الدفيئات الشمسية: الإنتاج الزراعي وتوليد الطاقة

إن الدفيئة التي لا يمكنها زراعة المحاصيل في الداخل فحسب، بل يمكنها أيضًا توليد الطاقة الكهربائية، هي واحدة من أكثر التطورات ابتكارًا وكفاءة للزراعة المستدامة. ويعرف هذا النوع من الدفيئات باسم الدفيئات الشمسية الذكيةموجودة وتغير طريقة إنتاج الغذاء. وفيها، تنمو محاصيل مثل الطماطم والخيار والفلفل بنفس الجودة والكمية كما في البيوت الزجاجية التقليدية، ولكن مع ميزة إضافية: فهي تولد الطاقة.

هل ترغب في معرفة كيفية عمل هذه الدفيئات الشمسية ولماذا تمثل مستقبل الزراعة؟ وفيما يلي نشرح لك ذلك بالتفصيل.

ما هي الدفيئات الشمسية الذكية؟

الكثير الدفيئات الشمسية الذكية وهي هياكل تسمح للمحاصيل بالنمو أثناء توليد الكهرباء من خلال استخدام التقنيات الكهروضوئية المتقدمة. تلتقط هذه البيوت الزجاجية ضوء الشمس من خلال الألواح الشمسية المصممة خصيصًا لتوليد الكهرباء دون المساس بنمو النباتات.

وتكمن ميزة هذه البيوت الزجاجية في الألواح الشمسية المستخدمة. على عكس الألواح التقليدية، تتميز هذه الألواح الكهروضوئية بـ تصميم شفاف أو شبه شفاف مما يسمح للأطوال الموجية المفيدة لعملية التمثيل الضوئي بالمرور إلى النباتات. وهذا يضمن حصول النباتات على ما يكفي من ضوء الشمس للنمو، في حين يتم تحويل الضوء غير المستخدم إلى طاقة كهربائية.

وبفضل هذه التكنولوجيا، لا تعد البيوت الزجاجية الذكية مكتفية ذاتيًا من الطاقة فحسب، بل يمكنها أيضًا تقليل استهلاك الطاقة والمياه مقارنة بالبيوت الزجاجية التقليدية.

كيف تعمل الدفيئات الشمسية؟

تستخدم هذه الدفيئات الألواح الكهروضوئية الانتقائية ذات الطول الموجي (WSPV لاختصارها باللغة الإنجليزية). وقد تم تصميم هذه الألواح لالتقاط ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء بكفاءة أكبر من الألواح الشمسية التقليدية. والمفتاح لكيفية عملها هو أنها تختار الأطوال الموجية للضوء التي لا تحتاجها النباتات للقيام بعملية التمثيل الضوئي، مما يسمح لبقية الضوء المفيد بالوصول إلى المحاصيل.

يتم تشريب الألواح بـ صبغة أرجوانية مضيئةوالتي تمتص الطاقة الضوئية وتنقلها إلى الشرائط الكهروضوئية. تقوم هذه الشرائط بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، والتي يمكن استخدامها لتشغيل الأنظمة داخل الدفيئة، مثل أنظمة الري أو التدفئة أو التهوية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه التكنولوجيا أرخص مقارنة بالألواح التقليدية، مما يعني توفيرًا كبيرًا في التكاليف للمزارعين على المدى الطويل. تكلف ألواح WSPV حوالي 40% أقل من ألواح السيليكون التقليدية، بتكلفة 0,65 دولار لكل واط يتم توليده.

وقد تم تطوير هذه اللوحات من قبل باحثين من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، الذين اختبروا كفاءته بنجاح في محاصيل مثل الطماطم والخيار والليمون والفلفل والفراولة وغيرها.

فوائد استخدام الدفيئات الشمسية

استخدام الدفيئات الشمسية الذكية فهو لا يمثل تقدمًا في مجال توليد الطاقة وخفض تكاليف الطاقة فحسب، بل إنه يوفر أيضًا فوائد مهمة أخرى:

• توفير المياه: وقد تبين أن هذه الدفيئات تسمح بتقليل استهلاك المياه بنسبة 5% مقارنة بالدفيئات التقليدية. وذلك لأن النباتات تحتاج إلى كمية أقل من المياه لتنمو تحت الضوء المفلتر للألواح الشمسية.
• المرونة المناخية: ومن خلال الاعتماد بشكل أقل على مصادر الطاقة الخارجية والقدرة على توليد الكهرباء الخاصة بها، أصبحت هذه البيوت الزجاجية أكثر قدرة على الصمود في وجه تغير المناخ ونقص الطاقة.
• تقليل الانبعاث: يمكن للدفيئات الشمسية أن تساهم في الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية لأنها تستخدم الطاقة الشمسية بدلاً من الوقود الأحفوري لتشغيل أنظمتها الكهربائية.

بالإضافة إلى هذه الفوائد المباشرة، يمكن للدفيئات الشمسية أن تساعد في التخفيف من مشكلة بيئية رئيسية أخرى: استخدام المواد البلاستيكية في الزراعة الدفيئة. ومن خلال تقليل الحاجة إلى الطاقة الخارجية، ستسمح هذه البيوت الزجاجية باستخدام أكثر كفاءة للموارد البلاستيكية، وحتى إمكانية إعادة تدوير المواد البلاستيكية المستخدمة في بنائها وتشغيلها.

هل تنمو المحاصيل بشكل أفضل في الدفيئات الشمسية؟

أحد الأسئلة الكبيرة حول الدفيئات الشمسية هو ما إذا كان استخدامها سيؤثر سلبًا على المحاصيل. ومع ذلك، تؤكد الاختبارات التي أجراها الباحثون أن الدفيئات الشمسية لا تضر نمو النباتات فحسب، بل في بعض الحالات، تنمو المحاصيل بشكل أفضل من الدفيئات التقليدية.

وفي الاختبارات التي أجريت على الطماطم والخيار والفلفل والفراولة، تبين أن 80% من المحاصيل لم تتأثر. علاوة على ذلك، فإن 20% من المحاصيل نمت بشكل أفضل تحت الألواح الشمسية. قد يكون هذا بسبب تنظيم ضوء الشمس الذي توفره الألواح، مما يسمح بتعديل ظروف الإضاءة وفقًا للاحتياجات المحددة لكل نبات.

ومن الجوانب الإيجابية الأخرى أن النباتات أظهرت كفاءة أكبر في استخدام المياه. وهذا مهم بشكل خاص في المناطق التي تندر فيها المياه، مثل جنوب إسبانيا وكاليفورنيا، حيث تم بالفعل تنفيذ بعض النماذج الأولية للدفيئات الشمسية.

مشاريع الدفيئة الشمسية في الزراعة

على الصعيد العالمي، الدفيئات الشمسية لقد قاموا بالفعل بتغيير طريقة زراعة الغذاء. وفي كاليفورنيا، قادت جامعة سانتا كروز العديد من المشاريع التي تم فيها تطبيق هذه الأنظمة على محاصيل واسعة النطاق. وفي أوروبا، نفذت دول مثل إيطاليا وفرنسا أيضًا مشاريع رائدة في مجال الدفيئة الشمسية.

على سبيل المثال، في إيطاليا، استخدم المشروع في بوليا الدفيئات الشمسية لزراعة الطماطم، بينما في فرنسا، نفذت شركة Sun'Agri هذه التكنولوجيا في دفيئات الفراولة. وفي إسبانيا، تبرز المشاريع في المنطقة الجنوبية من ألميريا، حيث بدأ استخدام الألواح الشمسية في المناطق الزراعية التي من شأنها أن تنتج ما يكفي من الطاقة ليس فقط لتزويد الدفيئات الزراعية، ولكن أيضًا المجتمعات المحيطة بها.

فيما يتعلق باللوائح، فمن الواضح أن الدعم الحكومي أمر حيوي لهذه الأنواع من المشاريع لتصبح واسعة الانتشار ومعيارية. تعد الصناعات الزراعية، أي الجمع بين الزراعة والطاقة الشمسية، واحدة من أسرع المجالات نموًا في مجال الطاقة المتجددة والاستدامة.

مستقبل الدفيئات الشمسية

ويتفق الخبراء على أن الدفيئات الشمسية الذكية إنها تمثل تطورًا مهمًا في الزراعة الحديثة. فهي لا تسمح فقط بإنتاج غذائي أكثر استدامة، ولكنها يمكن أن تساعد في التخفيف من آثار تغير المناخ وندرة الموارد.

لا يزال تنفيذ هذه البيوت الزجاجية في مراحله الأولى، ولكن مع تقدم التكنولوجيا وانخفاض تكاليفها، فمن المرجح أن يصبح استخدامها على نطاق واسع. ويمكن لدول مثل إسبانيا، التي لديها مساحات كبيرة من المحاصيل تحت البلاستيك، أن تستفيد بشكل كبير من هذه التكنولوجيا.

وهذا حل واعد لمواجهة التحديات التي يفرضها الجمع بين الإنتاج الزراعي واحتياجات الطاقة في عالم يتزايد عدد سكانه ويفتقر إلى الموارد.