هل يؤثر ارتفاع وتصميم الألواح الشمسية على إنتاجية المحاصيل وتربية النحل؟ تجربة ميدانية من ولاية أيوا

في خطوة جديدة لدفع حدود التكامل بين الطاقة والزراعة، أطلقت جامعة ولاية أيوا الأمريكية مشروعاً بحثياً طموحاً بتمويل قدره 1.8 مليون دولار من وزارة الطاقة الأمريكية، يهدف إلى دراسة أثر ارتفاع وترتيب الألواح الشمسية على إنتاجية المحاصيل الزراعية وأنشطة تربية النحل ضمن مزارع (Agrivoltaics) –  وهي مزارع تجمع بين إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية والزراعة على نفس قطعة الأرض.

المشروع في سطوره العامة

المشروع الممتد لأربع سنوات، والذي بدأ قبل عام، يركّز على مقارنة أداء المحاصيل تحت تكوينات مختلفة من الألواح الشمسية من حيث الارتفاع والتصميم، مع دراسة أثر الظلال والظروف المناخية الدقيقة (microclimate)  الناتجة عن وجود الألواح. ويأمل الباحثون في تحديد التكوينات المثلى التي تسمح بنمو محاصيل البستنة (مثل الفراولة والفلفل والكوسا) بشكل فعّال، مع تعزيز إنتاجية النحل عبر زراعة أنواع نباتية جذابة للملقحات.

التركيز على النماذج القياسية

بحسب الباحث الرئيسي الدكتور أجاي ناير، بدأت الدراسة بزراعة المحاصيل في ظروف مطابقة لمزارع الطاقة الشمسية النموذجية واسعة النطاق، بهدف تقييم مدى إمكانية تعميم نتائج البحث وتطبيقها سريعاً في المشاريع التجارية الجارية والمستقبلية.

“إذا تمكّنا من إثبات جدوى هذه الممارسات في النموذج القياسي، فإن فرص اعتمادها على نطاق واسع ستكون أكبر”، قال ناير، مشيراً إلى أن الفراولة أظهرت نتائج مشجعة ضمن نظام التتبع الشمسي (single-axis tracking)، مما دفع الباحثين هذا العام لتجربة نفس المحاصيل تحت الألواح الثابتة لمقارنة الأداء في ظل أنماط ظل أكثر استقراراً.

تفاصيل المنظومة الشمسية

المزرعة التجريبية تحتوي على قسمين رئيسيين:

• منظومة ثابتة الميل (Fixed-Tilt) بقدرة 811 كيلوواط، تتضمن ستة صفوف بارتفاع أمامي قدره قدمان، وثلاثة صفوف بارتفاع 5 أقدام.
• منظومة تتبع أحادي المحور (Single-Axis Tracker) بقدرة 946 كيلوواط، تشمل 18 صفاً على ارتفاع 5 إلى 6 أقدام، وخمسة صفوف على ارتفاع 8 إلى 9 أقدام.

جميع الألواح المستخدمة ذات وجهين  (bifacial)، ما يسمح لها بتوليد الكهرباء من الجانبين للاستفادة القصوى من الانعكاسات الأرضية.

النتائج الأولية: تفاؤل مشوب بالحذر

من الموسم الزراعي الأول، لاحظ الفريق أن بعض المحاصيل مثل الكوسا والفلفل أعطت نتائج أفضل عند زراعتها بين الألواح الشمسية، مقارنةً بالمناطق المفتوحة. بالمقابل، أظهرت محاصيل أخرى مثل البروكلي أداءً ضعيفاً نسبياً في ظل الألواح. أضاف ناير: “هذه الفروقات في الأداء تؤكد أهمية الدراسة لتقديم توصيات دقيقة للمزارعين حول المحاصيل الأنسب للزراعة في بيئات الزراعة الفوتوفولتية”.

أبحاث عن النحل والنباتات الجاذبة للملقحات

جانب آخر من المشروع يدرس كيفية تفاعل النحل والملقحات مع أنواع مختلفة من النباتات المزروعة تحت الألواح. الفريق يستخدم مزيجاً من النباتات المختارة بعناية لجذب الملقحات، ويقارنها مع خليط قياسي من الأعشاب والبرسيم. النتائج المبكرة أظهرت أن البرسيم استقر بسرعة وقدم تدفقاً مبكراً للرحيق، مما أدى إلى تحسن إنتاجية نحل العسل خلال الشهر الأول من الصيف مقارنةً بالموسم الأول بأكمله.

الجانب الاقتصادي: الربحية المزدوجة

الباحث الاقتصادي جون تيندال، وهو أحد الباحثين المشاركين في المشروع، يقوم بجمع وتحليل بيانات التكاليف والعمالة المطلوبة لزراعة كل من أنواع النباتات الثمانية التي يجري اختبارها.

يأمل الفريق في استكشاف جدوى الزراعة الفوتوفولتية ليس فقط كمصدر دخل إضافي للمزارعين، ولكن كوسيلة أيضاً لتقليل تكاليف التشغيل والصيانة لمشغلي مشاريع الطاقة الشمسية. ومن بين الفرضيات التي يختبرها الباحثون أن إنتاج الفواكه والخضروات ضمن هذه البيئة قد يكون أكثر ربحية نظراً لانخفاض تكلفة الأرض.

من يقف خلف المشروع؟

المشروع هو أول تجربة زراعة فوتوفولتية لشركة Alliant Energy، التي قامت بإنشاء وتشغيل الموقع. ويتكوّن النظام من 3,300 لوحة شمسية بقدرة إجمالية تبلغ 1.38 ميغاواط، تم تركيبها في عام 2023 وتزود جامعة ولاية أيوا بالكهرباء النظيفة عبر أرصدة الطاقة المتجددة.

يُعد هذا البحث جزءاً من مبادرة وزارة الطاقة الأمريكية ضمن برنامج FARMS  (الأبحاث التأسيسية للزراعة الفوتوفولتية على نطاق الميغاواط)، الذي موّل ثمانية مشاريع بأكثر من 8 ملايين دولار لتوسيع فهم ممارسات الفوتوفولتية في الولايات المتحدة.

خلاصة واستشراف

يمثل هذا المشروع نموذجاً بحثياً متكاملاً لدراسة الإمكانات الزراعية والاقتصادية لمزارع الفوتوفولتية، مع التركيز على تطبيقات قابلة للتكرار في مزارع الطاقة الشمسية التجارية. وتكمن أهميته في تقديم بيانات موثوقة للمزارعين ومطوري الطاقة على حد سواء، مما قد يسرّع اعتماد هذا النموذج المستدام من استخدام الأراضي.

إذا أثبتت النتائج النهائية فعالية التكوينات المرتفعة في تحسين إنتاجية المحاصيل وجذب الملقحات، فقد يشكل ذلك تحولاً في تصميم مشاريع الطاقة الشمسية الزراعية، خصوصاً في المناطق الريفية التي تسعى لتعظيم الاستخدام المزدوج للأراضي.

📚  المصدر:

Metea, R. (2025, June 4). Iowa researchers explore how solar panel height, design affects crop yields. PV Magazine USA. Retrieved from: https://pv-magazine-usa.com/2025/06/04/iowa-researchers-explore-how-solar-panel-height-design-affects-crop-yields