أهم الموضوعاتأخبارالطاقة

الأنظمة الكهروضوئية العمودية أمل العالم في تحقيق أمن الطاقة الشمسية والمحاصيل.. تجارب دولية

1 % من الأراضي الزراعية في العالم يمكن أن توفر احتياجات الطاقة وإنتاج المحاصيل للبشر والصناعة

قال باحثون، إن التركيب الواسع للخلايا الزراعية يمكن أن يؤدي إلى خفض سنوي قدره 330 ألف طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بينما يؤثر “الحد الأدنى” على إنتاجية المحاصيل.

يتم اعتماد Agrivoltaics – ممارسة تحديد موقع مرافق الطاقة الشمسية مع أراضي المحاصيل – بشكل متزايد في جميع أنحاء العالم كطريقة لإدخال الطاقة النظيفة الموزعة مع عدم المساس باستخدام الأراضي.

على المستوى العالمي، تشير التقديرات إلى أن 1 % من جميع الأراضي الزراعية يمكن أن تنتج احتياجات الطاقة في العالم إذا تم تحويلها إلى الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

وجدت الأبحاث التي أجرتها جامعة ولاية أوريجون أن الموقع المشترك للطاقة الشمسية والزراعية يمكن أن يوفر 20 ٪ من إجمالي توليد الكهرباء في الولايات المتحدة.

ووجدت الورقة ، أن هناك حاجة إلى مساحة تقارب حجم ولاية ماريلاند، إذا كانت الخلايا الزراعية ستلبي 20٪ من توليد الكهرباء في الولايات المتحدة، هذا حوالي 13000 ميل مربع، أو 1٪ من الأراضي الزراعية الأمريكية الحالية.

هناك العديد من الطرق المختلفة لتثبيت المصفوفات الزراعية، تتمثل إحدى الطرق الشائعة في رفع الصفيف لإتاحة مساحة للمعدات الزراعية أو الماشية للتحرك بحرية في الأسفل، تصميم شائع آخر هو توجيه المصفوفات الكهروضوئية عموديًا ، مع ترك مساحات مفتوحة واسعة بين صفوف الصفيف.

إنتاج المحاصيل والطاقة الشمسية معا
إنتاج المحاصيل والطاقة الشمسية معا

الولايات المتحدة

في سومرست بولاية كاليفورنيا ، تم تركيب مصفوفات شمسية عمودية من طراز Sunzaun الألمانية التصميم في مزرعة عنب، قامت شركة التركيب Sunstall بتطوير المنشأة ، التي تتكون من 43 وحدة من 450 واط متصلة بمحول صغير وبطاريتين.

استخدم التصميم البسيط ثقوبًا في إطارات الوحدة لإرفاق بسيط بكومة ، مما يلغي الحاجة إلى نظام أرفف ثقيل. تنتج الوحدات الشمسية ثنائية الاتجاه الطاقة على جانبي الصفيف الموجه عموديًا.

في الأنظمة التقليدية المصممة باتجاه أفقي ، غالبًا ما يتم قطع القضبان المستخدمة لتركيب الألواح على نظام  الأرفف لتناسب حجم اللوحة المتوقع. إذا تغير حجم اللوحة بعد اكتمال جميع مشتريات المكونات الأخرى، فقد يواجه المشروع تأخيرات أثناء إعادة هندسة القضبان لتلائم حجم اللوحة المحدث. يسمح تصميم Sunzaun بالتكيف السهل مع تغيير حجم اللوحة عن طريق ضبط المسافة بين كل كومة. من الممكن أيضًا تعديل ارتفاع الألواح من الأرض إذا لزم الأمر.

أهمية الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية
أهمية الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية

ألمانيا

نظر علماء من جامعة لايبزيج للعلوم التطبيقية في التأثير المحتمل لنشر أنظمة الكهروضوئية العمودية الموجهة بين الغرب والشرق على نطاق واسع في سوق الطاقة الألماني.

لقد وجدوا أن مثل هذه التركيبات يمكن أن يكون لها تأثير مفيد في استقرار شبكة الدولة ، مع السماح بتكامل أكبر مع الأنشطة الزراعية مقارنة بالمحطات الكهروضوئية التقليدية المثبتة على الأرض.

وجد العلماء أن الأنظمة الكهروضوئية العمودية، يمكن أن تحول إنتاجية الطاقة الشمسية إلى ساعات من ارتفاع الطلب على الكهرباء والمزيد من الإمداد بالكهرباء في أشهر الشتاء ، وبالتالي تقليل تقلص الطاقة الشمسية .

“إذا تم دمج سعة تخزين كهرباء تبلغ 1 تيراواط طاقة شحن وتفريغ وسعة 1 تيراواط ساعة في نموذج نظام الطاقة ، يتم تقليل التأثير إلى توفير ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 2.1 مليون طن في السنة مع 70٪ عموديًا شرقًا غربًا و 30٪ مائلًا للجنوب وحدات ، “قالوا. “أخيرًا ، في حين أنه قد يبدو من غير الواقعي بالنسبة للبعض تحقيق معدل 70٪ من محطات الطاقة العمودية ، إلا أن معدل أقل له تأثير مفيد.”

الطاقة الشمسية الكهروضوئية
الطاقة الشمسية الكهروضوئية

اليابان

في اليابان ، قامت شركة Luxor Solar KK ، وهي شركة تابعة لمصنع الوحدات الألمانية Luxor Solar ، ببناء نظام كهروضوئي رأسي بقدرة 8.3 كيلو وات في منطقة وقوف السيارات بمصنع معالجة الأرز المملوك لشركة Eco Rice Niigata.

قال الرئيس التنفيذي لشركة Luxor Solar KK Uwe Liebscher : “سيتم إيقاف السيارات بين أنظمة الرف العمودي” . الهدف من هذا النظام هو إظهار المتانة خلال فصل الشتاء ، وعائد الطاقة الإضافي بسبب انعكاس الثلج. من ناحية أخرى ، تشتهر نيغاتا بكونها منطقة مليئة بالثلوج ، حيث يصل ارتفاع الثلوج فيها إلى مترين إلى 3 أمتار في الشتاء “.

يتميز النظام الموجه جنوبًا بوحدات الطاقة الشمسية غير المتجانسة الخاصة بـ Luxor Solar ، بالإضافة إلى أنظمة تركيب من شركة Next2Sun الألمانية المتخصصة في الطاقة الكهروضوئية ومحولات من شركة Omron اليابانية، ستوفر المصفوفة الرأسية الكهرباء لمصنع لمعالجة الأرز بجوار النظام. دعمت مدينة ناجاوكا المشروع بمبلغ 2 مليون ين ياباني (14390 دولارًا أمريكيًا).

قال “التركيب الرأسي لا يستخدم سوى الحد الأدنى من مساحة الأراضي الزراعية مع الحفاظ على أكثر من 85٪ من الضوء الذي يصل إلى المحاصيل ، مما يضمن التوازن الأمثل للطاقة الشمسية والزراعة ، وهو أمر بالغ الأهمية في اليابان”. “هذا يسمح لنا ببناء أنظمة فلطائية زراعية في الأراضي الزراعية للمحاصيل ذات المرافق العامة ، مثل القمح أو البطاطس أو الأرز ، على نطاق واسع.”

الزراعة والطاقة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية

فرنسا

في فرنسا ، كلفت شركة InVivo المتخصصة في TotalEnergies and agrivoltaics شركة InVivo بمحرك زراعي رأسي بقدرة 111 كيلو وات. وقالت شركة TotalEnergies إن المنشأة التجريبية ستحقق في تأثير الألواح الشمسية على العائد الزراعي ، فضلاً عن التنوع البيولوجي وتخزين الكربون وجودة المياه في الموقع.

قال تييري مولر ، العضو المنتدب لشركة TotalEnergies Renouvelables France: “نحن مقتنعون بأن أوجه التآزر التي تم تطويرها بين إنتاج الكهرباء الخضراء والغاز الحيوي والزراعة هي أحد الحلول لضمان استقلالنا في مجال الطاقة واستقلالنا الغذائي”.

أنظمة الطاقة الكهروضوئية للشركة الفرنسية

السويد

طور العلماء في جامعة Mälardalen في السويد نموذجًا لديناميكيات السوائل الحسابية (CFD) الذي يسهل تحليل المناخ المحلي في المشاريع الكهروضوئية العمودية. تُستخدم محاكاة CFD لحل المعادلات المعقدة حول تدفق المواد الصلبة والغازات عبر الأجسام وحولها ، والتي يمكن استخدامها لتحليل المناخ المحلي داخل الأنظمة الزراعية.

قال الباحث سيباستيان زينالي: “ستُستخدم نماذج الأنظمة الزراعية الفولتية (AV) بشكل متكرر لتصميمات أنظمة AV الجديدة بالإضافة إلى اتخاذ القرار حيث يمكنك تحليل/ توقع التغيرات المناخية التي تعتمد على الموقع وحلول نظام AV” .

لاحظت الدراسة انخفاضًا بنسبة 38٪ في كثافة الإشعاع الشمسي في مناطق الأرض المظللة بالوحدات الكهروضوئية العمودية.

أنظمة الطاقة العمودية

المبادئ الرئيسية

قدم مختبر الولايات المتحدة الوطني للطاقة المتجددة خمسة مبادئ للنجاح في الزراعة ، والتي تضمنت:

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. “ستظل هذه البنية التحتية في الأرض على مدار الـ 25 عامًا القادمة ، لذلك تحتاج إلى الحصول عليها بشكل مناسب للاستخدام المخطط له.

قال جيمس ماكول ، الباحث في NREL الذي يعمل على InSPIRE ، إنه سيحدد ما إذا كان المشروع سينجح.

الطاقة الشمسية العمودية

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.

تابعنا على تطبيق نبض

Comments

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
%d مدونون معجبون بهذه: