Thay vì "chia đất", thì "chia ánh sáng"
Trong khi thế giới đang chạy đua mở rộng các "cánh đồng pin" và đối mặt với áp lực sử dụng đất. Từ áp lực này, mô hình điện - nông đã ra đời và được phát triển ở nhiều quốc gia. Ý tưởng trực quan là lắp đặt pin mặt trời trên đồng ruộng, để một mảnh đất vừa tạo ra điện, vừa tiếp tục nuôi cây trồng. Tuy nhiên các nhà khoa học Việt Nam đã chọn đi theo một hướng khác.
Cụ thể, PGS.TS. Trần Quốc Tiến và nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), phối hợp với Đại học Myongji (Hàn Quốc), đã phát triển mô hình hệ thống điện nông hội tụ cao tách phổ (RSSCA). Đây là hướng tiếp cận mới, cho phép phân bổ ánh sáng mặt trời một cách chủ động: phần ánh sáng đỏ – yếu tố then chốt cho quang hợp – được dẫn xuống cây trồng, trong khi phần còn lại được tận dụng để phát điện với hiệu suất cao.
Điểm cốt lõi của công nghệ nằm ở việc "tách phổ" ánh sáng ngay từ đầu. Thay vì để cây trồng nhận ánh sáng tán xạ như nhiều mô hình hiện nay, hệ thống RSSCA chủ động giữ lại dải phổ phù hợp nhất cho sinh trưởng, đặc biệt là với cây lúa – loại cây lương thực chiến lược của Việt Nam. Phần quang phổ không cần thiết cho cây sẽ được hội tụ vào các pin mặt trời đa tiếp giáp, giúp nâng cao đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
Kết quả mô phỏng cho thấy, tại Hà Nội và TP.HCM, lượng ánh sáng cây lúa nhận được dưới hệ thống này vẫn đạt, thậm chí vượt ngưỡng tối ưu cho sinh trưởng theo chỉ số tích phân ánh sáng hàng ngày (DLI). Trong khi đó, hiệu suất chuyển đổi quang – điện đạt tới 31,2%, cao hơn đáng kể so với mức khoảng 20% của các hệ pin truyền thống. Đáng chú ý, sản lượng điện tính toán có thể cao gấp 3–5 lần trong cùng điều kiện.
Không chỉ dừng lại ở hiệu quả kỹ thuật, RSSCA còn thể hiện ưu thế rõ rệt khi được "thiết kế theo cây trồng". Đây là khác biệt căn bản so với nhiều mô hình điện – nông trên thế giới, vốn chủ yếu áp dụng chung cho các loại cây chịu bóng hoặc trong nhà kính. Việc tối ưu riêng cho cây lúa vốn cần cường độ và phổ ánh sáng đặc thù – mở ra khả năng ứng dụng thực tế cao tại Việt Nam và các quốc gia nhiệt đới.
Theo PGS.TS. Trần Quốc Tiến, Việt Nam có lợi thế lớn về bức xạ mặt trời ổn định, đồng thời là quốc gia nông nghiệp. Nếu giải được bài toán "điện – đất", hiệu quả mang lại sẽ không chỉ dừng ở kinh tế mà còn liên quan đến an ninh năng lượng và môi trường. Mô hình điện – nông, vì vậy, có thể trở thành hướng đi chiến lược thay vì chỉ là giải pháp kỹ thuật đơn lẻ.
Trên thực tế, hệ thống RSSCA hoạt động đặc biệt hiệu quả trong điều kiện nhiệt đới và cận nhiệt đới – nơi ánh sáng trực tiếp dồi dào. Đây chính là lợi thế tự nhiên của Việt Nam. Ngược lại, ở các khu vực ôn đới với ánh sáng yếu hơn, hiệu suất có thể giảm, cho thấy dư địa tiếp tục nghiên cứu, như tích hợp thu nhận ánh sáng khuếch tán hoặc phát triển các cấu hình lai.
Không chỉ dừng ở phòng thí nghiệm, mô hình này còn được kỳ vọng có thể triển khai tại các trang trại, trạm nghiên cứu thực nghiệm, cũng như các khu vực vùng sâu, vùng xa hoặc hải đảo – nơi quỹ đất hạn chế và điện lưới chưa ổn định. Khi đó, một hệ thống "lưỡng dụng" vừa tạo điện vừa phục vụ sản xuất nông nghiệp sẽ mang lại giá trị thiết thực.
Thông qua hợp tác quốc tế, nhóm nghiên cứu Việt Nam cũng từng bước làm chủ các công cụ mô phỏng, thiết kế quang học và công nghệ pin hội tụ cao – lĩnh vực vốn đòi hỏi chi phí đầu tư lớn và trình độ kỹ thuật cao. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế uy tín (SCIE - Q1), khẳng định tính mới và độ tin cậy.
Ngọc Minh
