Solární energie pro udržitelné zemědělství

Solární energie se stává předním trendem v odvětví obnovitelných zdrojů energie, zejména s tím, jak prudce klesají náklady na technologie a posun směrem k obnovitelným zdrojům energie se šíří po celém světě.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Solární elektrárna Dau Tieng, provincie Tay Ninh. (Foto: MINH PHUONG)

Solární elektrárna Dau Tieng, provincie Tay Ninh . (Foto: MINH PHUONG)

Solární energie se stává předním trendem v odvětví obnovitelných zdrojů energie, zejména proto, že náklady na technologie prudce klesly a přechod na obnovitelné zdroje energie se šíří po celém světě . Jedním z nejběžnějších způsobů přeměny sluneční energie na elektřinu pro uspokojení lidských potřeb je použití solárních panelů.

Podle odborníků však rozvoj solárních elektráren po celém světě odhaluje významná omezení týkající se životního prostředí a půdních zdrojů. Proces výroby fotovoltaiky využívá toxické chemikálie, jako je kyselina chlorovodíková, kyselina sírová, kyselina dusičná a fluorovodík, které mohou představovat zdravotní rizika, zejména pro výrobní pracovníky. Zpráva Institutu pro energetický výzkum (IER) ve Spojených státech uvádí, že solární panely produkují 300krát více nebezpečného odpadu než jaderné elektrárny při stejné jednotce dodané energie. Solární panely využívající těžké kovy, jako je olovo, chrom a kadmium, mohou poškodit půdní prostředí, pokud jsou rozdrceny a zakopány.

Kromě toho velké solární panely užitkových rozměrů zabírají spoustu prostoru, brání růstu vegetace pod nimi a mění tyto oblasti v neúrodnou půdu.

Ve Vietnamu se solární energie v posledních letech rychle rozvíjí, zejména v Ninh Thuan – považovaném za „hlavní město solární energie“ země. K tomuto boomu došlo uprostřed rychlého hospodářského růstu, vysoké poptávky po energii a prudce klesajících nákladů na technologie. Rozsáhlé projekty solární energie však zabírají spoustu půdy, což zatěžuje životní prostředí. Většina projektů nemá plány na likvidaci solárních panelů na konci jejich životnosti, přičemž tato zařízení obsahují materiály a těžké kovy, které mohou při likvidaci konvenčními metodami skládkování způsobit znečištění.

Po celém světě se mnoho výzkumných skupin snaží překonat omezení plochých solárních panelů pomocí technologie koncentrované solární energie. Tato technologie zaměřuje sluneční světlo na malou plochu, čímž se výrazně snižuje počet potřebných fotovoltaických článků. Skupina vědců v Číně byla jednou z prvních, kdo navrhl model oddělující složky slunečního světla, kde se červené a modré světlo využívá pro zemědělství a zbytek se přeměňuje na elektřinu. Tento model je však velmi drahý, protože vyžaduje použití drahých nanooptických filmů k oddělení světla, má nízkou odolnost a zaostřovací faktor pouze několik desítekkrát, takže je technologie vhodná pouze pro laboratorní použití.

Tým autorů z Univerzity Phenikaa nedávno vyvinul nový přístup, který překonává výše uvedené nedostatky a je vhodný pro praktické podmínky, a to po realizaci projektu „Výzkum, návrh a výroba ekologicky šetrného fotovoltaického zemědělského systému založeného na technologii koncentrované solární energie“, financovaného Národním fondem pro rozvoj vědy a techniky (Nafosted).

Vedoucí projektu, docent Vu Ngoc Hai, uvedl, že místo použití parabolického žlabu k vytvoření přímočaré konvergence výzkumný tým přešel k Fresnelově čočce – optické součástce, která je tenká, lehká, levná a schopná koncentrovat světlo do malého bodu s koeficientem konvergence až stokrát. Když je světlo tak silně stlačeno, plocha potřebná pro fotovoltaický článek se stokrát zmenší, což znamená méně materiálu, méně toxických chemikálií, méně odpadu a nižší náklady. Tato Fresnelova čočka je také vynálezem týmu v rámci tohoto projektu.

Docent Vu Ngoc Hai dále vysvětlil, že v bodě konvergence výzkumný tým umístil poloreflexní zrcadlo, aby oddělil složky přirozeného světla. Červené a modré světlo (dvě světelné oblasti, které rostliny silně absorbují) prochází zrcadlem do oblasti růstu. Zbývající světlo, zejména infračervená oblast, která nese velké množství tepelné energie, se odráží zpět a koncentruje na vysoce účinném solárním panelu. Oddělení světelných složek v malém bodě snižuje plochu povrchu vyžadujícího filtrační nátěr 25–30krát, což umožňuje použití odolnějších, levnějších a průmyslově vyráběných technik nátěrů. To je významné zlepšení ve srovnání se stávajícími technologiemi na celém světě.

Oddělené zdroje červeného a modrého světla jsou vedeny do optických vláken a redistribuovány pomocí optických struktur. To zajišťuje rovnoměrné rozložení světla k rostlinám, eliminuje stíny a zabraňuje snížení výnosu ve srovnání s modely s široce rozmístěnými solárními panely nebo panely namontovanými na střechách skleníků. Vysokoenergetické odražené světlo se přeměňuje na elektrickou energii s vyšší účinností než u tradiční technologie plochých panelů.

Podle výzkumného týmu tato technologie otevírá potenciální uplatnění v agrofotovoltaických modelech ve Vietnamu, zejména v oblastech s vysokou intenzitou záření a potřebou kombinovat výrobu elektřiny s pěstováním plodin. V další fázi si výzkumný tým klade za cíl rozvinout systém na komplexnější úroveň, aby bylo možné vyhodnotit jeho praktické využití s cílem přenést technologii do podniků a agrofotovoltaických modelů v zemi.

Aby byla zajištěna škálovatelnost, tým spolupracoval s Myongji University (Jižní Korea) – institucí s odbornými znalostmi v oblasti optiky, materiálů a obnovitelných zdrojů energie – na společném vývoji kompletního prototypu systému pro experimentální použití. Tato spolupráce umožnila týmu provádět měření výkonu za různých podmínek prostředí, včetně tropického klimatu Hanoje a mírného klimatu Soulu v Jižní Koreji. Vyhodnotili odolnost Fresnelových čoček a optických filtrů a ověřili stabilitu rozložení světla napříč rostlinami. Počáteční výsledky testů ukázaly, že systém nabízí vyšší účinnost přeměny energie ve srovnání s tradičními modely s plochými panely za stejných radiačních podmínek a zároveň poskytuje dostatečné červenozelené spektrum pro růst rostlin, vyhýbá se lokálnímu zastínění a nesnižuje výnos. První úspěchy společného programu byly publikovány v mezinárodním časopise Plos One, který se umístil na prvním místě v žebříčku Q1.

Podle zástupců Národního fondu pro rozvoj vědy a techniky výzkumný projekt nejen demonstruje proveditelnost nové generace fotovoltaické zemědělské technologie, ale také otevírá Vietnamu velké příležitosti připojit se ke skupině zemí, které disponují technologií koncentrované solární energie pro udržitelné zemědělství. S cílem dále optimalizovat optické materiály, snižovat náklady a vyrábět prototypy většího rozsahu v období 2025–2027 se očekává, že systém bude moci postoupit do polních zkoušek, být přenesen do podniků a přímo přispět k cílům Vietnamu v oblasti zeleného zemědělství, cirkulární ekonomiky a obnovitelných zdrojů energie.

SNĚŽNÉ SVĚTLO

Zdroj: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html