كيف يمكن للطاقة الكهروضوئية الزراعية تحقيق وضع مربح للجانبين؟

وبما أنه من المتوقع أن يزيد عدد سكان العالم بمقدار 1.2 مليار شخص في السنوات الخمس عشرة المقبلة، فإن الطلب على اللحوم والبيض ومنتجات الألبان سيستمر أيضًا في الزيادة. وسيحتاج هذا الطلب إلى تلبية الإمدادات الغذائية لأكثر من 7 مليارات شخص، فضلاً عن نسبة المياه العذبة اللازمة لزراعة المحاصيل، فضلاً عن الطلب على الكهرباء الذي يستمر في النمو بمعدل يتجاوز النمو السكاني. وفي مواجهة هذه السلسلة من التحديات، يتعين علينا أن ننظر في كيفية اتخاذ تدابير فعالة للتصدي لها. هل يمكننا الجمع بينهما؟ دعونا نلقي نظرة على إضافة الطاقة الشمسية إلى الأراضي الزراعية وبعض الفوائد والتحديات المصاحبة لها.

 المشكلة معالألواح الشمسيةهو أنها تتطلب مساحة كبيرة لتوليد كمية كبيرة من الكهرباء. يجمع توليد الطاقة الكهروضوئية الزراعية، المعروف أيضًا باسم APV، بين الزراعة وتوليد الطاقة من خلال الزراعة تحت غطاء الألواح الشمسية. المشكلة الرئيسية في الألواح الشمسية هي أن الأرض الموجودة بالأسفل لا يمكن استخدامها، ويرجع ذلك أساسًا إلى المساحة الصغيرة بين الألواح، والتي لا تكفي لمرور المعدات الزراعية الحديثة. عندما يكون هناك مساحة أكبر بين الألواح الشمسية، يمكن زراعة المحاصيل هناك، ويمكن حتى رعي الماشية الصغيرة مثل الدجاج والإوز والأغنام. تعتبر هذه الحيوانات مفيدة لتوليد الطاقة الشمسية لأنها تقلل من تكلفة الحفاظ على نمو الغطاء النباتي ولا تشكل أي مخاطر على البطارية نفسها.

ومع ذلك، سيتم تظليل الأرض بين الصفوف لساعات معينة من اليوم. هناك العديد من المتغيرات التي تتم دراستها حاليًا بشكل نشط، حيث يمكن تركيب الألواح بمحركات بدلاً من الألواح الثابتة، مما يسمح للألواح بالإمالة في اتجاه واحد أو اتجاهين، وبالتالي تحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية ونمو النبات. وهذا مهم بشكل خاص لمراحل النمو المبكرة لبعض المحاصيل. ماذا عن زراعة المحاصيل مباشرة تحت اللوحة؟ قد تعتقد أن الألواح الشمسية التي تلقي بظلالها على النباتات أمر سيء، ولكن الطريقة التي تعمل بها عملية التمثيل الضوئي تجعل الأمور مثيرة للاهتمام. تنمو النباتات وتزدهر باستخدام ثاني أكسيد الكربون بمساعدة ضوء الشمس. وبعد الوصول إلى عتبة معينة تسمى نقطة تشبع الضوء، لا تستطيع النباتات امتصاص المزيد من الطاقة، لذلك تحتاج إلى التخلص من الطاقة الزائدة عن طريق تبخير الماء. إذا بالغنا في التبسيط، يمكننا تقسيم النباتات إلى مجموعتين: نباتات الظل، والتي تكون مفيدة بشكل خاص عند دمجها مع الألواح الشمسية لأن الألواح الشمسية تحجب بوضوح بعضًا من ضوء الشمس المتاح. في الوقت الحاضر، يشار أحيانًا إلى النباتات المشمسة على أنها نباتات لا تتحمل الظل. تتطلب هذه النباتات المزيد من ضوء الشمس، لكنها قد تعاني أيضًا من التعرض المفرط لأشعة الشمس. عندما يصل أي نبات إلى هذه العتبة، فإنه سيعاني من "حروق الشمس" و"الإجهاد الحراري" مثل البشر، مما يؤدي إلى زيادة تبخر الماء.

ووفقا لتقرير صادر عن المعهد الألماني لأبحاث الطاقة الشمسية، يمكن زراعة جميع المحاصيل تقريبا تحت الألواح الشمسية. ومع ذلك، في المناطق التي لا تحتوي على ضوء الشمس الكافي، قد يكون هناك بعض الخسائر في إنتاجية النباتات التي تتطلب ضوء الشمس، مثل القمح والدخن، والتي تتطلب ضوء الشمس الكافي لتنمو بشكل جيد. يدرس الباحثون أي الألواح والإعدادات هي الأكثر ملاءمة لزراعة المحاصيل. تتطلب بعض النباتات فجوات أكبر بين الألواح، وبعض النباتات تتطلب ألواحًا معدلة، وبعض البقوليات تتطلب اختيار أصناف أقصر. وقد حققت المحاصيل الرئيسية التي تتحمل الظل لتوليد الطاقة الكهروضوئية الزراعية نجاحاً كبيراً، كما أن المحاصيل التي يمكنك رؤيتها في السوق الزراعية، مثل الخس والسبانخ والبطاطس والطماطم، نمت جميعها بشكل جيد، مما يوضح لنا إمكانات توليد الطاقة الكهروضوئية الزراعية. في مشروع RESOLA الذي تم إجراؤه في منطقة بحيرة كونستان في ألمانيا في الفترة من 2016 إلى 2018، أظهروا أنه في السنوات الرطبة والباردة نسبيًا لعام 2016، كانت غلات محاصيل APV أقل بنسبة 25٪ من محاصيل مزارع الطاقة الشمسية، ولكن في السنوات الجافة والحارة من 2017 و2018، تجاوزت غلات محاصيل APV المجال المرجعي، مما يشير إلى أن APV قد تغير قواعد اللعبة في المناطق الحارة والجافة.

ولنوجه أنظارنا إلى هولندا، فبالرغم من صغر حجمها إلا أنها ثاني أكبر مصدر للغذاء في العالم!وقاموا بزراعة النباتات أسفل الألواح الشمسية مباشرة، وتم وضع الألواح الشمسية في صفوف متناوبة تواجه الشرق والغرب. وهذا يمكن أن يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة الشمسية إلى أقصى حد مع حماية النباتات أيضًا من تأثير الرياح القوية.

كمية ونوعية الثمار المنتجة في ظللوحةهي نفسها أو أفضل من تلك المنتجة تحت الأنفاق البلاستيكية التقليدية. بالنسبة للمزارعين، تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية في أنه يوفر عبء العمل في إدارة الأنفاق البلاستيكية، والتي تتضرر بسهولة بسبب البرد والعواصف الصيفية. وفي مثل هذه الحالات، لا يجوز بيع الفاكهة بسبب تلفها، ولكن يجب استلامها في أي حال. وقد أظهرت الأبحاث التي أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية أن 95٪ من الوحدات الكهروضوئية يمكنها تحمل البرد دون ضرر. تكون درجة الحرارة أسفل اللوحة الشمسية أقل بعدة درجات، الأمر الذي لا يجعل عمال المزرعة يشعرون بمزيد من السعادة فحسب، بل يقلل أيضًا من مياه الري بنسبة 50% مقارنة بالحقل المرجعي. في الواقع، تحافظ المحاصيل وتبخر مياهها المحدود على برودة الألواح. في الواقع، الألواح الشمسية لا تحب الحرارة لأنها تقلل من كفاءتها في استخدام الطاقة؛ كلما انخفضت درجة حرارة اللوحة، زادت الطاقة التي توفرها. ولذلك، واستنادًا إلى هذا فقط، يبدو أن الخلايا الكهروضوئية الزراعية هي الإستراتيجية الفائزة. إذا قمنا بتحويل جزء صغير من استهلاكنا للكهرباء الزراعية إلى توليد الطاقة الكهروضوئية الزراعية، فيمكن تلبية معظم احتياجاتنا من الطاقة بسهولة. ومع الفوائد الإضافية المتمثلة في تقليل استهلاك المياه، يمكن للخلايا الكهروضوئية الزراعية أيضًا أن تغير قواعد اللعبة المتعلقة بالحرارة والجفاف في العالم.

إذًا، ما الذي يمنعنا من إطلاق هذا النظام ثنائي الغرض الذي يغير قواعد اللعبة على نطاق واسع؟ هل هناك أي مشكلة؟ ويختلف إنتاج الطاقة عن الزراعة، مما قد يعيق المزارعين عن قبول هذه التكنولوجيا، ولكن للأسف، فإن العقبات الفعلية عادية ومحبطة إلى حد ما. في نهاية المطاف، ليس في خيار الفناء الخلفي الخاص بي والسوق الحرة. لنبدأ بمجموعة التجنب، لم تحظ جميع حلول الطاقة المتجددة بترحيب حار. ومن الأمثلة النموذجية بوضوح أنه سيتم مقاطعة محطة الطاقة النووية القريبة من منزلك. ولذلك، ومن أجل الحفاظ على الدعم المحلي المناسب، فمن الأفضل أن يتم تشغيل الأنظمة الكهروضوئية الزراعية من قبل المزارع المحلية، أو مجتمعات التعاون في مجال الطاقة، أو المستثمرين الإقليميين. كجزء من السياسة الزراعية، يقدم الاتحاد الأوروبي مدفوعات مباشرة للأراضي المستخدمة في المقام الأول للمحاصيل. لذلك، هناك مسألة مهمة وهي ما إذا كانت الأراضي الزراعية ستفقد أهليتها للحصول على الدعم المالي بسبب استخدام الخلايا الكهروضوئية الزراعية. إن ما إذا كانت الأرض تستخدم في المقام الأول للزراعة أمر حاسم في غرضها. في الاتحاد الأوروبي، وفقًا لأنظمة البناء، تُعتبر الأنظمة الكهروضوئية الزراعية عادةً هياكل مادية وبالتالي تتطلب تراخيص بناء. على سبيل المثال، في ألمانيا، يُحظر عادة على المناطق الريفية القيام بذلك ما لم يتعارض مع مجموعة من المصالح العامة. ومع ذلك، لم يتم بعد إدراج الخلايا الكهروضوئية الزراعية في قائمة المصلحة العامة.

يعد توليد الطاقة الكهروضوئية الزراعية مفهومًا واعدًا جدًا وينبغي نشره بشكل أساسي في المناطق التي يمكن تحقيق تأثيرات تآزرية فيها، مما يمكن أن يقلل الطلب على المياه لإنتاج المحاصيل. إذا كان من الممكن تحسين القواعد التنظيمية الخاصة بالطاقة الشمسية، فسوف نتمكن من التغلب على التحيز، الأمر الذي سيساعد في توفير إمداداتنا الغذائية ويحولنا نحو طاقة أنظف.