التواجد المشترك للطاقة الشمسية والمحاصيل والثروة الحيوانية في المشاريع الزراعية

تعد الطاقة الشمسية أساسية لنماذج الاستدامة البيئية ، ولكن لا يتم بناء جميع المشاريع بنفس الطريقة. أحد الاهتمامات في تطوير الطاقة ، المتجددة أو غير ذلك ، هو مفهوم "امتداد الطاقة" ، وهو تخصيص الأرض لإنتاج الطاقة وتوزيعها.

تقدر وكالة البيئة في كاليفورنيا أن الطاقة الشمسية على الأسطح يمكن أن تمنع تطوير 148 ، 000 فدانًا من الأرض مقابل نموذج على نطاق المرافق فقط مثبت على الأرض. ويستند هذا إلى جهة تنظيم حكومية تقدر نشر 28.5 جيجاواط من الطاقة الشمسية على الأسطح حتى عام 2045 من أجل تحقيق أهداف الطاقة النظيفة. هذه مساحة نصف مساحة لوس أنجلوس يمكن الحفاظ عليها.

تم الإشادة بالطاقة الشمسية لقدرتها على الاندماج في البيئة المبنية ، ووضعها على أسطح المنازل ، ودمجها في واجهات المباني ، وفي مواقف السيارات ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، من أجل تلبية أهداف إزالة الكربون الصارمة وتحقيق نظام طاقة متجددة بنسبة 100 في المائة ، الطاقة الشمسية المركبة على الأرض ستكون هناك حاجة أيضا. هذا هو المكان الذي يمكن أن تتدخل فيه الخلايا الزراعية ، وهي ممارسة تحديد موقع إنتاج الطاقة الشمسية مع الوظائف الزراعية.

وجدت الأبحاث التي أجرتها جامعة ولاية أوريغون أن الموقع المشترك للطاقة الشمسية والزراعية يمكن أن يوفر 20 في المائة من إجمالي توليد الكهرباء في الولايات المتحدة. قال الباحثون إن التركيب على نطاق واسع للخلايا الزراعية يمكن أن يؤدي إلى خفض سنوي قدره 330 ، 000 طنًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بينما يؤثر "الحد الأدنى" على إنتاجية المحاصيل.

ووجدت الورقة أن هناك حاجة إلى مساحة تقارب حجم ولاية ماريلاند إذا كانت الخلايا الزراعية ستلبي 20 في المائة من توليد الكهرباء في الولايات المتحدة. هذا حوالي 13 أو 000 ميلاً مربعاً ، أو 1 في المائة من الأراضي الزراعية الحالية في الولايات المتحدة. على المستوى العالمي ، تشير التقديرات إلى أن 1 في المائة من جميع الأراضي الزراعية يمكن أن تنتج احتياجات الطاقة في العالم إذا تم تحويلها إلى الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

المحيط الحيوي 2

تقوم Agrivoltaics بأكثر من الحفاظ على الأرض وتحقيق أقصى استفادة من فدان. هناك تآزر بين المصفوفات الشمسية والأنشطة الزراعية أدناه.

على سبيل المثال ، وجد فريق من الباحثين من جامعة أريزونا ، الذين يديرون مركزًا للاختبار الزراعي في Biosphere 2 ، وهي بيئة داخلية "طبيعية" قائمة بذاتها ، أن المحاصيل تعمل على تحسين أداء مجموعة الطاقة الشمسية ، وتحسن المصفوفات الشمسية إنتاجية المحاصيل في البيئات الجافة.

وجد فريق Biosphere أن الظل الذي يوفره النظام الكهروضوئي يقلل من التبخر ، مما يعني أن الماء سيبقى على السطح لفترة أطول ويغذي المحاصيل بشكل أفضل من الزراعة البرية في الهواء الطلق. لا يؤدي هذا إلى توفير المياه فحسب ، بل يجعل النباتات تنمو أقوى ، مما يؤدي إلى إنتاج محصول أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، تتسبب المساحة المظللة التي توفرها الألواح في انتشار النباتات بحثًا عن ضوء الشمس. في التجارب ، كان حجم الورقة المظللة بالزراعة ما يقرب من ضعف حجم ورقة الهواء الطلق.

في المناخات الجافة مثل المناخ الذي يحيط بـ Biosphere 2 ، غالبًا ما يكون هناك الكثير من الضوء والحرارة لنمو النباتات بشكل صحيح. يساعد ظل اللوحة على خلق ظروف أفضل للنباتات. وينطبق الشيء نفسه على الألواح الشمسية ، التي تنتج طاقة أقل في درجات الحرارة المرتفعة. قد يزيل المرفق الشمسي التقليدي جميع النباتات الموجودة أدناه ، والتي تسبب ، في المصفوفات الشمسية الكبيرة ، تأثيرًا مدروسًا لجزيرة حرارية.

يمكن أن تغادر الطاقة الشمسية الزائدة التي لم يتم تحويلها إلى كهرباء المنطقة بطريقتين: إما حرارة كامنة أو حرارة معقولة. الحرارة المعقولة هي النوع الذي نشعر به ، والنوع الذي يضر بإنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية. الحرارة الكامنة هي الطاقة التي يمتصها الماء القريب ، وتتبخر في بخار. بإضافة المحاصيل أدناه في المناخ الجاف ، فإنك تضيف المزيد من امتصاص الحرارة الكامن ، وتخفيف الضغط الحراري عن الألواح ، وزيادة الإنتاج ودورة الحياة.

قد يستمتع المزارعون في المناخ الجاف بالعمل مع الخلايا الزراعية أيضًا. تشير البيانات الأولية من المركز إلى أن درجات حرارة الجلد أقل بنحو 20 درجة فهرنهايت من الزراعة في الهواء الطلق.

مشروع InSPIRE

يستكشف المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) العديد من الاحتمالات للمركبات الزراعية ، بما في ذلك وضع الماشية أو الأغنام والمحاصيل والنباتات المحلية الصديقة للملقحات أو إعادة تأهيل التربة وخدمات النظام البيئي الأخرى في نفس قطعة الأرض مثل المصفوفات الشمسية النشطة.

يُطلق على المشروع البحثي الرئيسي لشركة NREL حول الخلايا الزراعية اسم الممارسات المبتكرة للطاقة الشمسية المتكاملة مع الاقتصادات الريفية والنظم البيئية (InSPIRE). طور مشروع InSPIRE آلة حاسبة مالية لتقدير فوائد هذه الممارسة. كما طورت قائمة بأفضل الممارسات للراغبين في دخول هذا المجال. بالإضافة إلى ذلك ، يتتبع InSPIRE جميع مواقع الخلايا الزراعية النشطة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، والتي يمكن العثور عليها هنا.

قال جوردان ماكنيك ، محلل الطاقة والمياه والأراضي الرائد في NREL والباحث الرئيسي لمشروع InSPIRE: "من خلال عملنا ، الذي يمتد عبر مناطق وتكوينات وأنشطة زراعية متعددة ، شهدنا العديد من النتائج الأولية الواعدة". "الآن ، التحدي الذي نواجهه هو معرفة كيفية توسيع نطاق هذه النجاحات وتكرارها."

طورت NREL أيضًا مجموعة من خمسة مبادئ أساسية للنجاح في الزراعة الفلطية ، تسمى خمسة C's:

المناخ والتربة والظروف البيئية - يجب أن تكون الظروف المحيطة للموقع مناسبة لتوليد الطاقة الشمسية والمحاصيل المرغوبة أو الغطاء الأرضي.

التكوينات وتقنيات الطاقة الشمسية والتصميمات - يمكن أن يؤثر اختيار تكنولوجيا الطاقة الشمسية وتخطيط الموقع والبنية التحتية الأخرى على كل شيء بدءًا من مقدار الضوء الذي يصل إلى الألواح الشمسية إلى ما إذا كان الجرار ، إذا لزم الأمر ، يمكنه القيادة تحت الألواح. قال جيمس ماكول ، الباحث في NREL الذي يعمل على InSPIRE: "ستكون هذه البنية التحتية في الأرض على مدار الـ 25 عامًا القادمة ، لذلك تحتاج إلى الحصول عليها بشكل صحيح للاستخدام المخطط له. ستحدد ما إذا كان المشروع سينجح".

طرق اختيار المحاصيل وزراعتها ، وتصميمات البذور والغطاء النباتي ، وأساليب الإدارة - يجب أن تختار المشاريع الزراعية الفولتية المحاصيل أو الأغطية الأرضية التي ستزدهر تحت الألواح في مناخها المحلي وتكون مربحة في الأسواق المحلية.

التوافق والمرونة - يجب تصميم الخلايا الشمسية لاستيعاب الاحتياجات المتنافسة لأصحاب الطاقة الشمسية ومشغلي الطاقة الشمسية والمزارعين أو ملاك الأراضي للسماح بالأنشطة الزراعية الفعالة.

التعاون والشراكات - من أجل نجاح أي مشروع ، يعد التواصل والتفاهم بين المجموعات أمرًا بالغ الأهمية.

يمثل InSPIRE أكبر جهد بحثي في ​​العالم حول الخلايا الزراعية وأطولها وأكثرها شمولاً ، ويمتد إلى 28 موقعًا في 11 ولاية أمريكية ، وبورتوريكو ، ومقاطعة كولومبيا. تتضمن بعض هذه المواقع بحثًا مباشرًا ، وبعضها يتضمن تصميم بحث واعتباره ، وبعضها يتضمن استشارة مستمرة وتوجيهًا للشركاء.

"الشيء الوحيد الذي قام به InSPIRE جيدًا هو إنشاء مجتمع من الأشخاص الذين يفكرون بشكل مختلف في تصميم وإدارة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. على الصعيد العالمي ، بعد مؤتمر InSPIRE لمكالمة جماعية يشارك العلماء والممارسون في الصناعة نتائجهم ، هناك طاقة هائلة وتفاؤل لمواجهة التحدي وقال روب ديفيس من Connexus Energy ، أكبر تعاون كهربائي في الغرب الأوسط ، "والفرصة أمامنا".