Солнечная энергия для устойчивого сельского хозяйства

Солнечная энергия становится ведущим трендом в индустрии возобновляемой энергетики, особенно с учетом резкого снижения стоимости технологий и распространения перехода к возобновляемым источникам энергии по всему миру.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Солнечная электростанция Дау Тиенг, провинция Тайнинь. (Фото: МИНЬ ФУОНГ)

Солнечная электростанция Дау Тиенг, провинция Тайнинь . (Фото: МИНЬ ФУОНГ)

Солнечная энергия становится ведущим трендом в индустрии возобновляемой энергетики, особенно с учетом резкого снижения стоимости технологий и распространения перехода к возобновляемым источникам энергии по всему миру . Один из наиболее распространенных способов преобразования солнечной энергии в электричество для удовлетворения потребностей человека — использование солнечных панелей.

Однако, по мнению экспертов, развитие солнечных электростанций во всем мире выявляет значительные ограничения в отношении окружающей среды и земельных ресурсов. В процессе производства фотоэлектрической энергии используются токсичные химические вещества, такие как соляная кислота, серная кислота, азотная кислота и фторид водорода, которые могут представлять опасность для здоровья, особенно для производственных рабочих. Отчет Института энергетических исследований (IER) в США указывает на то, что солнечные панели производят в 300 раз больше опасных отходов, чем атомные электростанции, при одинаковом объеме вырабатываемой энергии. Солнечные панели, содержащие тяжелые металлы, такие как свинец, хром и кадмий, могут нанести вред почве, если их измельчить и закопать.

Кроме того, крупномасштабные солнечные панели промышленного назначения занимают много места, препятствуя росту растительности под ними и превращая эти участки в бесплодную землю.

Во Вьетнаме в последние годы стремительно развивается солнечная энергетика, особенно в провинции Ниньтхуан, считающейся «столицей солнечной энергии» страны. Этот бум произошел на фоне быстрого экономического роста, высокого спроса на энергию и резкого снижения стоимости технологий. Однако крупномасштабные проекты солнечной энергетики занимают большие земельные участки, оказывая давление на окружающую среду. В большинстве проектов отсутствуют планы по утилизации солнечных панелей по истечении срока их службы, а сами устройства содержат материалы и тяжелые металлы, которые могут вызывать загрязнение окружающей среды при утилизации традиционными методами захоронения отходов.

По всему миру многие исследовательские группы стремятся преодолеть ограничения плоских солнечных панелей, используя технологию концентрированной солнечной энергии. Эта технология фокусирует солнечный свет на небольшой площади, что значительно сокращает количество необходимых фотоэлектрических элементов. Группа ученых в Китае одной из первых предложила модель, которая разделяет компоненты солнечного света, где красный и синий свет используются в сельском хозяйстве, а остальная часть преобразуется в электричество. Однако эта модель очень дорога, поскольку требует использования дорогостоящих нанооптических пленок для разделения света, имеет низкую долговечность и коэффициент фокусировки всего в несколько десятков раз, что делает технологию пригодной только для лабораторного использования.

Недавно группа авторов из Университета Феникаа разработала новый подход, который преодолевает вышеупомянутые недостатки и подходит для практических условий, после реализации проекта «Исследование, проектирование и изготовление экологически чистой фотоэлектрической сельскохозяйственной системы на основе технологии концентрированной солнечной энергии», финансируемого Национальным фондом развития науки и технологий (Nafosted).

Доцент Ву Нгок Хай, руководитель проекта, рассказал, что вместо использования параболической впадины для создания прямолинейной конвергенции исследовательская группа перешла к использованию линзы Френеля — оптического компонента, который является тонким, легким, недорогим и способен концентрировать свет в небольшой точке с коэффициентом конвергенции в сотни раз. При таком сильном сжатии света площадь необходимой фотоэлектрической ячейки уменьшается в сотни раз, что означает меньшее количество материала, меньше токсичных химикатов, меньше отходов и снижение затрат. Эта линза Френеля также является изобретением команды в рамках данного проекта.

Доцент Ву Нгок Хай пояснил, что в точке схождения света исследовательская группа разместила полуотражающее зеркало для разделения компонентов естественного света. Красный и синий свет (две области спектра, которые растения сильно поглощают) проходят через зеркало в зону роста. Оставшийся свет, особенно инфракрасная область, несущая много тепловой энергии, отражается обратно и концентрируется на высокоэффективной солнечной панели. Разделение компонентов света в небольшой точке уменьшает площадь поверхности, требующей нанесения фильтрующего покрытия, в 25-30 раз, что позволяет использовать более долговечные, дешевые и производимые промышленным способом технологии нанесения покрытий. Это значительное улучшение по сравнению с существующими технологиями во всем мире.

Раздельные источники красного и синего света направляются в оптические волокна и перераспределяются с помощью оптических структур. Это обеспечивает равномерное распределение света на растениях, устраняя тени и предотвращая снижение урожайности по сравнению с моделями с широко расположенными солнечными панелями или панелями, установленными на крышах теплиц. Высокоэнергетический отраженный свет преобразуется в электрическую энергию с большей эффективностью, чем в традиционной технологии плоских панелей.

По мнению исследовательской группы, эта технология открывает потенциальные возможности применения в агрофотоэлектрических системах во Вьетнаме, особенно в районах с высокой интенсивностью излучения и необходимостью сочетать производство электроэнергии с выращиванием сельскохозяйственных культур. На следующем этапе исследовательская группа планирует довести систему до более совершенного уровня, чтобы оценить ее практическое применение с целью передачи технологии предприятиям и агрофотоэлектрическим системам в стране.

Для обеспечения масштабируемости команда сотрудничала с Университетом Мёнджи (Южная Корея) — учреждением, специализирующимся на оптике, материаловедении и возобновляемой энергии, — для совместной разработки полного прототипа системы для экспериментального использования. Это сотрудничество позволило команде провести измерения производительности в различных условиях окружающей среды, включая тропический климат Ханоя и умеренный климат Сеула, Южная Корея. Они оценили долговечность линз Френеля и оптических фильтров, а также проверили стабильность распределения света по растениям. Первые результаты испытаний показали, что система обеспечивает более высокую эффективность преобразования энергии по сравнению с традиционными моделями плоских панелей при тех же условиях излучения, обеспечивая при этом достаточный красно-зеленый спектр для роста растений, избегая локального затенения и не снижая урожайность. Первые успехи совместной программы были опубликованы в международном журнале Plos One, занимающем первое место в рейтинге.

По словам представителей Национального фонда развития науки и технологий, исследовательский проект не только демонстрирует осуществимость фотоэлектрических технологий следующего поколения для сельского хозяйства, но и открывает большие возможности для Вьетнама присоединиться к группе стран, обладающих технологией концентрированной солнечной энергии для устойчивого сельского хозяйства. С целью дальнейшей оптимизации оптических материалов, снижения затрат и создания крупномасштабных прототипов в период 2025-2027 годов ожидается, что система сможет перейти к полевым испытаниям, внедрению в бизнес и напрямую способствовать достижению целей Вьетнама в области «зеленого» сельского хозяйства, экономики замкнутого цикла и возобновляемой энергии.

СНЕЖНЫЙ СВЕТ

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