مقاله

اگری‌ولتائیک (Agrivoltaics)؛ وقتی یک زمین هم محصول کشاورزی می‌دهد و هم برق خورشیدی تولید می‌کند

پژوهش‌های بین‌المللی نشان می‌دهد ترکیب کشاورزی و انرژی خورشیدی می‌تواند راهکاری برای استفاده کارآمدتر از زمین، کاهش تنش آبی گیاهان و ایجاد منبع درآمد مکمل برای کشاورزان باشد؛ رویکردی نوآورانه که در مناطق گرم و خشک نیز ظرفیت قابل‌توجهی برای بررسی و توسعه دارد.

در شرایطی که رقابت بر سر منابع محدود زمین، آب و انرژی افزایش یافته است، اگری‌ولتائیک (Agrivoltaics) به‌عنوان رویکردی نوین برای پیوند تولید محصولات کشاورزی با تولید برق خورشیدی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این روش، پنل‌های فتوولتائیک به‌گونه‌ای در زمین‌های کشاورزی نصب می‌شوند که امکان کشت محصول در زیر یا میان آن‌ها همچنان فراهم باشد. به این ترتیب، یک قطعه زمین می‌تواند به‌طور هم‌زمان در خدمت تولید غذا و انرژی پاک قرار گیرد.

بر اساس گزارش مؤسسه سامانه‌های انرژی خورشیدی فراونهوفر آلمان (Fraunhofer ISE)، اگری‌ولتائیک علاوه بر افزایش بهره‌وری استفاده از زمین، می‌تواند به کاهش مصرف آب کشاورزی، ایجاد درآمد مکمل برای بهره‌برداران و افزایش تاب‌آوری تولید در برابر تنش‌های اقلیمی کمک کند. بااین‌حال، دستیابی به این مزایا مستلزم طراحی متناسب با نیازهای محصول و شرایط محیطی هر منطقه است. ^[۱]

سایه پنل‌ها؛ فرصتی برای مدیریت آب و گرما

یکی از مهم‌ترین مزایای بالقوه اگری‌ولتائیک، ایجاد سایه جزئی بر سطح کشت است. در مناطق گرم و خشک، تابش شدید خورشید و افزایش دمای محیط می‌تواند موجب افزایش تبخیر از سطح خاک، تشدید تنش آبی و کاهش رشد برخی محصولات شود. پنل‌های خورشیدی با تعدیل بخشی از تابش دریافتی، می‌توانند شرایط خرداقلیمی زیر خود را تغییر دهند و در برخی سامانه‌ها به کاهش نیاز آبی گیاهان کمک کنند.

مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۹ در مجله علمی Nature Sustainability منتشر شد، نشان داد سایه‌اندازی پنل‌های خورشیدی در سامانه‌های اگری‌ولتائیک مناطق خشک می‌تواند مزایایی هم‌زمان برای تولید محصولات کشاورزی، مدیریت آب و کاهش تنش حرارتی پنل‌ها داشته باشد. این یافته‌ها ظرفیت بالقوه این فناوری را برای سازگاری با تغییرات اقلیمی برجسته می‌کند. ^[۲]

البته میزان صرفه‌جویی آب و تغییر عملکرد محصول به عواملی مانند شدت تابش، دمای محیط، نوع گیاه، تراکم پنل‌ها، الگوی سایه‌اندازی و روش آبیاری بستگی دارد؛ بنابراین، نمی‌توان یک میزان ثابت از کاهش مصرف آب یا افزایش عملکرد را برای همه شرایط در نظر گرفت.

شواهد میدانی؛ افزایش بهره‌وری زمین در آلمان

یکی از نمونه‌های شناخته‌شده این فناوری در مزرعه‌ای در منطقه هوگلباخ آلمان اجرا شده است. در این طرح پژوهشی، پنل‌های خورشیدی روی سازه‌هایی در ارتفاع حدود پنج متر نصب شدند تا امکان تولید برق و کشت محصولات زراعی به‌صورت هم‌زمان فراهم شود.

بر اساس گزارش منتشرشده از سوی مؤسسه فراونهوفر در سال ۲۰۱۹، در برداشت سال ۲۰۱۸، عملکرد سه محصول از چهار محصول آزمایش‌شده، شامل کرفس، گندم زمستانه، سیب‌زمینی و شبدر، از عملکرد قطعه شاهد بیشتر بود. افزایش عملکرد کرفس حدود ۱۲ درصد و گندم زمستانه حدود ۳ درصد گزارش شد؛ در مقابل، عملکرد شبدر حدود ۸ درصد کاهش یافت. ^[۳]

همچنین، بهره‌وری استفاده از زمین در کشت سیب‌زمینی و تولید برق به‌صورت ترکیبی به حدود ۱۸۶ درصد رسید. این شاخص به معنای افزایش ۸۶ درصدی بهره‌وری ترکیبی زمین نسبت به استفاده جداگانه از زمین برای کشاورزی یا تولید برق است؛ نه اینکه عملکرد کشاورزی به‌تنهایی ۸۶ درصد افزایش یافته باشد. این تفاوت نشان می‌دهد ارزیابی اگری‌ولتائیک باید تولید محصول و برق را در کنار یکدیگر بررسی کند.

آیا هر محصولی برای اگری‌ولتائیک مناسب است؟

انتخاب محصول یکی از عوامل تعیین‌کننده موفقیت این سامانه‌هاست. گیاهان حساس به گرما یا دارای تحمل مناسب نسبت به سایه جزئی ممکن است از شرایط ایجادشده بهره‌مند شوند؛ درحالی‌که کاهش نور دریافتی می‌تواند برای برخی محصولات نورپسند، محدودیت رشد و عملکرد ایجاد کند.

سبزی‌های برگی، برخی محصولات باغی و گیاهان علوفه‌ای از گزینه‌هایی هستند که در مطالعات مختلف مورد بررسی قرار گرفته‌اند. ازاین‌رو، نمی‌توان محصولاتی مانند گندم و ذرت را به‌طور مطلق نامناسب دانست؛ بلکه شدت سایه، فاصله و ارتفاع پنل‌ها، الگوی کشت و ویژگی‌های اقلیمی باید در انتخاب محصول لحاظ شوند.

فرصتی برای کشاورزی ایران

با توجه به محدودیت منابع آب، افزایش دما و نیاز به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر، اگری‌ولتائیک می‌تواند یکی از گزینه‌های قابل بررسی برای افزایش بهره‌وری هم‌زمان زمین و آب در ایران باشد. اجرای طرح‌های پایلوت در مناطق مختلف، مقایسه عملکرد محصولات زیر پنل‌ها با قطعات شاهد، اندازه‌گیری مصرف آب، ارزیابی تولید برق و محاسبه هزینه‌های سرمایه‌گذاری و نگهداری، از گام‌های ضروری برای سنجش قابلیت توسعه این فناوری است.

در نهایت، اگری‌ولتائیک راهکاری برای حذف کشاورزی به نفع انرژی یا برعکس نیست؛ بلکه تلاشی برای ایجاد تعادل میان تولید غذا و برق در یک سطح مشخص از زمین است. موفقیت آن به طراحی علمی، انتخاب محصول مناسب و اثبات توجیه اقتصادی در شرایط واقعی هر منطقه وابسته خواهد بود.

منابع

1. مؤسسه سامانه‌های انرژی خورشیدی فراونهوفر (Fraunhofer ISE)، گزارش اگری‌ولتائیک و فرصت‌های آن برای کشاورزی و گذار انرژی.
   مشاهده منبع
2. مقاله پژوهشی منتشرشده در مجله Nature Sustainability درباره ظرفیت سامانه‌های اگری‌ولتائیک در مناطق خشک.
   مشاهده منبع
3. مؤسسه سامانه‌های انرژی خورشیدی فراونهوفر، گزارش عملکرد برداشت محصولات در سامانه اگری‌ولتائیک در تابستان گرم سال ۲۰۱۸.
   مشاهده منبع