يبدو أن بعض الأفكار المبتكرة تظهر بين عشية وضحاها ، في حين أن البعض الآخر يأخذ بجذر أبطأ وينتظرون الظروف المناسبة لتزدهر.
Agrovoltaics هو نظام تتعايش فيه الألواح الشمسية والمحاصيل الغذائية على نفس الأرض ، وهي تنتمي إلى الفئة الأخيرة.
أسس مؤسسا معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ، أدولف جويتزبيرغر وأرمين زاسترو هذا المفهوم في عام 1981.
في ذلك الوقت ، كان توليد الطاقة الكهروضوئية باهظ الثمن وكانت أجهزة الكمبيوتر نادرة ، لذلك درسوا معادلات النظام المزدوج الاستخدام على آلة حاسبة الجيب القابلة للبرمجة ونشروا ورقة تسمى Kartoffeln unterm Kollektor (البطاطا تحت اللوحة). .
وأشار أدولف جوتسبيرج في وقت لاحق إلى أن هذا سبب سهل جدا لقبوله ، لأن البطاطس تنمو بشكل أفضل تحت ظل قليل.
بعد مرور خمسة وثلاثين عاما ، يبدو أن العالم قد استعد لأفكارهم.
منذ عام 2010 ، انخفض سعر الألواح الشمسية بأكثر من 50 ٪ ، وقد وجد العديد من المزارعين أنه أكثر ربحية لزراعة المحاصيل تحت صفائف شمسية ضخمة.
بالنسبة لأي مزارع ، يعتبر هذا التحول هاماً من الناحية الاقتصادية ، ومع ذلك ، فقد أقامت تدريجيا لعبة يمكن أن تقوض الأمن الغذائي العالمي.
الأجرافولطية هي وسيلة للخروج من المشاكل ، أي إذا تمكنت من مواجهة جشع العالم في الغذاء والطاقة ، فهناك سؤال رئيسي: هل يمكن للمزارعين الحصول على نفس إنتاج الطعام تحت الألواح الشمسية؟
يظهر المزيد والمزيد من الأبحاث أنه يمكن.
يمكن أن تؤدي العديد من الظلال إلى إتلاف المحاصيل ، والقليل منها يمكن أن يضر بتوليد الطاقة ، والتباعد الصحيح بين الألواح الشمسية وميل المصفوفة هو المفتاح للحصول على التركيبة الصحيحة من الكهرباء وإنتاج المحاصيل.
في عام 2010 ، أسس كريستيان دوبراز وزملاؤه في المعهد الوطني الفرنسي للزراعة أول مزرعة للأبحاث الزراعية بالقرب من مونبلييه.
لقد زرعوا محصولين في الكثير من أشعة الشمس ، بينما استخدمت المحاصيل الأخرى صفائف كهروضوئية ذات كثافة قياسية ، والتي أنتجت أكبر قدر من الكهرباء ، أما المحصول الثالث فقد نما تحت مجموعة شبه شجرية ، مما أتاح المزيد من الضوء. من خلال الألواح الشمسية.
في نهاية مواسم النمو الثلاثة ، فقدت المحاصيل التي تزرع تحت الألواح ذات الكثافة الكاملة ما يقرب من 50٪ من الإنتاجية ، وهذا ليس مفاجئًا بشكل خاص.ومن الجدير بالملاحظة أن النباتات تحت الألواح والنباتات شبه المكثفة تحت أشعة الشمس الكاملة كمنتج ، حتى أكثر من ذلك.
أوضحت الباحثة هيلين مارو أن الخس يتكيف مع الضوء المنخفض عن طريق زيادة حجم الأوراق ، كما كتبت في ورقة عام 2013 أنه في عالم الاحترار ، قد يكون نقص إمدادات المياه قليلًا ، ويمكن تقليل نباتات الظل تحت الألواح الشمسية. الطلب على المياه.
"لقد أظهرنا في هذه التجربة أن استخدام PVP (نظام توليد الطاقة الكهروضوئية) لتغطية محاصيل الخضر المروية يمكن أن يوفر 14٪ إلى 29٪ من الماء المتبخر ، اعتمادًا على مستوى الظل المنتج وزراعة المحاصيل.
استنادا إلى نتائج الدراسة الفرنسية ، بدأ الباحث الألماني أدولف جويتزبيرغر من معهد فراونهوفر رسميا لمناقشة جدوى العمليات الزراعية واسعة النطاق.
في ثلث الأراضي الزراعية بالقرب من بحيرة كونستانس في ألمانيا ، قاموا بتركيب 720 لوحة شمسية على الوجهين ، مما يعني أنه يمكنهم التقاط الضوء من فوق وأسفل.
في فرنسا ، ترتفع منشآتهم فوق الأرض ، مما يسمح لمعظم ضوء النهار بالوصول إلى المحاصيل وتحريك مجموعة المعدات الزراعية الكبيرة إلى أسفل.
في سبتمبر 2016 ، ربط الباحثون المحطة التجريبية الشمسية بالشبكة وزرعوا القمح الشتوي والكرفس والبطاطا والبرسيم تحت الصفيف ، وبعد العام الأول ، كان إجمالي إنتاج الطعام والكهرباء أفضل من الطعام والكهرباء المحصودة كل متر مربعين. 60 ٪ أعلى.
بالمقارنة مع نمو البرسيم في الشمس ، فإن البرسيم هو الأفضل ، والإنتاجية أقل بنسبة 5٪ فقط مقارنة بمؤامرة الاختبار بدون الألواح الشمسية ، فإن محصول البطاطس والقمح والكرفس ينخفض بنسبة 19٪.
بينيديكت كلوتس ، مساعد طالب في معهد فراونهوفر ، أوضح: "إن توليد الطاقة بشكل عام يتجاوز بكثير الخسائر الزراعية."
وتوفر هذه اللوحات طاقة تكفي لتشغيل 62 منزلاً في السنة ، وقال كلوتز إن الهدف من ذلك هو تحسين هذا الهدف في المستقبل ، حيث من المقرر إجراء الدراسة التجريبية لمدة ثلاث سنوات.
"في نهاية المطاف ، نأمل في قيادة APV (agrophotovoltaics) في مرحلة إعداد الصناعة للبناء على نطاق واسع."
نفترض أن كل الخس الذي يزرع في الولايات المتحدة يتم تحويله إلى نظام PV الزراعي ، والذي قد يضاعف إجمالي القدرة المركبة في البلاد.
إذاً ما حجم هذا؟ هذه مشكلة تم حلها بواسطة بعض الأبحاث الحديثة.
على سبيل المثال ، تساءل جوشوا بيرس ، وهو مهندس في جامعة ميشيغان التقنية ، عما يمكن أن يحدث إذا تم تركيب لوحة شمسية في مزرعة عنب في الهند.
مع الأخذ بعين الاعتبار تسامح الظل في العنب ، أنشأ هو وزملاؤه نموذجًا للحاسوب من الاقتصاد التقني ، وأدخلوا أرقامًا واكتشفوا أن القيمة الاقتصادية لمزارع العنب الهندية يمكن زيادتها بأكثر من 15 مرة مقارنةً بالزراعة التقليدية ، ولم تنخفض غلة العنب. يحدث هذا الاستخدام المزدوج في الهند ، لذلك قد يكون توليد الطاقة كافياً لتشغيل 15 مليون شخص.
درس بيرس وزملاؤه أيضا زراعة الخس في الولايات المتحدة ، ومن المفترض أنه إذا تم تحويل كل إنتاج الخس في الولايات المتحدة إلى نظام زراعي ، فإن توليد الطاقة الكهروضوئية يمكن أن يزيد بمقدار 40 إلى 70 جيجاوات.
من هذا المنظور ، فإن هذا الرقم يقارب ضعف القدرة المركبة لتوليد الطاقة الكهروضوئية بالكامل في الولايات المتحدة في نهاية عام 2017.