Mô hình nhà kính nông nghiệp công nghệ cao sử dụng năng lượng mặt trời mô phỏng hệ sinh thái bền vững trong tự nhiên

MƠ HÌNH NHÀ KÍNH NƠNG NGHIỆP CƠNG NGHỆ CAO SỬ DỤNG NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI MÔ PHỎNG HỆ SINH THÁI BỀN VỮNG TRONG TỰ NHIÊN.

Đoàn Nam Thành20, Trần Xuân Lập21, Lê Minh Đăng22
TĨM TẮT
Mơ hình nhà kính nơng nghiệp cơng nghệ cao sử dụng năng lượng mặt trời mô
phỏng hệ sinh thái bền vững trong tự nhiên. Là mơ hình nhà kính nơng nghiệp di động sử
dụng năng lƣợng mặt trời để phục vụ hoạt động của các hệ thống tƣới, hệ thống làm mát,
hệ thống chiếu sáng. Mơ hình có kích thƣớc 4m x 2m x 3,3m đƣợc lợp bằng màng kính
Ixraen, có bánh xe di chuyển đƣợc. Bên trong đƣợc bố trí các hệ thống trồng cây theo
phƣơng pháp thuỷ canh, khí canh, phƣơng pháp tƣới phun sƣơng, phƣơng pháp tƣới nhỏ
giọt; Các hệ thống bơm, làm mát, chiếu sáng đƣợc cung cấp năng lƣợng từ 02 tấm pin
mặt trời 300W, lƣu trữ ắc quy 50AH. Hệ thống hoạt động tự động hồn tồn cung cấp
tiểu khí hậu khác biệt với mơi trƣờng bên ngồi nhằm phục vụ trồng thử nghiệm các loài
cây rau ăn lá, rau ăn củ quả, hoa.
Mục đích thiết kế xây dựng mơ hình nhằm đào tạo sinh viên, học sinh chuyên
ngành Trồng trọt, Lâm sinh, Kỹ thuật rau hoa công nghệ cao các hệ Cao đẳng và trung
cấp, sơ cấp tại trƣờng.
Từ khóa:nhà kính, cơng nghệ cao, nơng nghiệp, thuỷ canh, khí canh, nhỏ giọt.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Mơ hình hà kính thơng minh sử dụng năng lƣợng mặt trời do công ty Myfood của
Pháp giới thiệu đầu tiên tại triển lãm nông nghiệp Quốc tế Pari từ 25/2 đến 5/3 năm 2017
với diện tích 22m2. Ƣu điểm của mơ hình này là gọn nhẹ, tiện dụng, dễ lắp đặt và sử dụng
sản xuất rau, hoa ở quy mơ vƣờn nhà, hộ gia đình. Tuy nhiên, mơ hình này mới chỉ phát
triển ở các nƣớc Châu Âu chƣa nhập về Việt Nam; Chỉ sử dụng năng lƣợng pin mặt trời
để tƣới nƣớc cho cây chƣa ứng dụng để điều khiển các nhân tố khí hậu khác trong nhà
kính; Mơ hình đƣợc dựng trên mặt đất cố định và sử dụng tại địa phƣơng. Công nghệ
Ixraen ứng dụng năng lƣợng mặt trời để điều khiển máy bơm cho hệ thống tƣới nhỏ giọt
phục vụ nông nghiệp.
Nhƣợc điểm: Mới chỉ ứng dụng để tƣới nƣớc chƣa hình thành đƣợc hệ tuần hồn
bền vững của chu trình nƣớc, chƣa tạo ra đƣợc hệ sinh thái riêng biệt mang tính bền

vững, và chƣa điều chỉnh đƣợc các nhân tố sinh thái khác.

20

Phó trƣởng phịng Đào tạo, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Cơng – Nơng nghiệp Quảng Bình
Giảng viên Khoa Điện, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình
22
Giảng viên khoa Nơng – Lâm - Ngƣ, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Cơng – Nơng nghiệp Quảng Bình
21

34


* Việt Nam
Những năm gần đây với sự hỗ trợ của chính phủ đã bắt đầu phát triển mạnh các dự
án nông nghiệp công nghệ cao, hệ thống nhà màng, nhà kính đƣợc xây dựng nhiều nơi.
Nhƣng đặc điểm chung của các dự án này là sự dụng nguồn điện lƣới và nƣớc từ bên
ngoài để sản xuất, một số đã bắt đầu ứng dụng pin năng lƣợng mặt trời để điều khiển máy
bơm tƣới nhỏ giọt theo mơ hình của Ixraen. Nhƣợc điểm chung của các mơ hình này là
chỉ ứng dụng từng phần nhỏ lẽ năng lƣợng tái tạo (điện mặt trời) để phục vụ cho một số
khâu nhất định trong sản xuất nơng nghiệp, chƣa hình thành đƣợc hệ sinh thái khép kín
sử dụng năng lƣợng bền vững mơ phỏng hệ sinh thái tự nhiên.
Tại Quảng Bình bƣớc đầu đã có một số dự án nơng nghiệp cơng nghệ cao, điển
hình là mơ hình nhà kính trồng hoa của Công ty TNHH Phát triển các dự án Việt Nam
đầu tƣ tại xã Thuận Đức – Đồng Hới. Các chƣơng trình hỗ trợ của nhà nƣớc cho các
HTX nông nghiệp, doanh nghiệp và nông dân làm nông nghiệp cơng nghệ cao chủ yếu là
mơ hình nhà màng hoặc nửa kính nửa màng sử dụng năng lƣợng điện lƣới. Nhƣợc điểm
của dự án này là đang sử dụng nguồn điện lƣới và nguồn nƣớc từ bên ngoài để cung cấp
cho nhà kính, nhà màng và cũng chƣa hình thành đƣợc hệ sinh thái bền vững mô phỏng
tự nhiên.

Với mong muốn hình thành đƣợc một mơ hình nhà kính sử dụng nguồn năng
lƣợng sẳn có trong tự nhiên (năng lƣợng mặt trời) để tạo ra một hệ sinh thái tƣơng đối
bền vững trong nhà kính mơ phỏng hệ sinh thái tự nhiên phục vụ cho đào đạo các chuyên
ngành nông nghiệp công nghệ cao chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu lắp đặt mơ hình:
“Mơ hình nhà kính nơng nghiệp công nghệ cao sử dụng năng lượng mặt trời mô
phỏng hệ sinh thái bền vững trong tự nhiên”.
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
Mơ hình đƣợc xây dựng tại Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật – Cơng Nơng nghiệp
Quảng Bình.
Thời gian làm và hồn thiện mơ hình: 01/8/2019 đến 30/8/2019
2.2. Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu
*Mơ tả khung nhà kính:
- Nhà đƣợc hàn kiên cố bằng khung thép hộp 4x4 sơn 2 lớp, Vĩ kèo thép hộp
2x4,các máng thu hồi nƣớc đƣợc gò bằng tôn.
Dài 4m, rộng 2m, cao 3,3m, mở mái 30cm, lợp plastic Ixraen
- Phần sàn nhà đƣợc đan thép hộp 1x2,5 với khẩu độ 25cmx25cm, sàn lát gỗ phíp

35


- Hệ thống bánh xe chịu tải trọng lớn, máng tơn chứa nƣớc mƣa dày 5mm có thể
tích 4m x 1,2m x 0,15m.
* Mô tả các hệ thống phụ trợ, điều khiển:
+ Hệ thống cung cấp năng lƣợng: Sử dụng 2 tấm pin mặt trời công suất 150W, 01
bộ máy lƣu trữ, điều tiết và phát điện năng lƣợng mặt trời 500W.
+ Hệ thống phun sƣơng: sử dụng 01 máy bơm 12V, 30W 8 bét phun.
+ Hệ thống trồng rau thuỷ canh, khí canh: gồm bơm tuần hồn và các hệ thống phụ
trợ hiệu suất cao.
+ Hệ thống tƣới nƣớc nhỏ giọt trồng rau ăn củ quả: Gồm 02 máng thu hồi nƣớc và

20 đầu tƣới nhỏ giọt.
+ Hệ thống chậu thông minh sản xuất rau mầm tƣới phun sƣơng tự động hoặc thuỷ
canh tĩnh.
+ Hệ thống làm mát không khí: gồm 2.4m panel xốp giữ ẩm, 01 máy bơm 12V 30W
cấp nƣớc, 04 quạt thơng gió 12V 15W
+ Hệ thống chiếu sáng: Sử dụng 04 dãy đèn LED công suất 6W/dãy, 01 cụm LED
bảo vệ bên ngoài cửa vào
+ Hế thống chứa nƣớc và thu hồi nƣớc: Gồm bể chứa nƣớc cấp nƣớc từ 02 nguồn
nƣớc mƣa và bù nƣớc máy khi thiếu, máng thu nƣớc mƣa, máng thu hồi nƣớc làm mát,
cảm biến mức nƣớc (Cấp bù nƣớc máy khi thiếu nƣớc mƣa).
+ Hệ thống cảm biến, đồng hồ báo:
. Cảm biến ánh sáng: điều khiển bật đèn
. Cảm biến độ ẩm: điều khiển tƣới
. Cảm biến nhiệt độ - thông báo ra đồng hồ so sánh nhiệt độ trong nhà ngoài trời.
+ Hệ thống giám sát, bảo vệ: Gồm 01 Camera Wifi 64Mb, 02 đèn LED năng lƣợng
mặt trời gắn cảm biến chuyển động.
- Trồng các loại cây vận hành thử nghiệm các hệ thống:
+ Hệ thống tƣới nhỏ giọt: Trồng 20 cây Dƣa lƣới Nhật Bản
+ Hệ Thống Thủy canh, Khí canh: Rau cần, Mồng tơi, Rau muống hạt, Cải mào gà,
Xà lách.
+ Hệ thống tƣới phun sƣơng: Cải mầm
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Mơ hình nhà kính

36


BẢN VẺ MẶT BẰNG

2m

4m

TỔNG THỂ

Pin mặt trời 150Wx2

Máy làm
mát

bể
nƣớc

37


Vật tƣ:
- Khung nhà:

+
-

+Sàn nhà dùng thép 4x4 và 1x2cm đan 25x25cm, lót gỗ Phím diện tích 8m2
+ Cột: dùng thép 4x4cm, tổng cộng: 6x2,4m =14,4m
+ Băng, thanh giằng thép 5x12: 60m
- Mái vòm: Dùng thép 1x2cm và thép bản uốn cong, thanh giằng mái: 32m
- Bồn chứa nƣớc: Dập bằng tơn 5mm bắn keo kích thƣớc: 2mx4mx0,15m
- Vật liệu lợp nhà: Tấm kính PE ixraen: 40m2; Lƣới chống cơn trùng: 2m2
- Máng thu nƣớc: Gia công tôn
- Giá lắp thiết bị: Nhóm tự gia cơng

- Hộp điều khiển: Nhóm tự gia công
- Lắp đặt các thiết bị: Ắc quy, máy bơm, ca mê ra, đèn, hộp điều khiển, cảm
biến, các hệ thống bên trong nhƣ thuỷ canh, khí canh, nhỏ giọt, phun sƣơng…
Nhóm tự gia cơng.

38


Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát và tƣới nƣớc nhỏ giọt trồng cây củ quả

12V
DC

Ống tƣới
nhỏ giọt

Bơm

bồn
nƣớc

Ống cấp
nƣớc quạt

Quạt hơi
nƣớc 1
Quạt hơi
nƣớc 2

Cây trồng

Máng tôn
thu nƣớc

Quạt hơi
nƣớc 3
Quạt hơi
nƣớc 4

39


Sơ đồ cấu tạo hệ thống trồng cây thuỷ canh và khí canh kết hợp
Thuỷ canh hồi lƣu

Khí canh

Bơm

40


Sơ đồ bố trí hệ thống phun sƣơng cho Phong lan và Rau mầm

Pin mặt trời 150Wx2

bể
nƣớc

Bét phun sƣơng

Hệ thống trồng Phong lan, rau mầm

41


Sơ đồ bố trí hệ thống điện

Pin mặt
trời

Bộ điều
khiển sạc,
Cầu chì
Bình ắc quy

12V, 50AH

Camera
quan sát

Cảm biến
ánh sáng

Cảm biến
độ ẩm

Đèn led
chiếu sáng

Máy bơm
phun sƣơng

Cảm biến
mực nƣớc

Cảm biến
nhiệt độ

Máy bơm
nhỏ giọt

Quạt điều
hoà

42


Sơ đồ tuần hồn nƣớc
Bể chứa
nƣớc

Máng thu
nƣớc mƣa

Bơm cấp bình
nhỏ giọt

Hệ thống
tƣới nhỏ

giọt, cấp
cho dƣa
chuột, dƣa
lƣới

Máng thu
nƣớc dƣ

Cấp làm
mát cho
tấm
Coolpad

Bơm Bơm
phun sƣơng

Bình Thuỷ
canh

Hệ thống
Phun sƣơng
cấp cho
trồng hoa,
rau mầm

Hệ thống
khí canh và
thuỷ canh

Thu nƣớc

qua sàn

* Đặc điểm hoạt động của hệ thống và một số lƣu ý.

43


a. Hệ thống đƣợc thiết kế tự động hoàn toàn, lấy năng lƣợng mặt trời để cung cấp
cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bơm, quạt, camera và đèn chiếu sáng. Năng lƣợng
mặt trời đƣợc sạc dự trữ trong bình acquy 12v 50AH.
b.Nguồn nƣớc sử dụng trong hệ thống đƣợc lợi dụng tối đa nƣớc mƣa thông qua
hệ thống máng thu nƣớc và bể chứa. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng một phần nƣớc
bị bốc hơi, một phần đƣợc cây xanh hấp thụ vì vậy trong mùa khơ nếu thời tiết nắng liên
tục 7 ngày trở lên cần bổ sung bằng nƣớc máy. Hệ thống đƣợc thiết kế nhằm tiết kiệm tối
đa nguồn nƣớc.
c.Đối với hệ thống khí canh và thuỷ canh: Nƣớc đƣợc đƣa vào ban đầu trong bình
chứa để pha dung dịch dinh dƣỡng là 40 lít, pha dung dịch AB có nồng độ 600ppm trong
15 ngày đầu sau đó tăng lên 1000ppm, trƣớc khi thu hoạch rau 10 ngày cho giảm về 600700ppm.
d.Để trồng trọt trong nhà kính tuỳ theo ý định của ngƣời sản xuất để đƣa vào các
giống cây, giá thể, phân bón cho phù hợp với từng loài cây khác nhau. Nhà kính có thể
sản xuất rau, củ quanh năm. Các lồi cây phù hợp là:
Rau ăn lá: Rau mầm, muống, cải, mồng tơi, rau dền, hành, tỏi, rau gia vị…
Rau ăn quả: Cà chua, Dƣa lƣới, Dƣa chuột, Củ dền, Hành tây, Su hào…
Hoa: Phong Lan, Đồng Tiền, Hồng, Ly, Cúc…
e. Hệ thống cảm biến có thể tuỳ chỉnh cho phù hợp với từng loài cây, mùa: Hệ
thống hiện đƣợc cài đặt cảm biến nhiệt độ 300C, nghĩa là nếu nhiệt độ trong nhà lớn hơn
300C thì hệ thống quạt làm mát tự động chạy. Cảm biến ánh sáng đƣợc bật vào ban đêm
nhằm kích hoạt hệ thống đèn LED xanh đỏ kích cây phát triển. Cảm biến mực nƣớc tự
động bật bơm khi nƣớc trong bình nhỏ giọt hạ xuống thấp (có thể tuỳ chỉnh độ cao thấp
của mực nƣớc trong bình bằng cách kéo cảm biến lên hoặc hạ xuống). Cảm biến độ ẩm sẽ

tự động kích hoạt hệ thống phun sƣơng nếu độ ẩm trong nhà nhỏ hơn 60%.
f. Hệ thống camera đƣợc cài đặt qua điện thoại di động, ngƣời sử dụng có thể quan
sát hoạt động của nhà kính và sinh trƣởng của cây trồng ở bất cứ nơi đâu.
3.2. Mơ hình sau khi hồn thành xây dựng

44


MỘT SỐ HÌNH ẢNH MƠ HÌNH

GIÀN THUỶ CANH, KHÍ CANH, CHẬU TRỒNG RAU THƠNG MINH, CAMERA,
QUẠT ĐIỀU HỒ HƠI NƢỚC

45


HỘP ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM GỒM: BỘ ĐIỀU KHIỂN NẠP NĂNG LƢỢNG MẶT
TRỜI, CÁC CẢM BIẾN

HỆ THỐNG ỐNG KHÍ CANH, HỆ THỐNG CẮT NẮNG, MÁY PHUN SƢƠNG

46


HỆ THỐNG QUẠT ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ

47


3.3 . Kết quả trồng thử một số loại cây

*Dƣa lƣới

48


*Một số loại rau

49


4. KẾT LUẬN
Mơ hình nhà kính diện tích 8m2 sử dụng năng lƣợng tái tạo tƣơng đối bền vững
phục vụ trồng rau, hoa cơng nghệ cao. Mơ hình đƣợc hoạt động theo nguyên tắc sử dụng
bền vững năng lƣợng và nƣớc từ thiên nhiên để điều khiển vi khí hậu trong nhà kính tạo
ra mơi trƣờng khác biệt với mơi trƣờng bên ngồi phục vụ trồng rau hoa cơng nghệ cao.
Mơ hình hoạt động gần nhƣ tự động hồn tồn, chỉ có nguồn nƣớc mƣa có thể bị hao hụt
một phần trong q trình tƣới cần bổ sung một ít bằng nƣợc máy.
Tuy vối thời gian ngắn và kinh phí hạn chế nhƣng sáng kiến đã đƣa lại những kết
quả khả quan. Có thể sử dụng mơ hìnhvào các lĩnh vực sau:
- Áp dụng làm mơ hình dạy học các chuyên ngành Cao đẳng, Trung cấp, Sơ cấp thuộc
lĩnh vực Nông học, Kỹ thuật trồng rau hoa công nghệ cao, Lâm sinh...
- Áp dụng sản xuất thử nghiệm rau sạch, hoa cơng nghệ cao trong nhà kính quy mơ nhỏ.
- Nhân rộng mơ hình với diện tích nhà kính lớn hơn phục vụ các dự án nông nghiệp công
nghệ cao.
- Sản xuất các nhà kính mini cung cấp cho thị trƣờng phục vụ trồng rau, hoa của các hộ
gia đình, home stay, nhà hàng, khách sạn... với các kích cỡ diện tích khác nhau.

50

Tài liệu tham khảo
1.Mai Thị Phƣơng Anh. Kỹ thuật trồng một số loại rau cao cấp. NXB Hà Nội, 1999.
2. Tạ Thu Cúc. Kỹ thuật trồng một số cây đậu rau. NXB Hà Nội, 2003.
3. Tạ Thu Cúc, Hồ Hữu An, Nghiêm Thị Bích Hà. Giáo trình cây rau. NXB Hà Nội,
2000.
4. Đƣờng Hồng Dật. Sổ tay ngƣời trồng rau, tập 2. NXB Hà Nội, 2002.
5. Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi. Sổ tay ngƣời trồng rau. NXB Hà Nội, 2000.
6. Trần Khắc Thi, Trần Ngọc Hùng. Kỹ thuật trồng rau an toàn. NXB Hà Nội, 2001.
7. Nguyễn Thị Trƣờng (chủ biên). Giáo trình trồng trọt cơ bản. NXB Hà Nội, 2005.
8. Võ Thị Bích Thủy, Nguyễn Bảo Vệ và Trần Thị Ba. Cải thiện năng suất và phẩm chất
dƣa lê (muskmelon) bằng cách bón phân Kali trên đất phù sa tại Cần Thơ vụ xuân hè năm
2004. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:4. 16-25, Trƣờng Đại học Cần Thơ.
9. Ngô Quang Vinh. Sản xuất cà chua theo hƣớng công nghệ cao. Tài liệu Hội thảo –
Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Miền nam, 2006.
10.Võ Khiếm (2012), “Ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ trong sản xuất hoa ở
Lâm Đồng”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng 2 -2012), Bộ Khoa học và Công
Nghệ.
11.Lê Tất Khƣơng (2011), “Chuyển giao kỹ thuật tiến bộ trong NN, nơng thơn”, Tạp chí
Hoạt động khoa học (Số tháng 1 -2011), Bộ Khoa học và Công Nghệ.
12.Lê Tất Khƣơng, Trần Anh Tuấn (2012), “Vai trò của doanh nghiệp trong ứng dụng và
chuyển giao công nghệ phục vụ sản xuất NN”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng 2 2012), Bộ Khoa học và Công Nghệ.
13.Phạm Ngọc Minh (2012), “Liên kết hoạt động khoa học và công nghệ phục vụ phát
triển bền vững vùng đồng bằng sông Cửu Long”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng
2 -2012), Bộ Khoa học và Công Nghệ.
14. />15.
16.
17.
18. www.agroviet.gov.vn
19. www.cantho.gov.vn
20. www.chinhphu.vn

21. www.gso.gov.vn

51