تحسين توليد الطاقة الشمسية وسط المحاصيل الصيفية.. زراعة الذرة وتشغيل الألواح الشمسية لإنتاد الكهرباء

أظهر فريق بحثي من جامعة بيردو كيفية تحسين إنتاجية حقول الذرة المجهزة بمجموعات الطاقة الشمسية التي تلقي بظلال ديناميكية على المحاصيل النامية طوال اليوم.
نشر فريق مكون من ثمانية باحثين من جامعة بيردو وجامعة آرهوس في الدنمارك نتائجهم في 26 يوليو 2024 في مجلة Cell

ألواح الطاقة الشمسية ـ الخلايا الكهروضوئية ـ تلقي عادة بظلال دائمة على الأرض طوال اليوم، والظل الدائم على حقل زراعي من شأنه أن يضر بنمو المحاصيل.
وقد اختبر فريق جامعة بيرديو نظاماً للخلايا الكهروضوئية الزراعية يرتفع عالياً فوق المحاصيل للسماح بعمليات الحصاد.
تتبع النظام الشمس أثناء ساعات النهار، وبفضل الألواح المتحركة باستمرار، تلقى كل صف من صفوف الذرة شدة ضوء مختلفة طوال اليوم، لكن لم يكن أي منها تحت ظل ثابت.

حساب نسبة الضوء الساقطعلى كل صف

قال راكيش أجراوال، المؤلف المشارك في الدراسةوأستاذ الهندسة الكيميائية المتميز في جامعة بيرديو، “لقد قمنا بتطوير نموذج لحساب نسبة الضوء الساقط على كل صف”.
وباستخدام نماذج فريق جامعة بيرديو لنمو النباتات وشدة الضوء (الظل الديناميكي)، يستطيع الباحثون الآن طرح أسئلة حاسمة، ماذا لو كانت الألواح الشمسية تعمل على ارتفاعات أقل؟ ماذا لو تم تقريبها من بعضها البعض، أو إبعادها عن بعضها البعض؟ وماذا لو تم زراعة صنف أقصر من الذرة؟
كما قال أجراوال “يعد الموسم الواحد نقطة بيانات واحدة. إذا كنت تريد تغيير متغيراتك، فهناك صيف واحد فقط كل عام، لذا إذا قمنا بتغيير الارتفاع، فيمكنك زراعة محصول واحد فقط في ذلك العام لقياس التأثير”، ولكن باستخدام عمليات المحاكاة، يمكن لمصنعي الخلايا الكهروضوئية وشركات الطاقة والمزارعين على حد سواء طرح العديد من الأسئلة الافتراضية واختبار خيارات متعددة بسرعة”.
كان ارتفاع الألواح المستخدمة في تجربة جامعة بيرديو عشرين قدماً، ولكن النماذج أظهرت بالفعل أن الألواح التي يبلغ ارتفاعها عشرة أقدام من شأنها أن تنتج نتائج مماثلة مع تكاليف بناء أقل كثيراً.
وقال أجراوال “نحن نظهر للعالم أنه بالنسبة للذرة، يمكن القيام بمثل هذا الأمر، وهو يعمل بشكل جيد للغاية”.

قدرة المحاصيل على التكيفمع المناخ

وأشارت المؤلفة المشاركة مارجريت جيتاو، أستاذة الهندسة الزراعية والبيولوجية، إلى أنه في بعض الحالات، يمكن للأنظمة الزراعية الكهروضوئية أن تؤثر أيضًا على المناخ المحلي في الحقل بطرق تعزز قدرة المحاصيل على التكيف مع المناخ.
وقالت جيتاو “قد تشهد بعض المناطق ظروفًا أكثر رطوبة وبرودة، بينما قد لا تختلف الظروف في مناطق أخرى عن تلك الموجودة في المناطق التي لا تحتوي على ألواح شمسية “، وأضاف “قد يكون التظليل الذي توفره الألواح مهمًا في الحفاظ على الرطوبة في المناطق التي تعاني من نقص المياه ودرجة الحرارة خلال فترات الجفاف بشكل خاص”.
وتوفر الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا إمكانية بناء أنظمة مياه ذاتية الاستدامة، وقالت إن المياه المتدفقة أو مياه الصرف يمكن جمعها وإعادة تدويرها لتوفير الري التكميلي باستخدام الطاقة المولدة في الموقع.