الزراعة الفوتوفولطية لدمج المزارع “الحقيقية” مع مزارع الطاقة الشمسية

أرض للزراعة والطاقة الشمسية؟

تزداد أهمية الطاقة الشمسية بسرعة، وقد توسع سوقها خلال السنوات الأخيرة. ويتوقع التقدير المشار إليه نموًا سنويًا مركبًا قدره 15.4% في الولايات المتحدة حتى 2030، لكنه توقع لا يضمن النتائج.

المصدر: Grand View Research

النمو عالمي، وللصين دور كبير في القدرات المركبة والمشروعات قيد التطوير. وتعتمد المقارنات على ما إذا كانت تشمل مشروعات معلنة أو قيد الإنشاء أو متصلة بالشبكة.

سرّعت الصين تركيب الطاقة المتجددة. ففي النصف الأول من 2024، أضافت نحو 102 غيغاواط من القدرات الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، وفق إدارة الطاقة الوطنية.

وكان هذا التوسع يضعها على مسار بلوغ 1,200 غيغاواط من قدرات الرياح والشمس مجتمعة خلال 2024، بدلًا من الموعد المستهدف الأصلي في 2030.

المصدر: Energy Wind Down Media

دفعت هذه التطورات منشورات مثل The Economist إلى الحديث عن عصر جديد. ونناقش التقنيات التي قد تدعمه في «العصر الشمسي: مستقبل مشرق للبشرية».

المصدر: The Economist

خفض التقدم الصناعي ووفورات الحجم تكاليف الخلايا والألواح الشمسية كثيرًا منذ 1990. ويختلف مقدار الانخفاض حسب قياس سعر اللوح أو تكلفة النظام أو الكهرباء المنتجة. وأصبح التحويل الكهروضوئي الشكل المهيمن في السوق الشمسية.

المصدر: EIA

لكن التوسع في المحطات الأرضية يثير مسألة استخدام الأرض، خاصة عندما ينافس الزراعة أو الموائل الطبيعية.

تختلف المقارنات بين المصادر حسب احتساب المسافات بين المعدات والخزانات والمحاصيل الطاقية والاستخدامات المشتركة. كما أن الشمس والرياح والمياه والكتلة الحيوية ليست محايدة كربونيًا تلقائيًا على امتداد دورة حياتها.

المصدر: Wouter Beel Gravendeel

قد تشغل المحطات أراضي زراعية أو موائل طبيعية. ويتوقف الأثر على الموقع والتصميم؛ فسوء الاختيار قد يجزئ الموائل أو يزيد التعرية، خصوصًا على المنحدرات.

تُظهر الصورة التالية، مثلًا، تلالًا في مقاطعة فوجيان الصينية تغطيها الألواح الشمسية.

المصدر: The Atlantic

نقص الأراضي الصالحة للزراعة

تدهور الأراضي مشكلة قائمة بالفعل. ووفق اتفاقية الأمم المتحدة لمكافحة التصحر، تدهور ما لا يقل عن 100 مليون هكتار من الأراضي السليمة والمنتجة سنويًا بين 2015 و2019. ولا يعني ذلك فقدانًا نهائيًا لأراضٍ صالحة للحراثة فقط. وتسهم التعرية والتصحر والتوسع العمراني وبعض الممارسات الزراعية في المشكلة.

لذلك ينبغي التوفيق بين خفض الانبعاثات وحماية التربة وإنتاج الغذاء.

توفر أسطح المباني الصناعية والزراعية والسكنية خيارًا لتقليل الضغط على الأرض. ويمكن استخدام بعض المناطق الصحراوية، لكنها تحتوي على نظم بيئية حساسة، ويجب مراعاة ندرة المياه عند التنظيف.

تساعد هذه الخيارات على تقليل التنافس على الأرض. وتتوقف الاحتياجات المستقبلية أيضًا على مزيج الطاقة والشبكات والاستخدامات الأخرى.

يجمع النظام الزراعي الشمسي بين الزراعة والتحويل الكهروضوئي في الموقع نفسه. وقد يكون مناسبًا عندما يتوافق مع المحاصيل والمناخ والممارسات المحلية.

المصدر: Dezeen

مباني المزارع

من الخيارات الأولى تركيب ألواح على الأسطح الكبيرة للحظائر والمستودعات والمرائب الزراعية، بعد التأكد من سلامتها وقدرتها على حمل المعدات.

المصدر: X/Twitter

قد لا يُصنف تركيب الألواح على المباني ضمن الزراعة الشمسية بالمعنى الدقيق، لكنه يسمح بالإنتاج دون شغل أرض زراعية جديدة.

ويمكن أن يدعم تقليل استخدام الوقود الأحفوري في المزارع، مع استثمارات مكملة تشمل:

• كهربة الجرارات والآلات الزراعية.
  • وتعتمد الجدوى على مدى التشغيل ووزن البطاريات والقدرة المطلوبة وإمكانات الشحن والتكلفة الإجمالية.
  • وقد تسهم الروبوتات الزراعية أيضًا، كما ناقشنا في «ما ينبغي للمستثمرين متابعته: الروبوتات في الزراعة».
• تخزين جزء من الطاقة للفترات التي تغيب فيها الشمس.
  • قد يوفر التخزين الحراري تدفئة لمباني تربية الحيوانات. لكن التخزين اليومي لا يحل تلقائيًا احتياجات فصل الشتاء كاملًا.
• تطوير الشبكات لربط المزارع البعيدة وإدارة إنتاج أكثر لامركزية.
• إتاحة تمويل مناسب، لأن المزارع غالبًا محدودة الهوامش وتحتاج إلى استثمارات رأسمالية كبيرة.
  • وقد يغير تسعير الكربون الجدوى الاقتصادية لبعض الخيارات بحسب القواعد المطبقة.

الجمع بين المحاصيل وإنتاج الكهرباء

التحدي الأساسي أن النباتات والألواح تستخدم المورد نفسه: الإشعاع الشمسي.

تحول النباتات جزءًا من الطاقة إلى كتلة حيوية، بينما تحول الألواح جزءًا منها إلى كهرباء.

قد يبدو الاستخدامان متعارضين، لكن استجابة النباتات للضوء تتوقف على شدته والحرارة والماء ونوع المحصول.

التثبيط الضوئي

يمكن تبسيط البناء الضوئي بالعبارة

«استخدام الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج السكريات»، لكن الآليات الفعلية معقدة.

في ظروف معينة، قد يسبب الضوء الزائد ظاهرة التثبيط الضوئي.

عندئذ تصبح شدة الإشعاع أكبر من قدرة النبات على الاستفادة منها، وقد تتكون أنواع أكسجين تفاعلية تضر الجهاز الضوئي وتخفض النمو.

المصدر: Frontiers In Plant Science

يعتمد الخطر على النوع النباتي وتأقلمه والظروف المحلية. ولا يصح تعميم أن الشمس تضر جميع المحاصيل خلال معظم أيام الصيف.

قد يوفر تباعد الألواح واتجاهها المناسبان ظلًا مفيدًا في ساعات الحر. لكن الظل المفرط قد يخفض المحصول.

تقليل استهلاك المياه

قد يقلل الظل حرارة التربة والتبخر واحتياجات الري في بعض الحالات. وتتوقف النتيجة على المناخ والمحصول والتصميم.

في ظروف معينة، قد تساعد الألواح أيضًا على جمع جزء من مياه الندى أو المطر. لكن الكميات متغيرة ولا تستبدل الري بالضرورة.

تجمع نماذج تجريبية بين الألواح وهلام مائي يلتقط رطوبة الهواء. وتساعد حرارة الألواح المتبقية على تحرير الماء، مع الحاجة إلى نظام تكثيف لجمعه سائلًا.

تمتص المادة بخار الماء ليلًا عادة، وتطلقه بالتسخين نهارًا. وقد يساعد التبخر على تبريد الألواح. وكانت هذه أنظمة تجريبية، لا حلًا عامًا منتشرًا بالفعل في المزارع.

Industry Tap

تبريد الألواح الشمسية

يمكن للألواح حماية بعض المحاصيل من الإشعاع أو الحر الزائد وتقليل احتياجها للماء في الظروف المناسبة.

وبالمقابل، قد يبرد نتح النباتات وتبخر الماء البيئة المحيطة. ودرجة 25 مئوية مرجع لقياس درجة حرارة الخلية، وليست درجة حرارة هواء مثالية عامة. وفي كثير من وحدات السيليكون، تنخفض القدرة نسبيًا بنحو 0.3–0.5% لكل درجة إضافية في حرارة الخلية.

قد تكون حرارة الوحدات أعلى كثيرًا من الهواء، فتخفض الحرارة إنتاجها وتؤثر في اقتصاديات المشروعات بالمناطق الحارة.

قد يبرد الغطاء النباتي الهواء قرب الأرض ويحسن إنتاج الألواح في بعض التصاميم. لكن يجب قياس حجم الفائدة محليًا.

دمج تربية الحيوانات والطاقة الشمسية

غالبًا ما يلزم التحكم في النباتات حول المحطات حتى لا تحجب الألواح أو تعيق الوصول إلى المعدات.

القص الآلي طريقة شائعة، وقد يستخدم آلات تعمل بالوقود.

يوفر الرعي بديلًا ممكنًا. وتناسب الأغنام كثيرًا من المواقع، بينما تتطلب الحيوانات الأخرى ترتيبات خاصة. ويمكن تحويل العشب إلى إنتاج زراعي بدلًا من قصه فقط.

يجب حماية الكابلات والمعدات ومراعاة سلوك الحيوانات وتوفير مسارات مناسبة. ولا يلغي الرعي جميع أعمال الصيانة والمراقبة.

وقد توفر الألواح مأوى جزئيًا من الشمس والمطر.

المصدر: Rated Power

دعم للكروم

تدرس بعض المشروعات الجمع بين هياكل الألواح الشمسية ودعامات كروم العنب.

قد تخدم البنية أغراضًا متعددة، لكن ينبغي أن تلائم احتياجات الكروم والعمل الزراعي وسلامة المعدات.

المصدر: Vinetur

ظل الجمع بين زراعة العنب والألواح الشمسية تجريبيًا إلى حد كبير في سياق 2024. ويحتاج أثره على الثمار وجودة النبيذ والإنتاج إلى تقييم يمتد سنوات.

وتُجرى تجارب في ألمانيا وفرنسا وإيطاليا وإسبانيا.

ألواح رأسية ثنائية الوجه

يمكن للزراعة الشمسية الاستفادة من تقنيات مثل الألواح ثنائية الوجه.

تولد هذه الألواح الكهرباء من الضوء الساقط على وجهيها؛ ولا تنتج الضوء نفسه. وتعتمد الزيادة على الانعكاس والتباعد وطريقة التركيب.

يمكن تركيبها رأسيًا بحيث يواجه أحد الوجهين الشرق والآخر الغرب، وتمتد الصفوف عادة باتجاه شمال–جنوب.

وقد تحقق هذه الهيئة فوائد منها:

• توزيع الإنتاج أكثر بين الصباح والمساء بدلًا من ذروة واحدة عند الظهيرة. وقد يحد العاكس من القدرة في بعض الأنظمة، لكن ذلك ليس تشبعًا عامًا للألواح بضوء الظهيرة.
• تحسين حركة الهواء بما قد يقلل الحرارة وفقد القدرة.
• استخدام الضوء المنعكس من الأرض، خصوصًا عندما تغطيها الثلوج.
• تقليل تراكم الثلج على الألواح الرأسية.
• الإنتاج صباحًا ومساءً بما قد يناسب بعض احتياجات الشبكة. لكن الطلب وقيمة الكهرباء يختلفان حسب السوق.

المصدر: Wikipedia

يمكن لصفوف رأسية متباعدة بما يكفي أن تترك مساحة للمحاصيل والآلات. ويجب تحديد الأبعاد ومناطق المناورة مسبقًا.

الطاقة الشمسية العائمة

تُدرس المحطات الشمسية العائمة لتقليل استخدام الأرض. لكن للمسطحات المائية وظائف بيئية واقتصادية مهمة، وليست بالضرورة أقل قيمة من الأراضي الزراعية.

في بعض الحالات، يمكن الجمع بين الطاقة العائمة وتربية الأحياء المائية.

المصدر: Global Sea Food Alliance

ينبغي تقييم آثار الظل على الحرارة والأكسجين والطحالب والسلسلة الغذائية. وتستخدم بعض المزارع أعلافًا خارجية، بينما يعتمد غيرها أكثر على الإنتاج الحيوي للماء؛ لذلك لا يكون خفض الضوء مفيدًا تلقائيًا.

قد يضيف النظام المتوافق مصدر دخل، مع مراعاة التكلفة والعمل وآثاره على الأسماك.

لا شيء مثالي

رغم الإمكانات، تواجه الزراعة الشمسية تحديات تقنية واقتصادية.

التعقيد

يتطلب دمج نظامين معقدين تصميمًا مناسبًا:

• الموازنة بين الضوء اللازم للمحاصيل وكثافة الألواح.
• ترك مساحة للآلات الزراعية الكبيرة والثقيلة.
• تدريب المزارعين ومساندتهم لتكييف الممارسات وقياس أثر النظام.

فقدان الإنتاجية

قد يقلل الظل بعض المحاصيل أو يحافظ عليها أو يحسنها بحسب الموقع. ويخفض التباعد الأكبر عادة القدرة الشمسية المركبة للهكتار مقارنة بمحطة كثيفة.

لكن الإنتاج المشترك قد يستخدم الأرض بكفاءة أكبر من موقعين منفصلين، إذا ظلت الزراعة والطاقة نشاطين منتجين بالفعل.

قد تزيد الهياكل والكابلات على مساحة أكبر التكلفة، كما قد تعقد الأعمال الزراعية وبعض المعالجات.

وقد يزيد التعقيد ساعات العمل والنفقات. لذا يجب تقييم الاقتصاديات على مستوى المزرعة.

الخلاصة

يمكن للزراعة الشمسية أن تتوسع حيث يلزم التوفيق بين إنتاج الطاقة واستمرار النشاط الزراعي.

لكن اعتمادها يتطلب دراسات وتركيبًا متخصصًا وتمويلًا وقبول المزارعين.

قد تتخذ المشروعات أشكالًا مختلفة، مثل الهياكل المرتفعة أو الصفوف الرأسية ثنائية الوجه. ولا يكون دمجها دائمًا بسيطًا أو قليل التكلفة.

وقد تصبح أكثر شيوعًا على المدى الطويل، مع إمكان ربطها بروبوتات زراعية.

يمكن أن تغذي الكهرباء بعض أعمال البذر والمراقبة وإزالة الأعشاب والحصاد، وفق الآلات المتاحة.

المصدر: Advanced.farm

الاستثمار في الزراعة الشمسية

في سياق 2024، ظل المجال في طور التطور، مع تغير الممارسات واللوائح.

قد تساعد بعض المزارع على إنتاج الغذاء والطاقة معًا، لكنها لا تزيل كل تنافس على الأرض ولا تضمن إمكانية تطبيقها في جميع المزارع.

تتوفر أسهم شركات شمسية عبر وسطاء مختلفين. وعلى securities.io أدلة للوسطاء في الولايات المتحدة وكندا وأستراليا والمملكة المتحدة وبلدان أخرى.

من الصناديق المذكورة في السياق التاريخي لعام 2024 Global X Solar ETF (RAYS) وInvesco Solar ETF (TAN) وGlobal X China Clean Energy ETF (2809.HK). تنبيه: وافق مجلس إدارة Global X على تصفية صندوق RAYS في 31 يوليو 2025؛ لذلك لا ينبغي عرضه خيارًا متاحًا حاليًا من دون التحقق من وضعه. وترتبط الصناديق الأخرى بالطاقة الشمسية أو النظيفة عمومًا، لا بالزراعة الشمسية وحدها.

انظر أيضًا مقال «عشرة أسهم في قطاع الطاقة الشمسية للمتابعة».

شركات الطاقة الشمسية

1. Daqo New Energy Corp.

داكو نيو إنرجي منتج صيني للبولي سيليكون، وهو مادة أولية مهمة للخلايا الشمسية السيليكونية، وتشارك في سلسلة الإمداد الشمسية الصينية.

وسّعت الشركة قدراتها كثيرًا منذ 2019. ويعتمد رقم الزيادة لأكثر من ثمانية أضعاف على تاريخ القياس ونطاق القدرات، بما في ذلك المشروعات المنجزة أو المخطط لها.

المصدر: Daqo

ارتفعت إيراداتها من نحو 0.68 مليار دولار عام 2020 إلى 4.61 مليارات في 2022، ثم هبطت إلى 2.31 مليار في 2023 وفق تقريرها السنوي. ويوضح انخفاض سعر البولي سيليكون الطبيعة الدورية للسوق.

تواصل الشركة وموقعها الإلكتروني موجهان أساسًا إلى العملاء الصناعيين. ولا يكفي شكل الموقع للحكم على جودة النشاط أو جاذبية السهم.

تتطلب مضاعفات التقييم المنخفضة الحذر عندما تكون الأرباح دورية. كما تواجه الشركة قيودًا تجارية وجدالات بشأن مزاعم العمل القسري في شينجيانغ. وينبغي التمييز بين المزاعم وإجراءات السلطات وردود الشركة.

يحمل السهم مخاطر جيوسياسية واقتصادية مهمة. ولا يضمن التقييم المنخفض ارتفاع السعر أو استمرار الأرباح.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

جينكو سولار من كبار مصنعي الوحدات الكهروضوئية، ومركز نشاطها الصين. ولها تصنيع خارجي في فيتنام وماليزيا وغيرها. وكان نشاطها الأمريكي وقتها تجميع الوحدات، وليس تصنيع الخلايا؛ وقد يخدم التنويع أهدافًا صناعية وتجارية متعددة.

المصدر: Jinko Solar

تمثل الصين وآسيا والمحيط الهادئ والأسواق الناشئة جزءًا مهمًا من المبيعات. وتتغير هذه الحصص ولا تلغي مخاطر الرسوم وقواعد التجارة والمنافسة.

المصدر: Jinko Solar

أعلنت جينكو سولار تجاوز 230 غيغاواط من شحنات الوحدات التراكمية. وفي الربع الأول من 2024، شحنت 19.99 غيغاواط من الوحدات، بزيادة 53.3% سنويًا. وهذه وحدات كاملة لا خلايا فقط.

وكانت من أكبر الموردين عالميًا، وذكرت أنها تصدرت شحنات الوحدات في تلك الفترة.

حققت خلايا جينكو سولار المتقدمة من النوع N، بحسب الشركة آنذاك، كفاءة تحويل تقارب 25.8%. وتخص النسبة الخلايا، لا بالضرورة الوحدة الكاملة. كما تقدم الشركة ألواحًا ثنائية الوجه.

مثلت منتجات النوع N نحو 80% من شحنات الوحدات في الربع الأول من 2024، لا كامل 2023. واستهدفت الشركة قرابة 90% بنهاية 2024. وكان مشروعها المتكامل البالغ 56 غيغاواط مخططًا على مراحل، فلا يعني إنجاز المراحل الأولى اكتمال المشروع كله.

اختلفت أهداف القدرة السنوية لنهاية 2024 حسب مرحلة التصنيع: نحو 120 غيغاواط للرقائق و110 للخلايا و130 للوحدات. وهي قدرات مختلفة، وليست إنتاجًا تراكميًا مضمونًا.

أطلقت جينكو سولار أيضًا Neo Green، الذي قالت إنه يُصنع بكهرباء متجددة في المصانع المعنية. ولا يعني ذلك انعدام انبعاثات جميع المدخلات والنقل ودورة الحياة.

يعكس التوسع طموح الشركة في النوع N والأسواق الدولية، لكنه يحمل مخاطر فائض القدرة وضغط الأسعار والمنافسة. ولا يضمن نمو الطاقة الشمسية ربحية كل مصنع.