الزراعة الكهروضوئية (Agrivoltaics): الألواح الشمسية تزيد غلة المحاصيل بنسبة 60%

تغذية عالم متنامٍ، وتمكين مستقبلنا نحو أنظمة الطاقة الشمسية الزراعية

من المتوقع أن ينمو عدد سكان العالم بمقدار 1.2 مليار نسمة خلال 15 عامًا، مصحوبًا بطلب متزايد على اللحوم والبيض ومنتجات الألبان، والتي تستخدم أكثر من 70% من المياه العذبة للمحاصيل، وارتفاع الطلب على الكهرباء. لم يعد سرًا أننا بحاجة إلى إجراء تحول جذري في إنتاج الطاقة لنصبح محايدين مناخيًا وللحد من انبعاثات البشرية. أظهرت العديد من الدراسات أنه لتحقيق ذلك، يجب علينا الاستثمار بكثافة في مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية. يتوقع الخبراء أنه في المستقبل، سيزداد إنتاج الطاقة الكهروضوئية بما يقدر بـ ستة إلى ثمانية أضعاف مما هو عليه اليوم. لطالما كانت الزراعة جزءًا مهمًا من حياة الإنسان لقرون، وعلى هذا النحو، من الضروري أن نجد طريقة للحفاظ على ذلك مع إنتاج الطاقة المتجددة أيضًا.

ومع ذلك، فإن المشكلة الرئيسية في المزارع الشمسية التقليدية هي أنه لا يمكن استخدام الأرض الموجودة تحت الألواح. يمكن أن تكون الزراعة الكهروضوئية، التي تجمع بين الزراعة وتوليد الكهرباء عن طريق الزراعة تحت مظلة من الألواح الشمسية، حلاً لهذه المشاكل.

إدخال أنظمة الطاقة الشمسية الزراعية (أو أنظمة Agri-PV). تسمح لنا هذه التقنية بتركيب الخلايا الشمسية فوق حقل زراعي و إنتاج الكهرباء مع السماح للمحاصيل بالنمو أسفلها.

الزراعة الشمسية: زراعة المحاصيل وإنتاج الكهرباء

أظهرت الزراعة الكهروضوئية أيضًا أنه من الممكن زراعة جميع المحاصيل تقريبًا تحت الألواح الشمسية، ولكن قد يكون هناك بعض فقدان في الإنتاج خلال المواسم الأقل سطوعًا للنباتات المتعطشة للشمس. ومع ذلك، تجاوزت إنتاجية محاصيل APV الحقل المرجعي خلال سنوات "الجفاف والحرارة"، مما يدل على أن الزراعة الكهروضوئية يمكن أن تكون عامل تغيير في المناطق الحارة والجافة.

لا يزال حجم الخبرة في مجال الزراعة الكهروضوئية محدودًا إلى حد ما، ولكن هناك العديد من الاختلافات في الزراعة الكهروضوئية قيد البحث النشط حاليًا. كانت النجاحات الكبيرة بشكل أساسي مع المحاصيل المتحملة للظل مثل الخس والسبانخ والبطاطس والطماطم. تقدم بعض الأمثلة الواعدة للغاية حالة مقنعة للزراعة الكهروضوئية.

تُستخدم الأرض مرتين ويمكننا تعظيم إنتاج الطاقة. تم تطوير أنظمة Agri-PV في معهد فراونهوفر، ويعتقد الباحثون أن هذه التقنية لديها القدرة على تلبية جميع احتياجات الطاقة في ألمانيا باستخدام أربعة بالمائة فقط من المساحة الزراعية. تم اختبار هذا النوع من توليد الطاقة المتجددة بالفعل في شركة شتاينيكي الواقعة في لوخو، ساكسونيا السفلى. تم تركيب الوحدات الشمسية على ارتفاع ستة أمتار وتم زراعة الأعشاب أدناه في الظل. هذا مفيد للنباتات لأنه يوفر مناخًا دقيقًا ويقلل من أضرار حروق الشمس. قام معهد فراونهوفر أيضًا ببناء حقل اختبار بأشجار التفاح لقياس تأثيرات التظليل والتأثير على الحصاد. تظهر النتائج الأولية أن السقف الكهروضوئي مفيد حتى لبعض الأصناف ويحميها من الآفات. يُقدر أن هذه التقنية قادرة على توليد حوالي 700,000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا. AgroSolar هي رائدة في هذه التقنية وتعمل حاليًا على المزيد من المشاريع.

إجراءات مطولة وتركيب مكلف

ومع ذلك، فإنهم يواجهون مشكلة شائعة - إجراءات مطولة. غالبًا ما يستغرق الأمر عامين ونصف العام للمرور عبر إجراءات خطة التطوير مع تغيير في خطة استخدام الأراضي، والتي يمكن أن تكلف ما بين 20,000 و 80,000 يورو. هذا يجعل من الصعب على الأنظمة الصغيرة تحمل تكلفة العملية. هناك حاجة إلى المزيد من الحوافز لكي يستثمر المزارعون ورجال الأعمال في أنظمة Agri-PV، لذلك يمكن أن يكون ذلك دعمًا محتملاً من الاتحاد الأوروبي (المصدر المعتاد للدعم الزراعي على مستوى الاتحاد الأوروبي). يجب أن تكون الموافقة أسرع وأسهل، ويمكن أن تكون الرقمنة أداة مفيدة.

يجب أن تكون الظروف الاقتصادية مناسبة لكي يقوم الناس بالتحول، ويمكن أن تكون الطاقة الكهروضوئية عنصرًا مفيدًا في مكافحة تغير المناخ. مع أنظمة Agri-PV، لدينا فرصة لتوليد الطاقة المتجددة مع الحفاظ على الزراعة حتى نتمكن من الاستمرار في إنتاج الغذاء وتغذية البشرية. تتمتع هذه التقنية بالقدرة على إنتاج كهرباء تعادل ما تنتجه 170 محطة طاقة نووية (نظريًا)، إذا تم تطبيق التكنولوجيا على نطاق أوسع.

تُستخدم الألواح الشمسية ثنائية الوجه المثبتة عموديًا، والتي يمكنها جمع الطاقة الشمسية من جانبي اللوح، للسماح بمزيد من الأراضي الصالحة للزراعة. هذا النوع من التركيب سيعمل بشكل جيد بشكل خاص في المناطق التي تعاني من تآكل الرياح، حيث تقلل الهياكل من سرعات الرياح مما يمكن أن يساعد في حماية الأرض والمحاصيل المزروعة هناك. يمكن للألواح ثنائية الوجه توليد المزيد من الطاقة لكل متر مربع مقارنة بالألواح التقليدية أحادية الوجه ولا تتطلب أي أجزاء متحركة.

الاستخدام المزدوج للأرض: موازنة المخاطر والفرص

الزراعة الضوئية (Agri-photovoltaics) هي تقنية جديدة نسبيًا قد تكون عاملاً رئيسيًا في التحول الطاقوي. إمكانيات هذه التقنية عظيمة، ولكن العقبات التي يجب تجاوزها لاكتساب القبول بها كبيرة أيضًا. لتركيب 215 جيجاوات من الطاقة الكهروضوئية بحلول عام 2030، فقد أدت تعديلات قانون الطاقة المتجددة (EEG amendment) إلى تحريك بعض الأمور. يشمل ذلك علاوة تكنولوجية بقيمة 1.2 سنت لكل كيلووات ساعة، لكن الخبراء يقولون إن هذا قد لا يكون كافيًا.

هولندا هي ثاني أكبر مُصدِّر للأغذية على مستوى العالم، وقد بدأت شركة تُدعى "GroenLeven"، وهي شركة تابعة لمجموعة BayWa ومقرها في ميونخ بألمانيا، عدة مشاريع تجريبية مع مزارعي الفاكهة المحليين. لقد حولوا ثلاثة هكتارات من مزرعة توت العُلّيق التي تبلغ مساحتها أربعة هكتارات في بابيريش، هولندا، إلى مزرعة زراعة ضوئية بقدرة 2 ميجاوات.

نباتات توت العُلّيق نُمت مباشرة تحت الألواح الشمسية، والتي وُضعت في صفوف متناوبة تواجه الشرق والغرب، مما يزيد من إنتاج الطاقة الشمسية إلى أقصى حد مع حماية النباتات من الرياح. وُجد أن كمية ونوعية الثمار المنتجة تحت الألواح كانت مماثلة أو أفضل من الثمار المنتجة تحت الأنفاق البلاستيكية التقليدية، وقد وفر المزارع الكثير من الجهد في إدارة الأنفاق البلاستيكية. فائدة أخرى مهمة كانت أن درجة الحرارة كانت أبرد بعدة درجات تحت الألواح الشمسية، مما جعلها أكثر ملاءمة للعاملين في المزرعة وقلل كمية مياه الري بنسبة 50% مقارنة بالحقل المرجعي.

مزايا الزراعة الشمسية (AgroSolar)

من خلال القضاء على التنافس على الأراضي بين محاصيل الغذاء والطاقة، تُمكّن التقنية الجديدة من زيادة كبيرة في كفاءة استخدام الأراضي – حاليًا تصل إلى 186% (حسب ادعاء AgroSolar).

مزايا النظام المزدوج حسب ادعاء AgroSolar:

• كل نظام زراعة ضوئية (Agri-Photovoltaic) قابل للتخصيص ومرن، مصمم خصيصًا لحجم المنطقة، ونوع المحاصيل المزروعة، والظروف الجيولوجية.
• الزراعة الضوئية (Agri-PV) تحمي المحاصيل والحصاد من الظروف الجوية القاسية مثل الحرارة، والجفاف، والأمطار الغزيرة، والبرد، والرياح.

إليك الترجمة إلى اللغة العربية مع الحفاظ على المصطلحات الفنية والأرقام والوحدات وعناوين URL والتنسيق وعلامات تجارية، واستخدام مصطلحات زراعية احترافية:

• الآلات الزراعية بأحجامها المختلفة يمكن استخدامها كالمعتاد تحت أنظمة الزراعة الضوئية (Agri-Photovoltaic).

• احتياجات المياه للمناطق الزراعية يمكن تقليلها بنسبة تصل إلى 20%، وتزداد قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه.

• الكربون – الزراعة: مع الزراعة الضوئية (Agri-PV)، يمكن بناء الدبال المتحكم فيه، مما يقلل الحاجة إلى الأسمدة ويسمح بتخزين المزيد من ثاني أكسيد الكربون في التربة.

• استخدام الزراعة الضوئية (Agri-PV) يعزز غلة المحاصيل، مما يتيح دخلاً أعلى للأعمال الزراعية.

• مرونة وربحية: بالإضافة إلى الاستثمار في نظامها الخاص، تقدم AgroSolar Europe أيضًا نموذج تأجير، لذلك لا يتحمل العمل الزراعي أي جهد في تركيب وبيع الكهرباء.

تمتلك الزراعة الضوئية (Agrivoltaics) الإمكانية لتكون استراتيجية ناجحة لتلبية احتياجاتنا من الطاقة و تقليل استهلاك المياه في المناطق الحارة والجافة من العالم.

في حين أن الزراعة الضوئية (Agri-PV) لها مزايا عديدة، مثل توفير سقف لمنطقة ما و الاستخدام المزدوج للأرض، إلا أن هناك عيوبًا يجب أخذها في الاعتبار. وتشمل هذه:

• تكاليف أعلى
• الحاجة إلى الموازنة بين الإنتاج الزراعي وإنتاج الكهرباء
• مخاوف حماية التربة

ومع ذلك، فإن مقاومة المجتمع للزراعة الضوئية مهمة للسيطرة عليها، خاصة الزراعة الضوئية الزائفة (pseudo-agrivoltaics)، وهي ممارسة بناء مزارع شمسية كبيرة تحت ستار الزراعة. يمكن للقواعد واللوائح والبيروقراطية أيضًا أن تعيق الزراعة الضوئية، ومن الضروري الحفاظ على الدعم المحلي المناسب. يعتبر الاتحاد الأوروبي أن أنظمة الزراعة الضوئية هي هياكل مادية وتتطلب ترخيص بناء. يمكن أن تكون تكلفة الكيلوواط/ساعة للزراعة الضوئية أعلى بنسبة 10-20% مقارنة بالمزارع الشمسية التقليدية، مما يثير مسألة من يملك الألواح الشمسية. بدون تدخل حكومي من خلال الإعانات أو ضمانات الأسعار، قد لا تحظى الزراعة الضوئية بفرصة ضد المبادرات الشمسية الأخرى. تمتلك الزراعة الضوئية الإمكانية للمساعدة في إمداداتنا الغذائية والانتقال إلى مصادر طاقة أنظف دون التضحية بالأراضي الصالحة للزراعة، خاصة إذا تمكنا من تحويل الأراضي المستخدمة حاليًا لزراعة محاصيل الوقود الحيوي إلى أراضٍ لإنتاج الغذاء البشري الفعلي أو إعادة التحريج.

كما طلبت من زميلي المشجع لـ AgroSolar، لوكاس على تويتر AgroSolar fan Lukas on twitter، مشاركة بعض الأفكار حول القيود، وها نحن هنا:

• إدارة جيدة لتصريف المياه. على سبيل المثال، أنظمة قنوات قوية ذاتية التنظيف تتحمل الأمطار الغزيرة بسعة كافية على الحواف تؤدي إلى خزانات تخزين للري.

• قاعدة بيانات حول ما ينمو بشكل جيد مع الزراعة الضوئية (agrosolar): لا تتعلق قاعدة البيانات كثيرًا بالفيزياء، ولكنها مهمة لأن ليس كل المحاصيل تنمو بشكل أفضل مع شمس أقل قسوة. وهذا يجعل الأمر أقل إثارة للخوف بالنسبة للمزارعين.

التعاون مع حلول تخزين الطاقة المؤقتة لتحويل الطاقة إلى غاز شبه محلية: قد تكون تقنية مكملة غير مانعة للتسرب للأسطح، ووحدات تحويل الطاقة إلى غاز المعبأة، خيارًا جيدًا قابلاً للتطوير بشكل معياري. لدفع الزراعة الشمسية إلى ما وراء ما أسميه "حاجز سعر الكهرباء السلبي الأقصى للطاقة الشمسية". هذا الحاجز موجود بالفعل إلى حد ما وقد يتفاقم بشدة قريبًا.

---

أسئلة متكررة

---

مصادر

• توفر الزراعة الشمسية فوائد متبادلة عبر ترابط الغذاء والطاقة والمياه (2022) - بحث علمي يوثق زيادة الإنتاجية بنسبة 60٪ مع أنظمة الزراعة الشمسية.
• معهد فراونهوفر (2023) - بحث يوضح أن 4٪ من الأراضي الزراعية يمكن أن تغطي احتياجات ألمانيا من الطاقة.
• AgroSolar Europe - كفاءة استخدام الأراضي تصل إلى 186٪ (2023) - بيانات الشركة حول أنظمة الإنتاج المزدوج التي تحقق كفاءة استخدام أراضي بنسبة 186٪.
• رؤى الخبراء حول قيود الزراعة الشمسية (2023) - تعليقات الخبراء حول التحديات الفنية والعملية للزراعة الشمسية.
• BayWa AG (2023) - دراسة حالة لمزرعة توت بسعة 2 ميجاوات مع تقليل الري بنسبة 50٪.