Phương pháp sử dụng đèn led hiệu quả

Nếu phương pháp này hiệu quả với việc giặt đồ của bạn, không có lý do gì nó không thể áp dụng cho nông nghiệp trong nhà và làm cho giá rau xanh cũng rẻ hơn. Nếu bạn trồng xà lách vào ban đêm, nó vẫn là xà lách như nhau, đúng không? Các nhà nghiên cứu tại Skoltech đã quyết định tìm hiểu điều này bằng cách thực hiện một thí nghiệm kéo dài một tháng trong các nhà kính mô hình và các trang trại đứng gọi là phytotron.

Bài báo của họ trên tạp chí Applied Energy kết luận rằng bằng cách điều chỉnh lịch chiếu sáng nhân tạo, có thể giảm hóa đơn điện năng liên quan xuống gần một phần tư. Và xà lách vẫn ổn.

Khí hậu ở nhiều quốc gia làm cho nhà kính trở thành phương pháp trồng rau tối ưu, không chỉ vì lý do nhiệt độ mà còn vì thiếu ánh sáng tự nhiên. Vì vậy, nếu nông dân vẫn phải dựa vào đèn điện, tại sao không bật chúng trong những giờ giá điện thấp hơn?

Hệ thống kiểm soát vi khí hậu trong các nhà kính hoặc trang trại đứng có thể tắt đèn trong những giờ đắt đỏ hơn, vì rau cần thời gian ban đêm để phát triển khỏe mạnh. Nhưng khác với máy giặt, cây là một sinh vật sống và đang phát triển, và chúng ta cần đảm bảo rằng việc thay thế một đêm liên tục bằng nhiều khoảng thời gian tối ngắn hơn sẽ không ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng.

"Chúng tôi đã thực hiện một thí nghiệm trồng các giống xà lách và rau diếp (còn gọi là cây endive) khác nhau trong hai nhà kính giống hệt nhau dưới cùng một điều kiện ngoại trừ chế độ chiếu sáng," tác giả chính của nghiên cứu Javier Peñuela, một nghiên cứu sinh về hệ thống kỹ thuật tại Skoltech cho biết.

"Cả hai nhóm cây đều nhận được 16 giờ ánh sáng hàng ngày với cường độ được khuyến nghị. Tuy nhiên, trong nhóm đối chứng, các giờ tối được gộp lại để tương ứng với đêm tự nhiên. Trong khi đó, ở nhóm thử nghiệm, các giờ tối được phân tán suốt cả ngày dựa trên khi điện là đắt nhất. Điều này không ảnh hưởng đo lường đến sự phát triển của cây ở bất kỳ giống nào."

"Chúng tôi tin rằng kết quả này có thể mở rộng cho húng quế, cải bó xôi và các loại rau xanh khác, vì trong các thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi đã tính đến sự đa dạng di truyền để kiểm tra các tác động tiêu cực có thể xảy ra đối với tỷ lệ tăng trưởng," thêm Phó giáo sư Cécile Ben của Skoltech Agro, người đồng tác giả của nghiên cứu.

Giá điện theo giờ vào một ngày mùa hè trung bình dựa trên dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu. Trong thực tế, biểu đồ này sẽ thay đổi cho mỗi ngày cụ thể, nhưng ý tưởng cơ bản là nông dân biết được hôm nay tám giờ — không nhất thiết là liên tục — sẽ là đắt nhất vào ngày mai và có thể tắt đèn trong những giờ đó. 

Các nhà nghiên cứu cũng đã thực hiện một thí nghiệm tương tự chỉ trên xà lách trong một trang trại đứng bốn tầng, với kết quả tương tự. Cụ thể, sau khi kết thúc thời gian thử nghiệm, nhóm đã so sánh các vụ mùa trong nhóm thử nghiệm với nhóm đối chứng bằng cách đếm số lượng lá và đo trọng lượng của cây — cả khi thu hoạch tươi và khô. Không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát.

Về tiềm năng tiết kiệm chi phí, các phép tính được báo cáo trong nghiên cứu cho thấy chi phí cho ánh sáng nhân tạo có thể giảm từ 15% đến 23%, tùy thuộc vào chế độ bồi thường của công ty điện. Giá trị thấp hơn trong hai giá trị tương ứng với phản ứng dựa trên giá cả, và giá trị cao hơn là kết quả từ việc thêm phản ứng dựa trên hợp đồng lên trên đó.

Phương pháp đầu tiên có nghĩa là tận dụng giá điện theo giờ, và phương pháp thứ hai liên quan đến một hợp đồng dài hạn rõ ràng trong đó trang trại cam kết tắt đèn trong một khoảng thời gian nhất định theo yêu cầu của công ty điện. Đối với lưới điện của Nga, điều này sẽ mang lại tiết kiệm lên đến 110 triệu đô la mỗi năm.

Cuối cùng, việc giảm chi phí sản xuất rau có thể làm giảm sự gia tăng giá cả.

Trang trại đứng (trái) và một nhà kính (phải), hai môi trường mà các thí nghiệm đã được thực hiện. Tín dụng: Javier Peñuela et al. / Applied Energy

"Về cơ bản, công việc của chúng tôi liên quan đến các khả năng hợp tác chưa được khai thác giữa ngành thực phẩm và hệ thống năng lượng trong môi trường đô thị," đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Laurent Gentzbittel của Skoltech Agro bình luận.

"Các khả năng hợp tác như vậy trở nên khả thi nhờ vào sự số hóa và giảm carbon của hệ thống năng lượng," Phó giáo sư Henni Ouerdane của Trung tâm Kỹ thuật, người đứng đầu nghiên cứu cho biết.

"Quá trình chuyển đổi này là một nỗ lực tốn kém, tuy nhiên, nó tạo ra nhiều cơ hội để tăng cường hiệu quả của công suất phát điện, giảm chi phí vận hành và mở rộng hệ thống năng lượng. Tính linh hoạt theo phía cầu cho phép nhiều lợi ích giảm chi phí đó được phân bổ cho các ngành như nông nghiệp trong nhà, vốn tạo ra tính linh hoạt đó, biến tính tiêu tốn năng lượng của chúng từ một gánh nặng thành một cơ hội."

Theo các nhà nghiên cứu, lợi thế kinh tế mà họ đã chứng minh có thể phần nào chuyển giao cho cà chua, dưa chuột và dâu tây. Bởi vì những cây này ra hoa và kết trái, chúng trải qua các giai đoạn phát triển bổ sung trong hơn một nửa cuộc đời của chúng, trong đó các phát hiện từ nghiên cứu rau xanh có thể không áp dụng.

Đối với một số giống, điều kiện ánh sáng rất quan trọng vào và sau khi xuất hiện hoa. Phát triển các giống cây không nhạy cảm với ánh sáng, sẽ ra hoa bất kể độ dài ngày, có thể cho phép hưởng lợi từ sự linh hoạt về nhu cầu năng lượng tiết kiệm chi phí cho nông nghiệp trong nhà đối với những cây trồng đó.

Ngoài việc bao gồm nhiều giống cây hơn, nghiên cứu có thể mở rộng bằng cách xem xét các cách tiết kiệm chi phí sưởi ấm nữa. Các thành viên trong nhóm thực hiện nghiên cứu coi phản ứng nhu cầu là tương lai của ngành điện.

Khi các dãy pin tích trữ khổng lồ, chẳng hạn như pin dòng chảy vanadium được phát triển tại Skoltech, sẽ không nghi ngờ gì đóng vai trò trong việc cân bằng tải trên lưới, các chiến lược phản ứng nhu cầu ngày càng tinh vi hơn sẽ đóng góp vào cùng một mục tiêu mà không cần bất kỳ phần cứng khổng lồ nào giữ cho mô hình trồng trọt trong tình trạng cân bằng chỉ bằng các lực lượng thị trường.

Nguồn: phys.org