5 عيوب رئيسية للطاقة الشمسية الكهروضوئية

ربما صادفتَ مؤخرًا مصطلح الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الإنترنت، وإن لم يكن كذلك، فأنتَ في المكان الصحيح، فهذه المدونة ستُقدم لك معلوماتٍ حول ماهية تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية وكيف يُمكنها تحسين قطاع الزراعة. مع ذلك، يجب على الطاقة الشمسية الكهروضوئية التغلب على عدة عقباتٍ صعبة قبل أن تنتشر على نطاق واسع. تُسلّط هذه المقالة الضوء على بعض عيوب الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحالية.

ما هي تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟ 

تُولّد تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكهرباء بنفس طريقة توليد الطاقة الكهروضوئية التقليدية. ومع ذلك، ولإتاحة الاستخدام المزدوج للأراضي، يجب أن تستوفي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية متطلبات تقنية وهيكلية محددة.

• التقنيات المعتمدة على الوحدات: تكتسب تقنيات الوحدات التي تسمح بمرور طيف الضوء اللازم لنمو النباتات أهمية خاصة في الزراعة. على سبيل المثال، تقنية وحدات الخلايا الكهروضوئية العضوية وتقنية الوحدات شبه الشفافة.
• التحكم في الضوء: إن الجزء الأصعب في إنشاء نظام الطاقة الزراعية الكهروضوئية هو تحقيق التوازن بين توليد الكهرباء والعائدات الزراعية.

ما هي عيوب الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

أصبحت تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية جزءًا متزايدًا من ثقافة الزراعة، ولكن قبل الانغماس في هذه التكنولوجيا، هناك بعض العيوب التي يجب أن تعرفها عن هذه التكنولوجيا. 5 عيوب رئيسية للطاقة الشمسية الكهروضوئية هي:

1. دورة المحاصيل ضرورية لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية

إذا تم الحفاظ على نفس المزرعة الزراعية لعدة سنوات، فسيكون لها التأثير على هذا الجزء من الحقللهذا السبب، يُعدّ تناوب المحاصيل عنصرًا بالغ الأهمية في الزراعة الكهروضوئية. وهذا أحد أكبر عيوب الزراعة الكهروضوئية.

2. قد تتطلب النفقات المستمرة تدخلاً حكوميًا واسع النطاق

صيانة البنية التحتية للكهرباء، على سبيل المثال، ستكون حلاً جديدًا اعتبار مكلف للمزارعينعلاوة على ذلك، فإن احتمال إلحاق الآلات الزراعية الضرر بألواح الطاقة الشمسية من شأنه أن يؤثر على أسعار التأمين.

3. ليس من الممكن تجنب خسارة الأراضي الزراعية تمامًا

نظرًا لمنافستها للأراضي الزراعية وفرضها تنافسًا بين صناعتي الطاقة والغذاء، فإن فقدان الأراضي يُعدّ العائق الأكبر أمام الطاقة الشمسية. ومع ذلك، أظهرت الأبحاث أن الزراعة تُحسّن كفاءة الألواح الشمسية. بغض النظر عن التصميم، بعض سوف يتم فقدان الأراضي الزراعية دائمًا في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تختلف كمية الخسارة باختلاف المحصول وتعتمد على معدات الألواح. ومع ذلك، يبدو أن عدد الحالات التي قد تلبي فيها الطاقة الشمسية الكهروضوئية الإنتاج الزراعي لمزرعة عادية محدود.

4. تتطلب العمليات المعقدة تكاليف عمالة أعلى

تتطلب الطاقة الشمسية الكهروضوئية خبرة فنية يفتقر إليها معظم المزارعين. قد يصعب عليهم إصلاح أي شيء ينكسر، مما يستلزم الاستعانة بمحترفين. قد يجد الكثيرون تكاليف العمالة المهنية باهظة الثمن نتيجةً لذلك. حتى بالنسبة للنماذج ثنائية الاستخدام الأقل تطورًا تقنيًا، مثل استخدام الأغنام مع ألواح الطاقة الشمسية التقليدية، فإن ندرة الرعاة المتاحين والقيود المرتفعة على الحد الأدنى للأجور تجعل الربح في السوق الحرة أمرًا صعبًا للغاية.

5. في ظروف محدودة للغاية، تتفوق أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأنظمة التقليدية

يبدو أن الظروف المثالية للطاقة الشمسية الكهروضوئية هي مقيدقد تعيش بعض النباتات، مثل الخس والسبانخ والطماطم، في الظل. ومع ذلك، وكما تشير إحدى الدراسات، فإن فهمنا لمقاومة معظم المحاصيل الأساسية للظل محدود. فالمحاصيل الأساسية التي تتوفر لدينا بيانات عنها لا تبدو واعدة. فالذرة والقمح، على سبيل المثال، محاصيل واسعة الانتشار في الولايات المتحدة، والظل يحدّ بشدة من نموها. لا يمكن إطعام أعداد هائلة من السكان بالخس وغيره من المحاصيل الزراعية الكهروضوئية الموثوقة. بعد أن تعرفنا على عيوب الزراعة الكهروضوئية، دعونا نتعرف على مزايا هذه التقنية.

اقرأ أيضا: 5 مزايا وعيوب رئيسية للطاقة الكهرومائية

ما هي مزايا الطاقة الشمسية الزراعية؟

بعد التعرف على عيوب الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فإن مزايا الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي:

1. يعزز إنتاجية الأرض

لنفترض أن لديك مزرعة تزرع فيها القمح، وأن إنتاجية أرضك 100%. ثم أضفت نظامًا شمسيًا إلى المعادلة. أفضل ما في الأمر هو أنه يمكنك القيام بذلك دون تقليل المحصول الزراعي. باختصار، أنت... تعزيز الإنتاجية بأكملها من ممتلكاتك عن طريق حصاد الغذاء والطاقة.

2. تقليل استهلاك المياه

الماء ضروري للنباتات لتحضير غذائها. وفقًا لخدمة البحوث الاقتصادية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA ERS)، يستخدم الري 42% من المياه العذبة سنويًا. يتم تظليل النباتات في النظام الزراعي الكهروضوئي بواسطة وحدات الطاقة الشمسية (خارج ساعات الذروة في النهار)، ونتيجة لذلك، يتأخر معدل النتح.

3. زيادة إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية 

فقدان درجة الحرارة له تأثير سلبي على الطاقة الشمسية وحدات الطاقة الشمسية. عند درجة حرارة 77 فهرنهايت، تُنتج أعلى طاقة (25 درجة مئوية). تنخفض الطاقة مع ارتفاع درجة الحرارةتساهم النباتات التي تنمو أسفل وحدات الطاقة الشمسية في خفض درجة الحرارة المحيطة بمقدار 3 إلى 4 درجات فهرنهايت.

4. تحسينات صحية للمزارعين

قد تُشكّل الزراعة في الطقس الحار والمشمس خطرًا على صحة المزارع. تُعدّ ضربة الشمس وسرطان الجلد من المخاوف الحقيقية للأشخاص الذين يعملون بجدّ لأشهر في الطقس الحار والمشمس. لحسن الحظ، توفر الوحدات الشمسية الكثير من الظل للمزارعين للعمل فيها، مما يوفر لك الراحة التي تحتاجها بشدة من أشعة الشمس الحارقة.

5. المكسب المالي

لدى شركة Agrivoltaics هوامش ربح أكبر من تقنيات الطاقة الشمسية الأخرى. تشمل المزايا التجارية محاصيل جيدة وتجميع الطاقة من نفس الموقع. تُلبي الطاقة الشمسية احتياجات المنازل والمزارع على حد سواء. أنشئ نظامًا شمسيًا متصلًا بالشبكة لنقل الطاقة الشمسية الزائدة إلى الشبكة. بعد ذلك، لنتعرف على آلية عمل الطاقة الشمسية الزراعية.

كيف تعمل الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

بعد الاطلاع على عيوب الأنظمة الشمسية الزراعية الكهروضوئية، لا بد أنك ترغب في معرفة آلية عملها. عادةً ما يتكون نظام الطاقة الشمسية الزراعية الكهروضوئية من ألواح شمسية مثبتة على الأرض، تُزرع المحاصيل أسفلها أو بين صفوفها. يمكن تثبيت الألواح على حوامل عالية بما يكفي لمرور المعدات الزراعية تحتها.

1. متطلبات الإشعاع الشمسي المباشر

لإجراء عملية التمثيل الضوئي، يحتاج كل محصول تقريبًا إلى ثلاثة عناصر: أشعة الشمس المباشرة، والماء، وثاني أكسيد الكربون. مع ذلك، تحتاج بعض المحاصيل إلى كميات أكبر أو أقل من هذه العناصر مقارنةً بغيرها. فالنباتات التي تحتاج إلى مزيد من أشعة الشمس لن تتمكن من النمو تحت الألواح الشمسية (مثل الأرز والقمح، إلخ). في هذه الحالة، يُفضل اختيار النباتات التي تنمو في ظل جزئي.

2. استجابة المحاصيل للإشعاع الشمسي المفرط

تمتص النباتات ضوء الشمس وتحوله إلى الكلوروفيل والكاروتيناتالتي تُساعد في إنتاج الغذاء. ومع ذلك، سيتضرر المحصول إذا تجاوزت كمية ضوء الشمس التي يتلقاها حد تشبعه الضوئي.

كان حل المزارعين لهذا التحدي هو إنتاج ظلال اصطناعية لحماية محاصيلهم وتحسين جودتها. وتؤدي وحدات الطاقة الشمسية في الزراعة الكهروضوئية غرضًا مشابهًا: فهي تُلقي بظلالها على المحاصيل، مما يُشجع نموها. بعد ذلك، لنتعرف على الزراعة الكهروضوئية.

انظر أيضا: 10 مزايا وعيوب طاقة المحيطات

ما هي الزراعة الكهروضوئية؟ ما هي بعض المحاصيل الزراعية الكهروضوئية؟

زراعة المحاصيل تحت الألواح الشمسية تُعرف هذه الزراعة بالزراعة الكهروضوئية. ووفقًا للدراسات العلمية، تزدهر العديد من المحاصيل عند زراعتها بهذه الطريقة. وبهذه الطريقة، قد يُسهم مضاعفة استخدام الأراضي في إطعام سكان العالم المتزايدين، مع إنتاج الطاقة المتجددة في الوقت نفسه.

من بين المحاصيل الزراعية الكهروضوئية التي نجح الباحثون في زراعتها: الصبار، والطماطم، وذرة الغاز الحيوي، وعشب المراعي، والخس. بعض أصناف الخس تُنتج في الظل أكثر من ضوء الشمس الساطع؛ بينما تُقدم أصناف أخرى إنتاجًا مُقاربًا في الهواء الطلق وتحت الألواح الكهروضوئية. وقد أظهرت مشاريع الطاقة الكهروضوئية المرتبطة بالزراعة حتى الآن نتائج واعدة عند دمجها مع الخضراوات الورقية كالخس والسبانخ، بالإضافة إلى المحاصيل الجذرية كالبطاطس والفجل والبنجر والجزر، كمحاصيل زراعية كزراعية كهروضوئية.

حققت أعشاب المراعي والشعير نجاحًا استثنائيًا في ولاية أوريغون. كما قد تُنتج الفراولة والتوت الأزرق والتوت الأحمر والتوت البري غلةً عاليةً، مما يجعلها بالتأكيد ضمن قائمة المحاصيل الزراعية الكهروضوئية.

اقرأ أيضا: ما هي شهادة الطاقة المتجددة؟

ماذا يعني مصطلح الأنظمة الزراعية الكهروضوئية؟

يتميز النظام الزراعي الكهروضوئي بـ الإنتاج المتزامن للطاقة الشمسية والمنتجات الزراعية على نفس الأرض. تتعايش الألواح الشمسية والمحاصيل من خلال مشاركة الضوء، حيث توفر الألواح الموضوعة فوق جزء من المحصول ظلًا وتشكل نوعًا من المناخ المحلي فوق منطقة النمو. ونتيجة لذلك، تزداد نضارة النباتات، مما يعني استهلاكًا أقل للمياه، ولكن أيضًا انخفاضًا في خسائر التبخر.

سلّط ​​مطورو أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الضوء مؤخرًا على فوائدها للمزارعين، بما في ذلك الحماية من المخاطر والاضطرابات المناخية. حتى في غياب احتياجات الري (كما هو الحال في موسم الأمطار الغزيرة)، تُولّد الألواح الشمسية الطاقة، مما يتيح فرصًا كبيرة لتشغيل المعدات الزراعية والمطاحن وأجهزة تنقية المياه ووحدات التخزين البارد بهذه الطاقة، مما يُسهم في التنمية الريفية وزيادة الإيرادات. في بعض الحالات، يمكن اعتبار الطاقة الشمسية أيضًا "حصادًا مُربحًا" إذا شجع المزارعون على تجنب الإفراط في استخدام المياه عن طريق بيع الطاقة الزائدة إلى شبكة الكهرباء.

اقرأ أيضا: كل شيء عن مزايا خلايا الوقود

ما هي علاقة Agrivoltaics بالصوبات الزراعية؟

تقنية الدفيئات الزراعية هي طريقة لتوفير ظروف بيئية مناسبة للنباتات عن طريق زراعتها في دفيئة، وهي هيكل بجدران وسقف مصنوع أساسًا من مواد شفافة، مثل الزجاج. ومع ذلك، يمكن استخدامها في تكنولوجيا الطاقة الشمسية، ومن بين أبعادها: البيوت الزجاجية الزراعية الكهروضوئية وأهميتها للبيئة.

تتميز دفيئات Agrivoltaics بتوفيرها الحماية من درجات الحرارة القصوى (الصقيع أو موجات الحر): سواءً في الدفيئات المزودة بتحكم حراري أو بدونه، مع أو بدون تبييض؛ وفي الحقول المفتوحة مع انخفاض في سعات الحرارة نتيجةً للتظليل في درجات الحرارة المرتفعة أو تأثير الاحتباس الحراري في الصقيع. كما توفر هذه التقنية الحماية من البرد في الدفيئات المغلقة ذات الأسقف، والحقول المفتوحة المزودة بأنظمة تنظيم، أو من خلال نشر شبكات أمان آلية مدمجة في الهيكل. ومن المزايا الأخرى تقليل استهلاك المياه نتيجةً لانخفاض تبخر النباتات الناتج عن تظليل المحاصيل وزيادة الإنتاج الزراعي. ومن المزايا الأخرى الري بالطاقة الشمسية.

تتمتع تقنية الدفيئات الزراعية الثورية هذه من شركة أجريفولتيكس بإمكانية تعزيز إنتاج الغذاء وتقليل استهلاك المياه، مع توفير الكهرباء وتوفير دخل إضافي في الوقت نفسه. تتيح الألواح الشمسية الموضوعة على نفس أرض زراعة المحاصيل للمزارعين الاستفادة من طاقة الشمس مرتين.

اقرأ أيضا: ما هو التدهور المحتمل المستحث؟

ما هو متوسط ​​تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟ هل الطاقة الشمسية الكهروضوئية مربحة؟

تزداد شعبية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عالميًا. لنرَ كم ستبلغ تكلفة تركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

إن تكلفة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المُقامة على بُعدٍ عالٍ من الأرض (وهو أمرٌ ضروريٌّ لتشغيل الآلات الزراعية تحت الألواح الشمسية) أعلى بكثير من تكلفة محطات الطاقة الشمسية التقليدية. وقد حسب الخبراء تكلفة إنشاء محطة كاملة، بما في ذلك الأساسات، لأنظمة الطاقة الكهروضوئية. حوالي 435 دولارًا/كيلوواط (تقريبًا).

ومن المتوقع أن تبلغ تكلفة حلول التركيب ما بين 140 دولارًا و240 دولارًا لكل كيلوواط (تقريبًا)بينما قد تصل تكلفة الوحدات شديدة الوضوح إلى 330 دولارًا للكيلوواط. وتتراوح تكلفة تجهيز الموقع ونشر المكونات من من 270 إلى 380 دولارًا لكل كيلوواط (تقريبًا).

إذا كنتَ محتارًا بشأن ما إذا كانت الطاقة الشمسية الكهروضوئية مربحة أم لا، فنعم، إنها مربحة. قد يبدو للوهلة الأولى أن مطوري مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية يواجهون تكاليف كثيرة خلال إجراءات الموافقة، بما في ذلك تحديد الموقع، وتقارير التربة والبيئة، وخطط التطوير، وأنواع مختلفة من الرسوم القانونية. ولكن بمجرد تركيب الأنظمة بدقة، يُمكن القول بثقة إنها مربحة على المدى الطويل. بعد ذلك، دعونا نتعرف على الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الهند.

انظر أيضا: كم تكلفة المنزل الجديد عندما تأخذ في الاعتبار تكاليف التنقل؟

هل تتوفر الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الهند؟

لأن تركيب الطاقة المتجددة وأنظمة الطاقة الكهروضوئية الأرضية يتطلبان أرضًا، فقد بدأت الزراعة الكهروضوئية في الهند. ولأن الأرض سلعة ثمينة، فهناك تنافس عليها بين قطاعي الطاقة المتجددة والبنية التحتية. سيعاني المجتمع الزراعي إذا تم تعزيز قدرة الطاقة المتجددة على حساب الإنتاج الزراعي.

وفقا لتحليل جديد من معهد اقتصاديات الطاقة والتحليل الماليمن الممكن أن تصبح الطاقة الشمسية الكهروضوئية سوقًا رئيسيًا جديدًا للطاقة المتجددة في الهند شريطة وضع الإطار السياسي المناسب.

ينبغي أن تكون تدابير حماية المجتمعات الريفية والإنتاجية الزراعية عنصرًا أساسيًا في سياسات القطاع وإصلاحاته التنظيمية. تُعرف الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية بدمج الزراعة مع إنتاج الطاقة الشمسية بطرق تحافظ على الإنتاجية الزراعية العالية. ولأن الزراعة تغطي حوالي 60% من مساحة الأراضي في الهند، فإن الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية تُعتبر نظريًا... في وضع أفضل في الهند مقارنة بمعظم البلدان الأخرى.

يمكن أن تساعد الطاقة الشمسية الكهروضوئية الهند على تسريع نشر الطاقة المتجددة من خلال توزيعها في جميع أنحاء البلاد. وقد أظهرت الأبحاث أن بعض المحاصيل يمكنها تحمل التظليل الطفيف، وفي درجات الحرارة المرتفعة، قد يستفيد بعضها من انخفاض درجات الحرارة وتحسين رطوبة التربة. مع وجود ما يقرب من 20 مشروعًا قيد التنفيذ حاليًا باستخدام مجموعة متنوعة من تكوينات الألواح، بدأت الهند بالفعل في تحديد الأساليب والمحاصيل والظروف المناسبة، كما يجب معالجة العديد من التحديات السياسية إذا أراد قطاع الطاقة الشمسية الكهروضوئية تحقيق كامل إمكاناته. قد تظهر بعض مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأكبر حجمًا في عام 2023. وقد تم بالفعل تكليف شركة Gro Solar Energy، وهي شركة مقرها ماهاراشترا، بمشروع تيار متردد بقدرة 7 ميجاوات. مشروع الطاقة الشمسية في ديجاون في Sindakhede Tahsil في منطقة Dhule في ولاية ماهاراشترا.

بهذا، تكون قد حصلت على جميع المعلومات حول عمل الزراعة الكهروضوئية، وعيوبها ومزاياها، وما هي الزراعة الكهروضوئية، وغيرها. الزراعة أساس أي حضارة، فبدون الغذاء ومنتجيه، يكاد يكون من المستحيل بقاء هذا العالم. مع تغير الزمن، تظهر العديد من الاتجاهات والتقنيات الجديدة والمتطورة في المجال الزراعي، وعليك أن تسعى لمعرفة المزيد عنها.

أوصى: أفضل 5 أنظمة ري بالطاقة الشمسية