با رشد سریع تقاضا برای انرژیهای تجدیدپذیر، توسعه نیروگاههای خورشیدی در بسیاری از کشورها با یک چالش مهم روبهرو شده است: رقابت بر سر زمین. از یک سو، برای دستیابی به اهداف کربنزدایی به ظرفیتهای عظیم خورشیدی نیاز است و از سوی دیگر، حفظ اراضی کشاورزی برای امنیت غذایی اهمیت حیاتی دارد.
در پاسخ به این چالش، مفهوم اگری ولتائیک (Agrivoltaics یا Agri-PV) شکل گرفته است؛ رویکردی که امکان استفاده همزمان از یک زمین برای تولید محصولات کشاورزی و تولید برق خورشیدی را فراهم میکند. این فناوری نهتنها بهرهوری زمین را افزایش میدهد، بلکه میتواند به بهبود شرایط رشد برخی محصولات، کاهش مصرف آب و افزایش درآمد کشاورزان نیز کمک کند.
اگری ولتائیک چیست؟
اگری ولتائیک به سیستمی گفته میشود که در آن پنلهای خورشیدی به گونهای نصب میشوند که فعالیتهای کشاورزی در همان زمین ادامه پیدا کند.
برخلاف نیروگاههای خورشیدی متداول که زمین را به طور کامل از چرخه کشاورزی خارج میکنند، در سامانههای اگری ولتائیک طراحی سازهها به نحوی انجام میشود که نور کافی به گیاهان برسد و عملیات کشاورزی نیز امکانپذیر باشد.
هدف اصلی در همه این روشها، ایجاد تعادل میان تولید انرژی و تولید محصولات کشاورزی است.
چرا اگری ولتائیک اهمیت پیدا کرده است؟
بر اساس مطالعات انجامشده، بخش قابل توجهی از مخالفتها با توسعه نیروگاههای خورشیدی به اشغال زمینهای کشاورزی مربوط میشود. اگری ولتائیک این تضاد را به یک فرصت تبدیل میکند.
در این رویکرد، یک قطعه زمین میتواند به طور همزمان:
- غذا تولید کند
- برق تولید کند
- درآمد کشاورز را افزایش دهد
- مصرف آب را کاهش دهد
- انتشار کربن را کاهش دهد
به همین دلیل بسیاری از کارشناسان از اگری ولتائیک به عنوان یکی از مهمترین راهکارهای توسعه پایدار در دهه آینده یاد میکنند.
تأثیر سایه پنلهای خورشیدی بر محصولات کشاورزی
یکی از مهمترین ویژگیهای سامانههای اگری ولتائیک، ایجاد سایه کنترلشده بر روی محصولات است. در نگاه اول ممکن است تصور شود که کاهش تابش خورشید باعث افت عملکرد محصولات میشود، اما تحقیقات نشان داده است که بسیاری از گیاهان در شرایط آبوهوایی گرم و خشک از سایه جزئی بهره میبرند.
پنلهای خورشیدی میتوانند:
- دمای خاک را کاهش دهند
- تبخیر آب را محدود کنند
- تنش گرمایی گیاهان را کاهش دهند
- نیاز آبی محصولات را کم کنند
- شرایط رشد را در دورههای خشکسالی بهبود دهند
به همین دلیل برخی محصولات زراعی، سبزیجات، علوفهها و حتی برخی باغات میتوانند در محیطهای اگری ولتائیک عملکردی مشابه یا حتی بهتر از شرایط عادی داشته باشند.
افزایش بهرهوری زمین
یکی از مهمترین شاخصهای مورد استفاده در پروژههای اگری ولتائیک، «بهرهوری دوگانه زمین» است.در سیستمهای سنتی، زمین یا برای کشاورزی استفاده میشود یا برای تولید برق. اما در اگری ولتائیک، هر دو فعالیت به صورت همزمان انجام میشوند.
این موضوع باعث میشود ارزش اقتصادی هر هکتار زمین افزایش پیدا کند و بازده کلی استفاده از منابع بهبود یابد. در بسیاری از پروژههای آزمایشی مشاهده شده است که مجموع ارزش اقتصادی حاصل از فروش محصولات کشاورزی و برق تولیدی، بهمراتب بیشتر از استفاده تکمنظوره از زمین است.
مزایای اقتصادی برای کشاورزان
یکی از جذابترین جنبههای اگری ولتائیک، ایجاد یک منبع درآمد جدید برای کشاورزان است. درآمد حاصل از فروش برق میتواند بخشی از ریسکهای کشاورزی را جبران کند؛ ریسکهایی که شامل موارد زیر هستند:
- خشکسالی
- تغییرات اقلیمی
- نوسان قیمت محصولات
- افزایش هزینههای تولید
در چنین شرایطی، کشاورز علاوه بر تولید محصول، از درآمد پایدار ناشی از تولید انرژی نیز بهرهمند میشود. این مدل اقتصادی به ویژه در مناطق خشک و نیمهخشک که کشاورزی با چالشهای بیشتری روبهرو است، اهمیت ویژهای پیدا میکند.
انواع سامانههای اگروولتائیک
با توسعه این فناوری، مدلهای مختلفی از سامانههای اگروولتائیک طراحی شدهاند که هر کدام متناسب با نوع محصول، شرایط اقلیمی و نیازهای بهرهبردار انتخاب میشوند. رایجترین این مدلها عبارتاند از:
سامانه های مرتفع(Elevated Agrivoltaics)
در این روش، پنلهای خورشیدی در ارتفاع چند متری از سطح زمین نصب میشوند تا ماشینآلات کشاورزی بتوانند بهراحتی در مزرعه تردد کنند. این مدل برای مزارع زراعی بزرگ یکی از پرکاربردترین گزینهها محسوب میشود.
سامانه های ردیفی(Interspace Systems)
در این ساختار، ردیفهای پنل خورشیدی با فاصله مناسب از یکدیگر نصب میشوند و محصولات در میان آنها کشت میشوند. میزان سایهاندازی و دسترسی به نور خورشید در این سیستم قابل کنترل است.
سامانه های عمودی دو طرفه (Vertical Bifacial)
در این طراحی، پنلهای دوطرفه به صورت عمودی نصب میشوند. این روش فضای بیشتری برای عبور ماشینآلات کشاورزی ایجاد میکند و در برخی مناطق میتواند تولید انرژی مطلوبی نیز داشته باشد.
گلخانه های خورشیدی
در این مدل، پنلهای خورشیدی بخشی از سازه گلخانه را تشکیل میدهند و علاوه بر تولید برق، در کنترل شرایط محیطی داخل گلخانه نیز نقش دارند.
چالشهای فنی و اجرایی
با وجود مزایای قابل توجه، طراحی و اجرای پروژههای اگری ولتائیک نسبت به نیروگاههای خورشیدی معمولی پیچیدهتر است.
برخی از مهمترین چالشها عبارتاند از:
- افزایش هزینه سازههای نگهدارنده
- نیاز به طراحی اختصاصی برای هر نوع محصول
- محدودیت عبور ماشینآلات کشاورزی
- نیاز به مطالعات دقیق سایهاندازی
- پیچیدگی بیشتر در عملیات نگهداری
به همین دلیل موفقیت پروژههای اگری ولتائیک به همکاری نزدیک میان متخصصان انرژی، کشاورزی و طراحی سازه وابسته است.
آینده اگری ولتائیک
افزایش فشار برای توسعه انرژیهای تجدیدپذیر، محدودیت زمینهای مناسب و ضرورت حفظ امنیت غذایی، باعث شده است اگری ولتائیک به یکی از سریعترین حوزههای در حال رشد در صنعت خورشیدی تبدیل شود.
کشورهای اروپایی بهویژه آلمان، فرانسه، ایتالیا و کشورهای حوزه اسکاندیناوی در حال توسعه پروژههای بزرگ در این حوزه هستند. در ایالات متحده نیز مراکز تحقیقاتی و سازمانهای دولتی به طور گسترده در حال بررسی اثرات این فناوری بر محصولات مختلف کشاورزی هستند.
با پیشرفت فناوری پنلها، سیستمهای ردیاب خورشیدی و ابزارهای هوشمند مدیریت مزرعه، انتظار میرود اگروولتائیک در سالهای آینده به یکی از اجزای کلیدی زیرساخت انرژی و کشاورزی پایدار تبدیل شود.
اگری ولتائیک رویکردی نوآورانه برای پاسخ به دو نیاز اساسی جهان امروز است: تولید انرژی پاک و حفظ ظرفیت تولید غذا. این فناوری با ترکیب نیروگاه خورشیدی و فعالیتهای کشاورزی در یک زمین، امکان افزایش بهرهوری منابع، کاهش مصرف آب، ایجاد درآمد مضاعف برای کشاورزان و توسعه پایدار انرژی را فراهم میکند.
در شرایطی که رقابت بر سر زمین روز به روز بیشتر میشود، اگری ولتائیک میتواند یکی از مؤثرترین راهکارها برای همزیستی کشاورزی و انرژی خورشیدی در مقیاس گسترده باشد؛ راهکاری که نه زمین را از کشاورزی خارج میکند و نه توسعه انرژیهای تجدیدپذیر را محدود میسازد.
منابع: