vào tháng 7 và tuần cuối cùng trước khi thu hoạch.

Một cánh đồng lúa đối chứng, nhưng không có tấm PV ở trên, dùng để so sánh. Các thông số được đo lường gồm: điều kiện thời tiết, sản lượng điện, chất lượng hạt, sinh khối và năng suất lúa. Theo các phép đo, nhiệt độ không khí tối đa ở khu vực có tấm PV thấp hơn 0,8 độ C so với khu vực đối chứng, nhưng nhiệt độ không khí tối thiểu không khác biệt giữa hai khu vực.

Trung bình, kết quả cho thấy năng suất lúa ở khu vực đối chứng là 8,5 tấn/ha, trong khi ở khu vực AgroPV là 6,5 tấn/ha, giảm 23%. Tuy nhiên, mức giảm không đáng kể ở 2 trong số 6 năm được đo. Các nhà khoa học cho biết thêm, năng suất lúa trong hệ thống AgroPV có hạn chế đáng kể liên quan đến tổng lượng mưa trong mùa sinh trưởng, nghĩa là năng suất giảm mạnh vào những năm mưa.

Tuy nhiên, khi họ tính toán lợi nhuận gộp của hai hệ thống, gồm cả giá trị sản xuất lúa và sản xuất điện mặt trời, hệ thống AgroPV được phát hiện có lợi nhuận lớn hơn 14 lần. Cụ thể hơn, lợi nhuận gộp trung bình ở khu vực AgroPV là 18,7 triệu yên/ha/năm và ở khu vực đối chứng là 1,3 triệu yên/ha/năm.

Kết quả của nhóm nghiên cứu xác nhận giả thuyết nghiên cứu rằng năng suất hạt trong hệ thống AgroPV sẽ bị hạn chế do sinh khối giảm và số bông lúa giảm, đây là những đặc điểm quan trọng đối với năng suất lúa. Ngoài việc sản lượng hạt giảm, các nhà nghiên cứu còn thấy chất lượng hạt, đặc biệt là độ bạc bụng của hạt, giảm xuống dưới điều kiện che bóng một phần trong hệ thống AgroPV.

Công trình nghiên cứu này được trình bày trong “Tác động của hệ thống nông điện đến vi khí hậu, năng suất hạt và chất lượng lúa đất thấp dưới điều kiện khí hậu ôn đới”, xuất bản trên tạp chí Nghiên cứu cây trồng ngoài đồng (Field Crops Research).