هل يمكن لمتعقبات الشمس أحادية المحور أن تعيد رسم مستقبل الزراعة الكهروضوئية؟

مقدمة: التقاء الطاقة والزراعة تحت سماء واحدة

في عالم يتسارع فيه البحث عن حلول تجمع بين إنتاج الغذاء والطاقة النظيفة، برزت أنظمة الزراعة الكهروضوئية (AgriPV) كخيار واعد. ومؤخرًا، كشف فريق بحثي من معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (Fraunhofer ISE) عن دور ثوري لمتعقبات الشمس الأفقية أحادية المحور (Horizontal Single-Axis Trackers – HSAT)  في تحقيق التوازن المثالي بين الزراعة والطاقة.

دراسة علمية رائدة: توزيع الضوء بذكاء

في دراسة منشورة استعرض الباحثون استراتيجيات تحكم متطورة بتموضع الألواح الشمسية ضمن أنظمة  AgriPV، بهدف توزيع الضوء بكفاءة بين المحاصيل والألواح الشمسية.

وقد أثبتت النتائج أن استخدام أنظمة HSAT  يحدّ بشكل ملحوظ من خسائر الإنتاج الزراعي، مع الحفاظ على مردود طاقي مستدام.

بساتين التفاح في منطقة نوسباخ: مختبر طبيعي للاختبار

اختار الباحثون بساتين التفاح بمنطقة نوسباخ جنوب غرب ألمانيا كنموذج تطبيقي، مستخدمين أداة المحاكاة المتقدمة APyV  القائمة على تقنية تتبع الأشعة  (Ray Tracing)

وتتميز أداة APyV  بقدرتها على:

• تحسين تصميم أنظمة الزراعة الكهروضوئية تلقائيًا،
• التكامل مع نماذج المحاصيل المختلفة،
• وتقديم محاكاة دقيقة للبيئات الزراعية المركبة.

نتائج ملهمة: الحفاظ على الزراعة دون التفريط بالطاقة

أظهرت الدراسة أن التحكم التكيفي بحركة الألواح الشمسية وفّر حوالي 91%  من احتياجات أشجار التفاح الضوئية طوال العام، مقابل خفض في إنتاج الطاقة الشمسية بنسبة 20%  فقط.

وقد عقّبت الباحثة Maddelena Bruno، قائلةً:

“أثبتت دراستنا أن دمج الطاقة الشمسية مع الزراعة يمكن أن يتحقق عبر متعقبات ذكية تستجيب للطقس ونوع المحاصيل ومراحل نموها، لضمان توازن أمثل بين الضوء المخصص للزراعة والإنتاج الكهربائي.”

ورغم النتائج الإيجابية، أشار الباحثون إلى فترات محدودة لم يتم فيها تلبية الاحتياجات الضوئية بالكامل، مما يبرز حدود الاستراتيجيات الحالية ويحفّز البحث المستقبلي.

آفاق مستقبلية: نحو زراعة كهروضوئية أكثر ذكاءً

تبرز هذه الدراسة الدور المحوري للتحكم الذكي في تموضع الألواح الشمسية لدعم التكامل المستدام بين الزراعة وإنتاج الطاقة. فمن خلال احترام حدود خسائر الإنتاج المقبولة للحصول على الإعانات الحكومية، تصبح أنظمة AgriPV  أكثر جدوى وجاذبية.

ومن المخطط أن يتم اختبار الأهداف والاستراتيجيات المقترحة ميدانيًا في بساتين نوسباخ خلال موسم 2024/2025، مما سيسهم في تعزيز الفهم العلمي لتأثير أنظمة الزراعة الكهروضوئية على المحاصيل والبيئة.

ومع تزايد التوجه العالمي نحو حلول الزراعة الذكية والطاقة المستدامة، يبدو أن دمج متعقبات الشمس في أنظمة AgriPV قد يرسم ملامح مستقبل واعد، حيث تُثمر الأرض ضوءًا وطاقةً في آن واحد.

المصدر

نُشرت هذه الدراسة ضمن الورقة العلمية:

“Enhancing agrivoltaic synergies through optimized tracking strategies”
في مجلة  Photonics for Energy،
بواسطة فريق بحثي من معهد Fraunhofer لأنظمة الطاقة الشمسية  (ISE)

للاطلاع على تفاصيل الدراسة كاملةً من هنا