دمج الألواح الشمسية وأشجار اليوسفي في نفس قطعة الأرض لم تعد فكرة مستقبلية، بل واقعاً يُختبر في ليريا (فالنسيا). ففي مزرعة حمضيات تعمل بكامل طاقتها الإنتاجية، تم بناء أول محطة تجريبية للطاقة الشمسية الزراعية باستخدام أشجار اليوسفي في منطقة فالنسيا، وهي منشأة تسعى إلى إثبات إمكانية إنتاج الطاقة المتجددة دون التضحية بربحية زراعة الحمضيات.
تنشأ هذه التجربة في وقت يكون فيه يواجه الريف الفالنسي ارتفاعاً في تكاليف الطاقةتُشكل المتطلبات البيئية المتزايدة الصرامة، والحاجة إلى الحفاظ على القدرة التنافسية لمحصولٍ هام كالحمضيات، تحديًا كبيرًا. ويبدو أن الزراعة الكهروضوئية حلٌّ مُحتمل، لكن لا تزال هناك أسئلة كثيرة بلا إجابة: ما تأثير ذلك على جودة الثمار؟ وكيف تتم المعالجات؟ وكيف يؤثر الظل الذي تُلقيه الألواح على المحصول؟ وهل يُعدّ هذا النموذج مُجديًا اقتصاديًا للمزارع العادي؟
ما هي الزراعة الكهروضوئية ولماذا تحظى باهتمام كبير من مزارعي الحمضيات؟
تتضمن الزراعة الكهروضوئية جعل الاستخدام الزراعي لقطعة أرض متوافقًا مع الاستخدامات الأخرى. من خلال تركيب ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية المرتفعة، يتم توليد الطاقة والحفاظ على المحاصيل في نفس قطعة الأرض. ويهدف هذا النهج إلى معالجة تحديين عالميين رئيسيين في آن واحد: زيادة إنتاج الطاقة المتجددة وضمان الأمن الغذائي دون توسيع الأراضي المزروعة.
على الرغم من أن المفهوم بدأ استكشافه في ثمانينيات القرن العشرين، تركز معظم مشاريع الطاقة الشمسية الزراعية القائمة على محاصيل البستنة أو المحاصيل منخفضة النموحيث يسهل نسبياً تركيب المباني المنخفضة. وقد ثبت هناك أنه مع التصميم الجيد، لا تؤدي الألواح بالضرورة إلى تقليل الإنتاج الزراعي، بل يمكن أن توفر فوائد مثل انخفاض الإجهاد الحراري أو ترشيد استهلاك المياه.
بدلا من ذلك، أما بالنسبة للمحاصيل الخشبية مثل الحمضيات، فلم تكن هناك تجارب حقيقية عملياً. حتى الآن، تمثلت العقبة الرئيسية في الحاجة إلى هياكل شاهقة الارتفاع لتجنب إعاقة نمو الأشجار، مما يزيد التكلفة الأولية ويعقد التصميم. علاوة على ذلك، أصبحت الإدارة الزراعية (المعالجات، والتقليم، والحصاد) أكثر تعقيدًا، وهناك قدر أكبر من عدم اليقين بشأن تأثير التظليل على جودة الثمار وحجمها.
في منطقة بلنسية، حيث تُعد أشجار البرتقال واليوسفي جزءًا أساسيًا من المناظر الطبيعية والاقتصادكان هذا النقص في البيانات مشكلة خطيرة: فقد تم التعامل مع العديد من المشاريع من منظور الطاقة، ولكن بدون أدلة قوية حول كيفية تفاعل ثمار الحمضيات مع مثل هذا التركيب على المدى الطويل.
كرسي الزراعة الكهروضوئية في جامعة فالنسيا التقنية (UPV) لقد تم إنشاؤها تحديدًا لسد هذه الفجوة المعرفية، مع تركيز واضح للغاية: قياس ما يحدث بدقة عند دمج محطة الطاقة الكهروضوئية مع محصول الحمضيات في الإنتاج، والقيام بذلك في ظل ظروف التشغيل الحقيقية.
أول نبات زراعي ضوئي بين أشجار اليوسفي في ليريا
المشروع الرئيسي في هذا المجال هو محطة تجريبية للطاقة الشمسية الزراعية تم تركيبها في مزرعة تانجو جولد لليوسفي في بلدية ليريا. هذه أشجار يبلغ عمرها حوالي أربع سنوات، وهي بالفعل في مرحلة الإنتاج، وتملكها شركة أغرو سايكل لايف، المتخصصة في الزراعة 4.0 وإدارة البيانات المتقدمة.
تم إنشاء قطعة أرض مساحتها حوالي 500 متر مربع تركيب كهروضوئي بقدرة 30 كيلوواطيبلغ ارتفاع الهيكل، المصمم خصيصًا ليناسب المحصول، حوالي 5,5 أمتار لتجنب إعاقة نمو أشجار اليوسفي ولتسهيل الأعمال الزراعية الروتينية. هذه التفاصيل بالغة الأهمية: فرفع الألواح إلى هذا الارتفاع يزيد بشكل ملحوظ من تكلفة المشروع، ولكنه السبيل الوحيد لتعايش الأشجار والآلات مع الألواح.
ينقسم النبات إلى ثلاث مجموعات تجريبية متميزة بوضوحيتألف النظام من صف واحد بهيكل ثابت، وآخر بهيكل متحرك مزود بجهاز تتبع شمسي (أغريتراكر)، ومنطقة تحكم ثالثة بدون ألواح شمسية. يتيح هذا التصميم مقارنة مباشرة لما يحدث في كل تكوين، وذلك عند زراعة محصول مماثل دون تظليل أو هياكل فوقه.
تم تركيب الأجزاء المزودة بألواح صفائح ثنائية الوجهقادرة على التقاط الإشعاع من السطحين العلوي والسفلي. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية في البيئات الزراعية، حيث يمكن استخدام الضوء المنعكس من التربة والنباتات لزيادة إنتاج الكهرباء دون الحاجة إلى مساحة أرض إضافية.
تم تصميم التركيب أيضًا على النحو التالي نبات للاستهلاك الذاتي للمزرعة نفسهابحيث تُستخدم الطاقة المنتجة بشكل أساسي لتغطية احتياجات مثل الري وغيرها من الاستهلاك الزراعي. وهذا يسمح بتحليل متزامن للجوانب الزراعية والطاقية، وتقييم ما إذا كان النظام، بشكل عام، يحسن بيان الربح والخسارة للمزرعة.
مشروع تعاوني بين الجامعة والشركات ومزارعي الري
إن مصنع ليريا ليس مبادرة معزولة، بل هو جزء من مشروع أوسع. اتفاقية تعاون واسعة النطاق لكرسي جامعة إقليم الباسك الزراعي الكهروضوئيوالذي تشارك فيه جهات رائدة من قطاعي الطاقة والزراعة. وتشمل هذه الشركات EMIN Energy، وFundación Elecnor، وVAO Sistemas، وGSFI Energía، وGestión y Administración Técnica Agraria، ومجتمع Llíria للري.
كانت شركة EMIN Energy مسؤولة عن التصميم الهندسي والتقني. يتضمن المشروع تحويل الاحتياجات الزراعية والتجريبية إلى حلول عملية للطاقة الشمسية الكهروضوئية. تولت شركة روانو، المتخصصة في هذا النوع من المشاريع، أعمال البناء، بينما ساهمت شركة أغرو سايكل لايف بالمزرعة القائمة وخبرتها في إدارة البيانات الزراعية.
La مجتمع ليريا للري تضطلع الشركة بدور محوري بصفتها مالكة الأرض وفاعلاً رئيسياً في قطاع الري بالمنطقة. وقد أكد رئيسها، خوسيه ألفونسو سوريا - الذي يرأس أيضاً اتحاد مجتمعات الري في منطقة فالنسيا (FECOREVA) - على القيمة الاستراتيجية للمشروع في استباق تحديات القطاع واستكشاف حلول يمكن تطبيقها لاحقاً على مزارع أخرى.
نيابة عن جامعة فالنسيا التقنية، أكد رئيس الجامعة خوسيه إي. كابيلا أن هذا المصنع التجريبي سيولد معلومات "صلبة وأصلية ومفيدة". لاتخاذ القرارات في قطاع الحمضيات في فالنسيا. توفر الجامعة فريق البحث والبنية التحتية العلمية والقدرة التحليلية اللازمة لتحويل البيانات المجمعة إلى معرفة قابلة للتطبيق.
في إدارة المشروع اليومية، أسماء مثل زوليما سوزا، مهندسة زراعية وطالبة دكتوراه وباحث في كرسي الزراعة الكهروضوئية وعضو في منظمة EMIN للطاقة، و سيزار غونزاليس بافون، دكتوراه في الهندسة الزراعية وأستاذ مشارك في قسم الفيزياء التطبيقية في جامعة إقليم الباسك. وكلاهما جزء من فريق البحث الذي يصمم الاختبارات، ويحدد المتغيرات المراد قياسها، ويفسر النتائج الأولية.
ما هي الأبحاث التي تُجرى في محطة الطاقة الشمسية الزراعية فيما يتعلق باليوسفي؟
يُعدّ بحث زوليما سوزا للدكتوراه، بعنوان "الجوهر العلمي للمشروع"، هو محور المشروع العلمي. "تحليل تفاعلات المنشآت الزراعية الكهروضوئية مع محاصيل الحمضيات القائمة"هدفهم هو الحصول على بيانات قوية تسمح لهم بالإجابة على السؤال الكبير: هل يمكن لبستان اليوسفي الذي يعمل بكامل طاقته أن يتعايش مع هيكل كهروضوئي طويل دون فقدان الربحية الزراعية والتجارية؟
لهذا، يجري نشر نظام استشعار متطور سيقوم الجهاز بتسجيل المتغيرات المناخية الدقيقة والطاقة والزراعية بشكل مستمر في مناطق التجربة الثلاث (الضابط، والهيكل الثابت، والهيكل المتحرك). ومن بين أمور أخرى، سيقيس الجهاز الإشعاع الشمسي الفعلي الذي يصل إلى المحصول، ودرجة حرارة الهواء والتربة ورطوبتهما، وسرعة الرياح، وتدفقات الطاقة من نظام الخلايا الكهروضوئية.
من الناحية الزراعية البحتة، سيتم تحليل كمية المحصول بالكيلوغرامات وجودة الثمار بالتفصيل.ستتم دراسة حجم الأشجار، وسلوكها بعد الحصاد، وقيمتها التجارية. كما سيتم فحص نموها الخضري، وتوازنها المائي، والتغيرات المحتملة في إدارة الري - وهي جوانب حساسة بشكل خاص في مناخ البحر الأبيض المتوسط الذي يشهد صيفاً حاراً بشكل متزايد.
وسيكون جزء آخر مهم من الدراسة هو التحقق مدى توافق المهام الزراعية مع الهيكلتطبيقات حماية النبات (على سبيل المثال، باستخدام الطائرات بدون طيار)، والتقليم، والحصاد، ومرور الآلات الخفيفة، وما إلى ذلك. قد تتسبب بعض منتجات حماية النبات في تلف الألواح أو تلويثها، وأي تعقيد إضافي في العمل الميداني يمكن أن يترجم إلى تكاليف أعلى وجاذبية أقل للمزارع.
من منظور الطاقة، سيتم تقييم إنتاجية المنشأة (30 كيلوواط ذروة). من حيث الإنتاج السنوي، وكفاءة الألواح ثنائية الوجه في البيئة الزراعية، والصيانة، والمشاكل المحتملة الخاصة بالسياق الزراعي (الغبار، والرطوبة، والصدمات العرضية، وما إلى ذلك). كل ذلك بهدف تقدير كيفية تعويض عائدات الطاقة لتكاليف الاستثمار والتشغيل.
دور التصميم: أولاً الزراعة، ثم الأطباق
إحدى الأفكار الرئيسية التي يكررها فريق البحث هي أن يعتمد نجاح تركيب نظام الطاقة الشمسية الزراعية على أشجار الحمضيات بشكل كبير على التصميم.الأمر لا يتعلق باستنساخ محطة طاقة شمسية تقليدية وزرعها في مزرعة، بل يتعلق بتكييف حلول الطاقة الكهروضوئية مع المحصول والأرض والمناخ، وليس العكس.
في ليريا، تم اختيار الخيار التالي: هياكل يصل ارتفاعها إلى 5,5 متر يهدف هذا تحديدًا إلى احترام نمو أشجار اليوسفي وتجنب التدخل المباشر في أغصانها. علاوة على ذلك، يمكن وضع المنطقة المزودة بجهاز تتبع الشمس (أغريتراكر) بشكل شبه عمودي في أوقات محددة، على سبيل المثال، أثناء استخدام الطائرات المسيّرة، لتقليل التداخل مع عمليات المعالجة النباتية.
استخدام التكنولوجيا الزراعة 4.0 تتيح شركة Agro Cycle Life وشركات مثل GOTA - حيث يعمل سيزار غونزاليس، المتخصص في حلول الري - تعديل إدارة المياه والمدخلات بما يتناسب مع ظروف المناخ المحلي الجديدة يتم توليد البيانات بواسطة أجهزة الاستشعار. والهدف هو الاستفادة القصوى من بيانات أجهزة الاستشعار حتى يتمكن المزارعون من اتخاذ قرارات مدروسة، وليس مجرد افتراضات.
أصر رئيس جامعة UPV على أن لا يسعى المشروع فقط إلى إثبات أن الزراعة الكهروضوئية ممكنة من الناحية التقنيةلكنها تسعى إلى التحقق مما إذا كانت توفر ميزة حقيقية من حيث القدرة التنافسية والمرونة في مواجهة سيناريوهات ارتفاع أسعار الطاقة وتغير المناخ المتزايد وضوحًا.
وبهذا المعنى، يأخذ التصميم في الاعتبار أيضًا سهولة الصيانة ومتانة التركيبتعتبر الهياكل المرتفعة أكثر تكلفة، ولكن إذا أمكن إثبات أنها تسمح بالتوافق المناسب بين الزراعة والطاقة لسنوات عديدة، فقد يميل التوازن الاقتصادي لصالح هذا النموذج، خاصة إذا تم اقتراح صيغ تعاونية بين مالك الأرض الزراعية ومستثمر الطاقة.
الظل والحرارة وجودة الثمار: أهم المجهولات
أحد أكثر جوانب الدراسة حساسية هو تأثير ألواح التظليل على ثمار اليوسفي تانغو غولدهناك فرضيات تشير إلى أنه خلال فترات الإجهاد الحراري الشديد في الصيف، قد يكون انخفاض معين في الإشعاع المباشر إيجابياً، مما يقلل من حروق الثمار ويحسن توازن الماء في الشجرة.
تشير زوليما سوزا إلى أن بعض الدراسات السابقة تشير إلى أن هذا النوع من النباتات قادر على تحمل بعض الحماية، بل وقد يقدرها. خلال موجات الحر. ومع ذلك، لم تكن هناك حتى الآن بيانات محددة عن الحمضيات تحت الهياكل الزراعية الكهروضوئية؛ لذلك، فإن مشروع ليريا ذو أهمية بالغة كأرضية اختبار واقعية لتأكيد أو دحض هذه الفرضيات.
بالنسبة لسيزار غونزاليس، لن تكون النقطة الحاسمة هي إجمالي الإنتاج بالكيلوغرامات فحسب، بل حجم وجودة الفاكهة التجاريةإذا أدى التظليل إلى تقليل حجم الثمرة أو تغيير خصائصها بطريقة تضر بالسوق، فإن التركيب سيفقد غرضه من وجهة نظر المزارع، مهما كان فعالاً من حيث كفاءة الطاقة.
سيتم أيضاً تحليل تأثير الظلال. النمو الخضري، والإزهار، وتكوين الثماريمكن أن تؤدي التغيرات في توزيع الضوء داخل مظلة الأشجار إلى تعديل بنية الشجرة وتهويتها وانتشار بعض الآفات أو الأمراض، مما يؤثر بدوره على الحاجة إلى العلاجات وإدارة المحاصيل.
في الوقت نفسه، سيسمح هذا التركيب للباحثين بدراسة ما إذا كان الجمع بين التظليل الجزئي والطاقة الكهروضوئية يساعد على التخفيف من بعض آثار تغير المناخ فيما يتعلق بالحمضيات، مثل درجات الحرارة القصوى أو نقص المياه، إذا ثبت وجود تآزر إيجابي في هذا المجال، فقد يرتفع اهتمام القطاع بالزراعة الكهروضوئية بشكل كبير.
تكاليف البحث، ونماذج الأعمال، والجداول الزمنية
وبغض النظر عن الجوانب التقنية، يواجه المشروع تحدياً مباشراً المسألة الاقتصادية، التي هي في نهاية المطاف ما سيحدد ما إذا كان النموذج سينجح أم لاتمثل الهياكل الطويلة اللازمة لتجنب التدخل في أشجار اليوسفي استثمارًا كبيرًا، وهذا يتطلب دراسة متأنية لتقسيم الأدوار بين أولئك الذين يوفرون رأس المال لمحطة الطاقة الكهروضوئية وأولئك الذين يديرون العملية الزراعية.
يقترح سيزار غونزاليس أنه في سيناريو تجاري مستقبلي، من المرجح أن يتم الاستثمار في عنصر الطاقة من قبل مطور محددسيحصل المزارع على إيجار أو تعويض مقابل السماح بتركيب النظام على أرضه. والأهم من ذلك، أن الجمع بين دخل الطاقة والإنتاج الزراعي سيُحقق عائدًا مجزيًا.
ويصر فريق البحث على أن لا يمكن توقع إجابات سريعةفي المحاصيل الخشبية، تستغرق التأثيرات المهمة وقتًا للظهور، ويلزم عدة مواسم نمو كاملة للتوصل إلى استنتاجات قوية. ويحدد الباحثون الحد الأدنى للإطار الزمني بحوالي عامين للحصول على نتائج موثوقة، ووقتًا أطول لتأكيد استقرار الاتجاهات.
وفي الوقت نفسه، سيعمل المصنع التجريبي كـ بنية تحتية بحثية مستقرةالمشروع مفتوح أمام الأسئلة والتجارب الجديدة التي قد تظهر خلال مراحل تنفيذه. وهو أيضاً جزء من أطروحة دكتوراه وتعاون بين الجامعة والصناعة يهدف إلى إنتاج منشورات ومواد تقنية للقطاع.
إلى جانب هذه التجربة، يواصل مجتمع فالنسيا إحراز تقدم في خطوط أخرى من ابتكار الحمضياتمثل تطوير أصول جذرية جديدة مقاومة للأمراض والإجهادات اللاأحيائية. فعلى سبيل المثال، قدم معهد فالنسيا للبحوث الزراعية (IVIA) الأصل الجذري CIVAC 19، وهو هجين من اليوسفي كليوباترا ونبات بونكيروس تريفولياتا، مقاوم لفيروس تريستيزا الحمضيات (CTV)، وله تأثير شبه تقزيمي، وهو ذو أهمية لـ المزارع المكثفة وميكانيكية.
هذه الأنواع من التطورات في مجال التحسين الوراثي، إلى جانب مقترحات مثل الزراعة الكهروضوئية، إنها تعزز الالتزام بصناعة حمضيات أكثر تنافسية واستدامةحيث تتضافر التكنولوجيا والبحوث العامة والتعاون مع الشركات الخاصة لتحديث القطاع دون إغفال واقعه الاقتصادي.
من المتوقع أن تصبح تجربة ليريا معياراً يُحتذى به: إذا أكدت البيانات أن أشجار اليوسفي يمكن أن تتعايش مع الألواح الشمسية دون فقدان الجودة أو الربحيةوبما أن الطاقة المنتجة تُسهم في خفض تكاليف الري والإدارة، سيرى العديد من المزارعين في الزراعة الكهروضوئية فرصة حقيقية لتعزيز قدرتهم على مواجهة مستقبل غير مؤكد. وفي المقابل، إذا ما حدثت خسائر كبيرة أو تعقيدات يصعب إدارتها، فسيكون لدى القطاع على الأقل معلومات موضوعية لاتخاذ قرارات مدروسة. يُمثل هذا المشروع التجريبي خطوة حاسمة في الانتقال من الخطاب النظري إلى التطبيق العملي في دمج الطاقة الشمسية وزراعة الحمضيات في منطقة بلنسية.