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

34 
MÔ HÌNH NHÀ KÍNH NÔNG NGHIỆP CÔNG 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 
TÓM TẮT 
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. Là mô hình nhà kính nông 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. Mô 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 hoàn toàn cung cấp 
tiểu khí hậu khác biệt với môi trƣờng bên ngoài nhằm phục vụ trồng thử nghiệm các loài 
cây rau ăn lá, rau ăn củ quả, hoa. 
Mục đích thiết kế xây dựng mô 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, công nghệ cao, nông nghiệp, thuỷ canh, khí canh, nhỏ giọt.
 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
 Mô hình hà kính thông 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 mô hình này là gọn nhẹ, tiện dụng, dễ lắp đặt và sử dụng 
sản xuất rau, hoa ở quy mô vƣờn nhà, hộ gia đình. Tuy nhiên, mô 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; Mô 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 hoàn 
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 phòng Đào tạo, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình 
21 Giảng viên Khoa Điện, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình 
22 Giảng viên khoa Nông – Lâm - Ngƣ, Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình 
35 
* 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 mô hình của Ixraen. Nhƣợc điểm chung của các mô 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 nông nghiệp, chƣa hình thành đƣợc hệ sinh thái khép kín 
sử dụng năng lƣợng bền vững mô phỏng hệ sinh thái tự nhiên. 
 Tại Quảng Bình bƣớc đầu đã có một số dự án nông nghiệp công nghệ cao, điển 
hình là mô 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 công nghệ cao chủ yếu là 
mô 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 mô 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 mô 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 mô hình: 
“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”. 
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 
Mô hình đƣợc xây dựng tại Trƣờng Cao đẳng Kỹ thuật – Công Nông nghiệp 
Quảng Bình. 
Thời gian làm và hoàn thiện mô hình: 01/8/2019 đến 30/8/2019 
2.2. Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu 
 *Mô 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 
36 
- Hệ thống bánh xe chịu tải trọng lớn, máng tôn 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 hoàn 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 thông 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. Mô hình nhà kính 
37 
BẢN VẺ MẶT BẰNG 
 2m 
4m 
 TỔNG THỂ 
Máy làm 
mát 
bể 
nƣớc 
 Pin mặt trời 150Wx2 
38 
 + 
 - 
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 tôn 5mm bắn keo kích thƣớc: 2mx4mx0,15m 
- Vật liệu lợp nhà: Tấm kính PE ixraen: 40m2; Lƣới chống côn trùng: 2m2 
- Máng thu nƣớc: Gia công tôn 
- Giá lắp thiết bị: Nhóm tự gia công 
- 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 công. 
39 
 Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát và tƣới nƣớc nhỏ giọt trồng cây củ quả 
 Bơm 
Quạt hơi 
nƣớc 2 
Quạt hơi 
nƣớc 4 
Quạt hơi 
nƣớc 3 
Quạt hơi 
nƣớc 1 
bồn 
nƣớc 
12V 
DC 
Ống tƣới 
nhỏ giọt 
Máng tôn 
thu nƣớc 
Cây trồng 
Ống cấp 
nƣớc quạt 
40 
 Sơ đồ cấu tạo hệ thống trồng cây thuỷ canh và khí canh kết hợp 
 Thuỷ canh hồi lƣu Khí canh 
Bơm 
41 
 Sơ đồ bố trí hệ thống phun sƣơng cho Phong lan và Rau mầm 
bể 
nƣớc 
 Pin mặt trời 150Wx2 
Bét phun sƣơng 
Hệ thống trồng Phong lan, rau mầm 
42 
Sơ đồ bố trí hệ thống điện 
Pin mặt 
trời 
Bộ điều 
khiển sạc, 
Cầu chì 
Bình ắc quy 
12V, 50AH 
Cảm biến 
nhiệt độ 
Cảm biến 
mực nƣớc 
Quạt điều 
hoà 
Máy bơm 
nhỏ giọt 
Cảm biến 
độ ẩm 
Máy bơm 
phun sƣơng 
Cảm biến 
ánh sáng 
Đèn led 
chiếu sáng 
Camera 
quan sát 
43 
 Sơ đồ tuần hoàn nƣớc 
* Đặc điểm hoạt động của hệ thống và một số lƣu ý. 
Bể chứa 
nƣớc 
Bơm cấp bình 
nhỏ giọt 
Bơm Bơm 
phun sƣơng 
Bình Thuỷ 
canh 
Hệ thống 
tƣới nhỏ 
giọt, cấp 
cho dƣa 
chuột, dƣa 
lƣới 
Hệ thống 
Phun sƣơng 
cấp cho 
trồng hoa, 
rau mầm 
Hệ thống 
khí canh và 
thuỷ canh 
Máng thu 
nƣớc dƣ 
Máng thu 
nƣớc mƣa 
Thu nƣớc 
qua sàn 
Cấp làm 
mát cho 
tấm
Coolpad 
44 
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 khô 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 600-
700ppm. 
 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 loài 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 
30
0C 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. Mô hình sau khi hoàn thành xây dựng 
45 
 MỘT SỐ HÌNH ẢNH MÔ HÌNH 
GIÀN THUỶ CANH, KHÍ CANH, CHẬU TRỒNG RAU THÔNG MINH, CAMERA, 
QUẠT ĐIỀU HOÀ HƠI NƢỚC 
46 
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 
47 
 HỆ THỐNG QUẠT ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 
48 
3.3 . Kết quả trồng thử một số loại cây 
*Dƣa lƣới 
49 
*Một số loại rau 
50 
 4. KẾT LUẬN 
 Mô hình nhà kính diện tích 8m2 sử dụng năng lƣợng tái tạo tƣơng đối bền vững 
phục vụ trồng rau, hoa công nghệ cao. Mô 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 môi trƣờng khác biệt với môi trƣờng bên ngoài phục vụ trồng rau hoa công nghệ cao. 
Mô hình hoạt động gần nhƣ tự động hoàn toàn, chỉ có nguồn nƣớc mƣa có thể bị hao hụt 
một phần trong quá 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 mô hìnhvào các lĩnh vực sau: 
- Áp dụng làm mô 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 công nghệ cao trong nhà kính quy mô nhỏ. 
- Nhân rộng mô 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. 
51 
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, nông thôn”, 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