مزرعه کشاورزی ولتاییک یا agrivoltaics؛
نابودی صنعت کشاورزی یا استفاده بهینه از زمین های کشاورزی
مطالعه نشان می دهد که ما به درک بهتری از نحوه عملکرد محصولات کشاورزی، زیر پنل های خورشیدی نیاز داریم.
به گزارش آرا نیرو در agrivoltaics، کشاورزان محصولات زراعی را در زیر یا بین صفحات خورشیدی می کارند. طرفداران می‌گویند این فناوری می‌تواند به دستیابی به اهداف انرژی پاک و در عین حال حفظ تولید غذا کمک کند، اما کارشناسان هشدار می‌دهند که اگر نمی‌خواهیم تولید کشاورزی را به خطر بیندازیم، به تحلیل و دستورالعمل‌های دقیقی نیاز است.
یک ترکیب جدید از مطالعات منتشر شده قبلی نشان می دهد که با افزایش مقدار زمین تحت پوشش پنل‌های خورشیدی، بازده کلی محصولات کشاورزی کاهش می‌یابد.
این نسبت پوشش زمین به عنوان یک معیار مناسب، به راحتی قابل اندازه‌گیری و قابل بررسی است که می‌تواند برای پیش‌بینی عملکرد محصول و ارزیابی بهتر سیستم‌های agrivoltaic استفاده شود.
رویای agrivoltaics این است که برق شما را تولید کند و محصولات کشاورزی شما را نیز داشته باشد. اما مطالعه اخیر در Agroforestry Systems نشان می‌دهد که agrivoltaics – پرورش غذا در زیر صفحات خورشیدی – چندان ساده نیست. تحقیقات منتشر شده در سپتامبر گذشته نشان می‌دهد که بازده کلی محصول در صورت جفت شدن با پنل‌های خورشیدی کاهش می‌یابد و راهی برای استاندارد کردن مقررات agrivoltaic ارائه می‌دهد تا زمین‌های کشاورزی با ارزش بالا را به کاربری تولید برق ندهیم.
کریستین دوپراز، نویسنده این مطالعه، دانشمند ارشد در انستیتوی ملی کشاورزی، غذا و محیط زیست فرانسه (INRAE)، در ایمیلی به Mongabay می‌نویسد: «برق‌کارها برای پنل‌ها، زمین بیشتری می‌خواهند و کشاورزان کمتر می‌خواهند». «[تحلیل] نشان می‌دهد که حفظ بازده کشاورزی «طبیعی» تحت پنل‌های PV [فتوولتائیک] حتی با GCRهای پایین [نسبت پوشش زمین] امکان‌پذیر نیست.»
با این حال، کاشت محصولات زیر سایه جزئی ایده جدیدی نیست و در برخی شرایط می تواند کارساز باشد. به طور سنتی، سیستم‌های کشاورزی و زراعت جنگلی از کاشت‌های چند لایه استفاده می‌کردند، برای مثال، کشت محصولات مقاوم در برابر سایه مانند قهوه در زیر موز.
اکنون، با تقاضای رو به رشد برای انرژی پاک، اما با کمبود زمین خالی، محققان در حال بررسی چگونگی رشد محصولات زراعی زیر صفحات خورشیدی (فتوولتائیک) به جای درختان هستند.
ایده این است که صفحات خورشیدی طوری چیده شده اند که محصولات هنوز نور کافی داشته باشند و همچنین ممکن است از محافظت در برابر آب و هوای شدید مانند باران شدید، یخبندان یا گرما بهره مند شوند. برای انجام این کار، پنل های خورشیدی را می‌توان در بالا یا بین ردیف های محصول، یا در سیستم های متحرکی قرار داد که نور خورشید بیشتری را در زمان های خاصی از روز به چرخه رشد وارد کند. برخی از پنل های خورشیدی حتی از مواد نیمه شفاف ساخته شده اند. اما پنل ها نیز باید طوری قرار داده شوند تا کشاورزان و ماشین آلات کشاورزی فضای کافی برای کار داشته باشند. از سوی دیگر، محصولات زراعی می توانند سطح زیرین پنل ها را خنک کنند و کارایی را افزایش دهند.
به گزارش آرا نیرو بسیاری از آزمایشات agrivoltaic (مزرعه کشاورزی ولتاییک) نتایج امیدوارکننده ای را گزارش کرده اند. به عنوان مثال، پروژه ای در جنوب فرانسه نشان داد که انگورهای کشت شده در زیر صفحات خورشیدی به آبیاری کمتری نیاز دارند و کیفیت بالاتری دارند. یک مطالعه در سال ۲۰۱۹ در Nature Communications نشان داد فلفل چیلی و گوجه‌فرنگی که تحت آگریوولتائیک در آریزونا رشد می‌کنند منجر به عملکرد بالاتر و کاهش تنش خشکی می‌شوند.
و علاقه به این حوزه در حال افزایش است. ژاپن اکنون بیش از ۳۰۰۰ مزرعه کشاورزی ولتاییک دارد، فرانسه چند صد مزرعه دارد و در نوامبر ۲۰۲۳، اتحادیه اروپا سرمایه گذاری ۱٫۷ میلیارد یورویی (۱٫۸ میلیارد دلار) را در agrivoltaic در ایتالیا تصویب کرد.
اما دوپراز می‌گوید هنگام برون‌یابی نتایج به حوزه‌های مختلف، احتیاط لازم است. مطالعه او تمام مطالعات علمی قبلی agrivoltaic از سراسر جهان را مورد بررسی قرار داد و تنها از آنهایی استفاده کرد که شامل مکان‌های کنترل دقیق بودند. این شامل آزمایش‌هایی روی کاهو، لوبیا و سیب در فرانسه بود. کنجد، ماش و ذرت در کره جنوبی؛ کلم پیچ، کلم بروکلی و گوجه فرنگی در ایالات متحده؛ و بیشتر. او دریافت که در مجموع، مزارع آزاد و باز با انواع محصولات زراعی در مقایسه با کشت در زیر پنل‌های خورشیدی محصول کمتری تولید می‌کنند.
همچنین Dupraz می‌گوید: «بسیاری از شرکت‌های برق اظهار کرده اند که مراتع عاشق سایه هستند. “این درست نیست.”
این مطالعه همچنین نشان داد که نسبت صفحات خورشیدی به مساحت زمین، ابزار خوبی برای پیش‌بینی عملکرد محصول است. حتی زمانی که فقط یک پنجم زمین توسط صفحات خورشیدی پوشیده شده است، تلفات قابل توجه بود. این همچنین در نظر می‌گیرد که برخی از زمین‌ها توسط پست‌ها، کابل‌ها و سایر سخت‌افزارها اشغال شده است، بنابراین دیگر نمی‌توان روی آن زمین کشت کرد. دوپراز می‌گوید این اولین بار است که این رابطه برقرار می‌شود و می‌افزاید که «تأثیر آن بر سیاست‌گذاری ها بسیار مهم است».
برخی از کشورها – به ویژه فرانسه، آلمان، ایتالیا و ژاپن – در حال حاضر مقرراتی دارند که میزان مجاز تاسیسات خورشیدی در زمین های کشاورزی را برای کاهش عملکرد محصولات محدود می کند. رابطه بین تعداد پنل های خورشیدی و بازدهی زمین، مبنای علمی بهبود یافته ای را برای این نوع مقررات می دهد.
هلن الیسن، مدیر پروژه انرژی پایدار و زیست توده در دانشگاه و تحقیقات واگنینگن، می گوید این مطالعه تحقیقات در هلند را تایید می کند.
او می‌گوید: «آنچه می‌بینیم این است که اگر نور را کم کنید، عملکرد محصول شما کاهش می‌یابد. “این نمی‌گوید که این یک مورد تجاری قابل دوام نیست. اما این یک مورد تجاری یک و یک برابر با سه نیست. این همیشه یک مبادله بین پنل ها و محصول است.”
الیسن می‌گوید بسیار مهم است که ما محدودیت‌های فناوری را درک کرده و در آن کار کنیم. در غیر این صورت، زمین های کشاورزی با ارزش می تواند در پی دستیابی به اهداف انرژی سبز از دست برود.
با این حال، شرایطی وجود دارد که agrivoltaic ممکن است سودمند باشد. در هلند، تمشک معمولاً در تونل های پلاستیکی رشد می کند تا از گرما و نور بیش از حد ایمن بماند. تحقیقات در حال آزمایش بر روی رشد آنها در زیر صفحات خورشیدی، استفاده فشرده تر از زمین و همچنین کاهش زباله های پلاستیکی در دستور کار است.
دوپراز می‌گوید داده‌های بیشتر در مورد فناوری‌های جدیدتر مانند ردیابی پویا (تراکر روزانه) که می‌تواند نور بیشتری را در دوره‌های بحرانی عبور دهد، می‌تواند نشان دهد که برخی از محصولات می‌توانند سطوح بالاتری از سایه را تحمل کنند. این مطالعه مستلزم تحقیقات بیشتر در مورد محصولات گرمسیری مانند وانیل، قهوه و کاکائو است که از قبل و برخی مناطق در زیر سایه در سیستم‌های کشاورزی جنگلی رشد می‌کنند.
کارل برناچی، استاد زیست شناسی یکپارچه در دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign می گوید: این واقعیت که برخی آزمایشات بازدهی بسیار بالاتر از میانگین را گزارش کرده اند، هیجان انگیز است و تحقیقات دقیق تری را ایجاب می کند. Bernacchi بخشی از یک تیم چند رشته ای است که به عنوان بخشی از پروژه SCAPES با بودجه فدرال، agrivoltaics را در سه منطقه جغرافیایی مختلف در ایالات متحده ارزیابی می کند. او می‌گوید: بررسی تأثیر نوع محصول، آب و هوا، خاک، طراحی تاسیسات خورشیدی و موارد دیگر نشان می‌دهد که چگونه می‌توان «تا آنجایی که می‌توانیم از آن زمین برق دریافت کنیم و در عین حال حداقل تأثیر مطلق بر عملکرد نهایی محصولات کشت شده را داشته باشیم».
الیسن می‌گوید: «[Agrivoltaics] پتانسیل زیادی دارد، اما این فناوری نیست که بتوانید زمینی پر از پنل‌ها قرار دهید… سپس فقط مقداری محصول را در بین آنها بریزید».
نویسنده: مهدی پارساوند
منابع:
Dupraz, C. (2023). Assessment of the ground coverage ratio of agrivoltaic systems as a proxy for potential crop productivity. Agroforestry Systems. doi:10.1007/s10457-023-00906-3
Barron-Gafford, G. A., Pavao-Zuckerman, M. A., Minor, R. L., Sutter, L. F., Barnett-Moreno, I., Blackett, D. T., … & Macknick, J. E. (2019). Agrivoltaics provide mutual benefits across the food–energy–water nexus in drylands. Nature Sustainability, 2(9), 848-855. doi:10.1038/s41893-019-0364-5
