يظهر البحث فوائد في نظام تقاسم الطاقة الشمسية ، agrivoltaics.
- التظليل يحمي المحاصيل من أشعة الشمس ودرجات الحرارة الحارة.
- المحاصيل تحت يخلق ظروف الحرارة مثالية لأداء الألواح الشمسية.
- الجمع بين الطاقة الشمسية مع الأراضي الزراعية هو حل شح الأراضي
يمكن للمزارعين في اليابان توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية أثناء زراعة المحاصيل في نفس الأراضي الزراعية. في أبريل من عام 2013 ، وافقت وزارة الزراعة والغابات ومصايد الأسماك (MAFF) على تركيب أنظمة الكهروضوئية في الأراضي الزراعية المنتجة للمحاصيل. في السابق كان توليد الطاقة الشمسية على الأراضي الزراعية ، المنتجة أو الخاملة ، محظوراً بموجب قانون الأراضي الزراعية.
يُعرف هذا التعايش أو الجيل المزدوج باسم “المشاركة الشمسية” في اليابان. تم تطوير هذا المفهوم في الأصل من قبل أكيرا ناغاشيما في عام 2004 ، الذي كان مهندس متقاعد في الآلات الزراعية درس علم الأحياء لاحقًا وتعلم “نقطة تشبع الضوء”. ويزداد معدل التمثيل الضوئي مع زيادة مستوى الإشعاع ؛ ولكن عند نقطة واحدة ، فإن أي زيادة أخرى في كمية الضوء التي تضرب النبات لا تسبب أي زيادة في معدل التمثيل الضوئي.
من خلال معرفة أن الكثير من أشعة الشمس لن تساعد على زيادة نمو النباتات ، توصلت Nagashima إلى فكرة الجمع بين أنظمة الطاقة الكهروضوئية والزراعة . لقد ابتكر وحقق براءة اختراع في الأصل هيكلًا خاصًا ، يشبه إلى حد كبير العريشة في الحديقة. قام بإنشاء اثنين من حقول الاختبار بمعدلات تظليل مختلفة ومحاصيل مختلفة. الهياكل التي صنعها مصنوعة من الأنابيب والصفوف من الألواح الكهروضوئية ، والتي يتم ترتيبها مع فواصل زمنية معينة للسماح لأشعة الشمس الكافية لتصل إلى الأرض لعملية التمثيل الضوئي.
للوهلة الأولى ، قد يبدو الهيكل “ضعيفًا”. أحد الأسباب هو أن MAFA تتطلب أن يكون للأنظمة الكهروضوئية هيكل بسيط (بدون أقدام ملموسة) ويجب تفكيكها بسهولة. تتطلب MAFA أيضًا تصميم هياكل التركيب الكهروضوئية وبنائها لتأمين ضوء الشمس الكافي للمحاصيل والمساحة حتى تتمكن الآلات الزراعية من التحرك.
ومع ذلك ، قال Nagashima أن الهدف من هذه المبادئ التوجيهية هو أن يظل المزارعون “يزرعون” ويمنعون المزارعين من تحويل الأراضي الزراعية المنتجة بالكامل إلى منشآت شمسية. بناءً على الاختبارات التي أجريت في مواقع اختبار الطاقة الشمسية التابعة له في محافظة تشيبا ، فإنه يوصي بحوالي 32٪ معدل تظليل لمساحة الأراضي الزراعية للوصول إلى نمو كافٍ للمحاصيل. بمعنى آخر ، هناك مساحة فارغة مضاعفة لكل وحدة PV مثبتة. لضمان استمرار الزراعة ، تطلب اللجان الزراعية البلدية من المزارعين الإبلاغ عن الكميات السنوية للزراعة والطلب بإزالة النظام الكهروضوئي من الأرض إذا انخفضت كمية المحاصيل المزروعة في الأراضي الزراعية المشتركة الشمسية بأكثر من 20 ٪ ، مقارنة بما سبق تركيب -PV.
وقال ماكوتو تاكازاوا ، صاحب مشروع تقاسم الطاقة الشمسية Kazusatsurumai الذي تبلغ كلفته 34.4 كيلوواط (الشكل 2) في ولاية تشيبا: “يمكن لمشاركة الطاقة الشمسية أن تعيد تنشيط قطاع الزراعة المتراجع”. هذا هو أول مشروع في البلاد يستفيد من مخطط FIT. يواجه المزارعون في اليابان قضايا خطيرة مثل انخفاض عائدات الزراعة ، وبالتالي نقص الخلفاء. يجبر العديد من صغار المزارعين على الحصول على وظيفة ثانية للحفاظ على حياتهم. تعلم تاكازاوا هذا المفهوم من ناغشيما ووجد أن الزراعة الشمسية المشتركة هي وسيلة لإحياء المزارعين اليابانيين ، وتوفير الفرص لزيادة الدخل والمساهمة في حاجة البلاد إلى الطاقة.
قام تاكازاوا بتركيب 348 لوحًا ضوئيًا على مساحة صغيرة تبلغ 750 مترًا مربعًا من الأراضي الزراعية. يتم تثبيت الألواح الكهروضوئية على الأنابيب ، والتي يبلغ ارتفاعها 3 أمتار من الأرض. يتم تثبيت صفوف الألواح الكهروضوئية كل 5 أمتار. في ظل النظام الكهروضوئي ، يقوم والد تاكاساوا بزراعة الفول السوداني والبطاطا والباذنجان والخيار والطماطم والقلقوس (الشكل 3) وسيزرع الكرنب خلال فصل الشتاء. تباع هذه الخضروات في شارع قريب ويستهلكها جيرانه.
كلف النظام الذي ينتج 35000 كيلوواط في الساعة Takazawa حوالي 12.6 مليون ين (126000 دولار). بعد حصوله على أول معدل FIT متوفر يبلغ 42 / كيلووات في الساعة لمدة 20 عامًا ، سوف يكسب 1.6 مليون ين (حوالي 16000 دولار) سنويًا بينما يحصل فقط على 100000 ين (حوالي 1000 دولار) سنويًا من الزراعة. مثله ، “الريف لديه القدرة على خلق طاقة نظيفة ، وبالتالي تحفيز الاقتصاد المحلي. وقال تاكيزاوا “آمل أن تجذب هذه (عائدات FIT) الشباب للعودة إلى الريف”.
في محافظة آيتشي ، صممت تسوبوي نظامًا بقدرة 50 كيلووات وشيده بنفسه على أشجار الحمضيات المتنامية. تم تركيب حوالي 600 لوح كهروضوئي على مساحة أكثر من 7.7 فدان من الأراضي الزراعية مثبتة على أنابيب فولاذية بارتفاع 5 أمتار. يُطلق على نوع الحمضيات التي ينموها اسم Dekobon ، وهو مزيج ياباني من الماندرين والبرتقال. بما أن Dekobons يتم حصادها في ظل النظام الكهروضوئي ، فهو يبيعها تحت اسم “Solarbon”. مثله مثل العديد من المزارعين الآخرين ، لدى Tsuboi وظيفة أخرى إلى جانب الزراعة. هذا العام ، يتوقع أن يجلب نظام الطاقة الكهروضوئية 2.5 مليون ين (25000 دولار) كدخل إضافي.
شكك الكثيرون في استقرار ومتانة الهيكل الكهروضوئي للعائلة الشمسية المشتركة. صرح Nagashima بأن أنظمته ، التي هي مصنوعة من أنابيب رقيقة بدون أعمدة إسمنتية ، صمدت أمام رياح قوية وهزات أرضية أثناء كوارث Fukushima Tsunami في عام 2011. هذه الأنظمة خفيفة الوزن للغاية ويتم تثبيت لوحات PV ، مما يسمح بتدفق الهواء بين الألواح. سيؤدي هذا إلى التخلص من القلق من أن الألواح ستتلقى حمولة الرياح وسيتم تفجيرها ، مما يقلل الحاجة إلى أجهزة تركيب معقدة ومكلفة.
يقترح Nagashima الزراعة المشتركة للطاقة الشمسية للمزارع في الولايات المتحدة. وأشار إلى فوائد قليلة من الأنظمة الكهروضوئية على العشب في المرعى: يمكن للنظام الكهروضوئي توفير الظل للماشية أو الأغنام للراحة تحت وبسبب ارتفاع مستوى رطوبة التربة ، سوف يقلل التظليل مصاريف الري.
بالنسبة لليابان ، سوف تحتاج إلى حوالي 2.5 مليون فدان من الأراضي لتزويد إجمالي الكهرباء في اليابان بالكهرباء الكهروضوئية. في ظل الأسرة الشمسية المشتركة ، سوف يستغرق حوالي 7 ملايين فدان من الأراضي الزراعية لتوفير نفس الكمية من الكهرباء. اليابان لديها حاليا أكثر من 11.3 مليون فدان من الأراضي الزراعية المتاحة. “قبل الثورات الصناعية ، قدم المزارعون كل من المحاصيل والطاقة (الحطب والفحم) للمجتمع. صرحت ناغشيما بأن الزراعة المشتركة بالطاقة الشمسية تصنع المزارعين مرة أخرى من تقديم منتجين مهمين من الطبيعة وستنشط قطاع الزراعة.
مرحبًا بكم في مراجعة فريق Solaracks حول هيكل التركيب المشترك للطاقة الشمسية ، يمكننا توفير تصميم لمساحة معينة من الأرض.
المادة المصدر: https://www.renewableenergyworld.com/articles/2013/10/japan-next-generation-farmers-cultivate-agriculture-and-solar-energy.html#gref
