في ظل مشكلة التغير المناخ ، تعد زراعة المحاصيل التجارية في المزارع الشمسية استخدامًا فعالًا محتملًا للأراضي الزراعية التي يمكن أن تزيد من إنتاج الغذاء التجاري وتحسن أداء الألواح الشمسية وطول عمرها، وفقًا لبحث جديد.
نشر علماء كورنيل بحثًا جديدًا في Applied Energy ، بقيادة المؤلف الرئيسي هنري ويليامز باحث دكتوراه في هندسة كورنيل، الذي قال : “لدينا الآن، ولأول مرة، أداة قائمة على الفيزياء لتقدير تكاليف وفوائد تحديد موقع الألواح الشمسية والزراعة التجارية من منظور زيادة كفاءة تحويل الطاقة وطول عمر الألواح الشمسية”.
قال المؤلف الرئيسي ماكس زانج، الأستاذ في سيبلي بكلية الهندسة الميكانيكية والفضاء، “هناك إمكانية لأنظمة الخلايا الزراعية – حيث تتعايش الزراعة والألواح الشمسية- لتوفير تبريد سلبي متزايد من خلال ارتفاعات أعلى للوحة، وغطاء أرضي أكثر انعكاسًا ومعدلات تبخر أعلى مقارنة بالمزارع الشمسية التقليدية”، “يمكننا توليد الكهرباء المتجددة والحفاظ على الأراضي الزراعية من خلال الأنظمة الزراعية.”
في نيويورك، على سبيل المثال، تم تطوير حوالي 40٪ من سعة المزارع الشمسية على نطاق المرافق في الأراضي الزراعية ، في حين أن حوالي 84٪ من الأراضي التي تعتبر مناسبة لتطوير الطاقة الشمسية على نطاق المرافق هي أراضي زراعية، وفقًا لدراسة بحثية سابقة من مجموعة Zhang .
باستخدام نموذج مناخي حسابي قائم على ديناميكيات السوائل وبيانات درجة حرارة الألواح الشمسية، قامت المجموعة بتقييم ارتفاع الألواح الشمسية وانعكاس الضوء على الأرض ومعدلات التبخر النتح (العملية التي يرتفع فيها بخار الماء من النباتات والتربة)، ووجدوا أن الأنظمة الزراعية يمكن أن تساعد في حل مشاكل الطاقة والغذاء العالمية في المستقبل.
الألواح الشمسية المركبة فوق الغطاء النباتي
أظهر المهندسون، أن الألواح الشمسية المركبة فوق الغطاء النباتي تكشف عن انخفاض في درجة حرارة السطح مقارنة بتلك المصفوفات المبنية على أرض جرداء.
تم تركيب الألواح الشمسية على ارتفاع 4 أمتار فوق محصول فول الصويا وأظهرت الوحدات الشمسية انخفاضًا في درجة الحرارة بما يصل إلى 10 درجات مئوية ، مقارنةً بالألواح الشمسية التي تم تركيبها على ارتفاع نصف متر فوق التربة العارية.
يكون تأثير التبريد الناجم عن زيادة التبخر والنتح والبياض السطحي من الغطاء النباتي والتربة أكثر أهمية من تأثير ارتفاع اللوح؛ ويضيف التبريد السلبي إلى كفاءة الألواح الشمسية ، مقارنة بالتربة المكشوفة أو الحصى، وفقًا للورقة.
والأفضل من ذلك، أن انخفاض درجات الحرارة يؤدي إلى تحسين عمر الألواح الشمسية – وإمكانات اقتصادية محسنة وطويلة الأجل .
قال ويليامز: “أثناء خفض درجة حرارة تشغيل الألواح الشمسية، يمكنك زيادة الكفاءة وتحسين طول عمر وحدات الطاقة الشمسية الخاصة بك”، “إننا نظهر فوائد مزدوجة. من ناحية ، لديك إنتاج غذائي للمزارعين، ومن ناحية أخرى من ناحية أخرى، فقد أظهرنا تحسينًا في طول العمر وتحسين كفاءة التحويل لمطوري الطاقة الشمسية “.
طول العمر وتحسين كفاءة التحويل
يأتي فهم هذا المفهوم المفيد للطرفين في وقت حرج للإنتاج الزراعي ، حيث من المتوقع أن يزداد الطلب العالمي على الغذاء بنسبة 50 ٪ بحلول عام 2050 ، لإطعام 10 مليار شخص متوقع، وفقًا لمعهد الموارد العالمية.
في الوقت نفسه من الضروري تسريع نشر الطاقة المتجددة للتخفيف من تأثير تغير المناخ.
في المناخات الحارة، ستكون المزارع الزراعية مثالية، قال زانج، مدير كلية كاثي دواير للرخام وكيرت ماربل في مركز كورنيل أتكينسون من أجل مستقبل مستدام: “حتى هذه النقطة، كانت معظم الفوائد من الأنظمة الزراعية الفولتية تدور حول المناطق المناخية الحارة والجافة”، اتخاذ خطوة نحو تقييم جدوى الخلايا الزراعية في المناخات التي تمثل شمال شرق الولايات المتحدة في تخفيف المنافسة على استخدام الأراضي التي يواجهها العالم “.
