وفقًا لمجلة pv - 20 فبراير 2023 BEATRIZ SAN TOS

يدرس باحثون أمريكيون كيف تؤثر الأنظمة الزراعية المركبة على أجهزة تعقب ذات قطب واحد على الأرض في هطول الأمطار وإعادة توزيع الضوء عند تركيب 1.2 ميجاوات على الأراضي العشبية في بولدر بولاية كولورادو.

يبحث العلماء في جامعة ولاية كولورادو في كيفية إعادة توزيع الأمطار والضوء الناجم عن الزراعةيمكن أن تؤثر الأنظمة الفولتية المركبة على متعقبات أحادية المحور على نمو الأراضي العشبية غير المروية. الدراسة جزء من مشروع نظام الكهرباء الفلطائية الضوئية والزراعي المستدام (SCAPES) ، بتمويل من وزارة الزراعة الأمريكية.

"ما وجدناه هو أنه على حواف التنقيط للوحدات ، اعتمادًا على ما إذا كنت تميل إلى الشرق أو الغرب عند هطول الأمطار ، يمكنك الحصول على مكان ما بين ضعفين إلى خمسة أضعاف كمية الأمطار الملقاة في مكان واحد ، قال طالب الدكتوراه ماثيو ستورشيو لمجلة pv. "إذا كنت ترغب في تحديد ذلك بالنسبة لكولورادو ، فإن الأمر يتعلق بتغيير معدل هطول الأمطار السنوي من 350 ملم إلى 1200 ملم من الأمطار. عندما تفعل ذلك ، يمكنك حقًا تحسين كمية رطوبة التربة التي تبقى طوال الموسم ، بدلاً من تركها تتبخر ".

يجري ستورشيو وفريقه أبحاثًا حول حديقة جاك للطاقة الشمسية ، وهي حديقة شمسية مجتمعية بقدرة 1.2 ميغاواط في بولدر ، كولورادو. تم تثبيت المشروع في عام 2020 ويضم أكثر من 3200 380 واط من الوحدات الكهروضوئية أحادية البلورية من الشركة المصنعة للطاقة الشمسية في فيتنام بوفيت سولار. تم تثبيت الألواح على أجهزة تتبع أحادية المحور ، ثلثها بارتفاع 2.4 متر ، والثلثين الآخران على ارتفاع 1.8 متر.

تتمتع كولورادو بمناخ شبه جاف ، مع هطول أمطار أقوى ودرجات حرارة تبلغ حوالي 35 درجة مئوية في فترة بعد الظهر. درجات الحرارة في الصباح حوالي 22 درجة مئوية. عندما تمطر ، تحاكي هذه الحركة ظروف هطول الأمطار الغزيرة على أي من الحافتين ، مع تساقط المزيد من المياه على الحافة الغربية بسبب ارتفاع كميات هطول الأمطار في فترة ما بعد الظهر.

وبالتالي ، توقع فريق البحث في الأصل أن تظهر حافة التنقيط الغربية زيادة إنتاجية الأراضي العشبية. وبدلاً من ذلك ، وجدوا أن الحافة الشرقية ، مع انخفاض رطوبة التربة ، لديها نمو أعلى للمراعي.

وضعوا مستشعرات للرطوبة على الأرض ووجدوا أن هناك شريطًا بعرض 40 سم إلى 60 سم يستفيد من زيادة رطوبة التربة من حواف التنقيط. أظهرت التجارب أن درجة حرارة الهواء والجفاف يؤثران أيضًا على إنتاجية الأراضي العشبية داخل وخارج هذا الشريط.

وفقًا لستورشيو ، فإن درجة الحرارة المثلى للأراضي العشبية التي تنمو في حديقة جاك للطاقة الشمسية تقترب كثيرًا من 30 درجة مئوية مقارنة بـ 35 درجة مئوية المسجلة في فترة بعد الظهر. قال: "إذا تجاوزت 30 درجة ، فإنك تقلل من كمية التمثيل الضوئي التي يمكن أن تحدث لهذا النبات".

وجد الفريق أن درجات حرارة الهواء المنخفضة وانخفاض جفاف الهواء في الصباح يعوضان عن انخفاض رطوبة التربة ، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية في الحافة الشرقية.

كما أثبت التظليل الذي توفره المصفوفات الشمسية زيادة الإنتاجية.

قال ستورشيو: "عادةً ما تتخيل أن الأراضي العشبية مهيأة للتعامل مع الإضاءة العالية حقًا طوال اليوم". "لكننا وجدنا أنه إذا ظللت نصف اليوم باستخدام المصفوفة الشمسية ، فهذا يحسن كفاءة التمثيل الضوئي. وأوضح أن لديك معدلات أعلى من التمثيل الضوئي عندما تكون الشمس متاحة لأن لديك فترة ضوئية أقصر.

علاوة على ذلك ، تؤدي الفترة الضوئية الأقصر إلى تبخر نتح أقل من الأوراق ، مما يقلل من كمية فقدان الماء. قد يكون هذا أمرًا حاسمًا في الحفاظ على إنتاجية الأراضي العشبية خلال فترات الجفاف ، وفقًا لستورشيو. يأمل الفريق في اختبار الفرضية إذا واجهت كولورادو فترة جفاف في المستقبل.

تم تصميم التركيب في Jack's Solar Garden لزيادة إنتاج الكهرباء إلى الحد الأقصى ، دون وجود مساحة كبيرة بين صفوف اللوحة. وجد الفريق أن التربة خارج شريط الحافة الشرقية أو الغربية تتصرف مثل المسافة بين صفوف اللوحة ، والظروف بين الشريحتين أكثر تشابهًا مع الظروف الموجودة أسفل المصفوفات الشمسية مباشرة.

كما لاحظوا أن أوراق النباتات الموجودة تحت المصفوفات الشمسية تكون أكثر برودة بمقدار 4 درجات مئوية. قال ستورشيو: "هناك الكثير من النباتات التي يمكن أن تستفيد من درجة الحرارة المنخفضة هذه في منتصف الصيف في كولورادو".

بشكل عام ، يؤدي التصميم الحالي إلى تقليل إنتاج العشب بنسبة 9٪ ، ويعزى ذلك أساسًا إلى المساحة الموجودة أسفل مجموعة الطاقة الشمسية. وفقًا لستورشيو ، فإن المكاسب الاقتصادية من إنتاج الكهرباء تعوض بشكل كبير عن انخفاض إنتاج المحاصيل بشكل طفيف.

"ولكن إذا قمنا بفصل المصفوفات الشمسية إلى مسافة 15 مترًا ، فستحصل على زيادة في الإنتاجية بنسبة 6٪ في عام رطب" ، كما قال.

للمضي قدمًا ، يهدف مشروع SCAPES إلى تطوير الخلايا الزراعية في النظم الإيكولوجية الزراعية المتدهورة.

يعتقد الفريق أن فهمهم لتأثيرات النظم الزراعية أحادية المحور على هطول الأمطار وإعادة توزيع الضوء وما يترتب على ذلك من آثار على إنتاجية المحاصيل يمكن أن يساعد في استعادة الأراضي المتدهورة بسبب الرعي الجائر والممارسات الزراعية وندرة المياه.