تقارير الطاقة المتجددة التقارير تقارير التكنو طاقة تكنو طاقة سلايدر الرئيسية طاقة متجددة

الطاقة الشمسية.. تجربة مميزة في البيوت المحمية الزراعية

هبة مصطفى

2022-01-09

0 4٬854

استخدام الطاقة الشمسية في البيوت المحمية الزراعية — استخدامات الطاقة الشمسية في البيوت المحمية الزراعية - الصورة من صحيفة ساينس نيوز

عند الحديث عن الطاقة الشمسية، تتجه أذهان الغالبية إلى استخداماتها الشائعة في توليد الكهرباء وتوفير إمداداتها بصور مختلفة، لكن هل فكرتَ يومًا أنك تأكل طعامًا جرت زراعته وإنتاجه باستخدام بيوت محمية زراعية معتمدة على الطاقة الشمسية؟

حتى إن كانت تقنيات الطاقة الشمسية تُستخدم منذ عدّة سنوات في المجال الزراعي، فإنها تخضع للتطوير المستمر رغم أنها لم تأتِ بنتائج واعدة من التجربة الأولى.

ولم تقف تقنيات الطاقة الشمسية المتطورة يومًا بعد يوم عند الاستخدامات المباشرة في المجال الزراعي، إذ أجرى مجموعة من الباحثين تجربة استخدموا خلالها وحدات كهروضوئية عضوية لتغطية أسطح البيوت المحمية الزراعية بدلًا من بلورات السيليكون.

وحدات كهروضوئية عضوية

توصلت الدراسة البحثية التي أجراها العلماء مؤخرًا إلى أن تقنية الوحدات الكهروضوئية العضوية لتشغيل البيوت المحمية الزراعية ذات الأنفاق المتعددة أكثر فائدة من بلورات السيليكون التقليدية.

ودمج الباحثون الطاقة الشمسية في عملية نمو المحاصيل داخل البيوت المحمية الزراعية متعددة الأنفاق، عبر تطوير الحلول العضوية للخلايا الكهروضوئية، وفق ما نقلته مجلة بي في مغازين عن الدراسة المنشورة بالمجلة الدولية للطاقة المستدامة.

وتُغطّى البيوت المحمية الزراعية متعددة الأنفاق في غالبية الأحيان بمادة البولي إيثيلين، وتُستخدم في زراعة كميات كبيرة من الفاكهة والخضروات التي تحتاج لحرارة أعلى خلال أشهر فصل الشتاء، لذا تواجه صعوبة في "تغييمها" بصورة أكبر من المغطاة بالزجاج.

وأكدت التجربة البحثية للعلماء أن تقنية الوحدات الكهروضوئية العضوية تتوافق مع البيوت المحمية الزراعية متعددة الأنفاق بصورة أعلى من السيليكون التقليدي لعدّة ميزات تضمن خفّة وزنها ومرونتها، كما إن المواد المُستخدَمة لتغليف البولي إيثيلين في تلك الوحدات تشبه المستخدَمة في الصوبات.

وذكرت التجربة البحثية أن الحلول المستخدمة في تكوين الوحدات الكهروضوئية العضوية تميل لشفافية اللون، وتعكس ألوانًا ذات نفاذية مختلفة.

وتسمح تلك الشفافية بنفاذ قدر أكبر من أطياف الضوء اللازمة لعملية نمو المحاصيل، على أن تُستخدم باقي الأطياف الضوئية في عملية توليد الكهرباء دون التأثير في المحاصيل.

تقنيات متاحة.. لكن!

اعتمد العلماء -خلال التجربة- على وحدات شمسية تتضمن خلايا عضوية عبر مادة داعمة تسمح لوحاتها بكفاءة قدرها 3.3% للتحول إلى كهرباء، بجانب قوة رمزية قدرها 14 واط.

لكن التجربة خلصت إلى إمكان تغطية 37% فقط من أسطح البيوت المحمية بالوحدات الضوئية العضوية لتدنّي نفاذية الضوء في حدود نسبة 23%؛ ما يشير لمعدلات كفاءة منخفضة.

وبخلاف معدلات التشغيل المنخفضة، تدفع عمليات الضغط الميكانيكي الناتج عن حركة الألواح الخاصة بالبيوت المحمية الزراعية متعددة الأنفاق وما تخلّفه من رياح، نحو تعرّض الوحدات للتآكل.

وخضعت تلك العوامل والنتائج لتجريب وحدات النظام الكهروضوئي العضوي لمدة 6 أشهر، وخضعت -أيضًا- لمقارنات مع النظم الشمسية التقليدية للبيوت المحمية الزراعية الأخرى.

وتباينت كفاءة الوحدات العضوية خلال اليوم حسب موقعها على سطح البيت المحمي، غير أن أعلى معدلات كفاءة رُصِد خلال عدم وجود إشعاع شمسي مباشر على السطح.

ووفق أرقام نتائج التجربة، سجلت الوحدات الكهروضوئية العضوية ناتج دمج مثاليًا وكفاءة لتحوّل الكهرباء بلغت 105 واط/ساعة، بنِسَب رُصِدَت بما يعادل 0.65% خلال يوم مُشمس، و0.86% خلال يوم غائم.

كفاءة منخفضة

لُوحظ خلال التجربة انخفاض درجة حرارة وحدات الألواح الشمسية العضوية مقارنة بالمكوّنة من السيليكون البلوري؛ ما أسهم في خفض معدلات تعرّضها للتحلل والتآكل، إلّا أنه في المقابل سبّبت حركة الرياح الناتجة عن الألواح ضغطًا ميكانيكيًا رفع تلك المعدلات.

وتباينَ أداء التجربة خلال مرحلة البحث والتطبيق "المعملي" عن مرحلة التجريب الفعلي، إذ رُصدتْ كفاءة قدرها 3% للوحدات الكهروضوئية العضوية بحدّ أقصى، في حين إن خلايا تلك الوحدات سجلت كفاءة 17% في المختبرات.

وفي محاولة لحلّ أوجه قصور التجربة، أكد الباحثون أنه في حالة تطوير الوحدات، يمكن زيادة إنتاج الكهرباء المتجددة والاستفادة من العائد الاقتصادي لها.

على الصعيد التجاري، نظرًا لتصنيع تلك الوحدات على نطاق صغير، فإن تكلفتها تبدو مرتفعة مقارنة بتقنيات بلورات السيليكون.

وأورد الباحثون أن دراسات أخرى قدّرت تكلفة إنتاج وتطبيق الوحدات الكهروضوئية العضوية في نطاق اقتصادي يدعم تطبيقها حال التوسع في إنتاجها بكميات ضخمة.

بحوث أميركية

اهتمت وزارة الطاقة الأميركية ببحوث الخلايا الكهروضوئية العضوية عمومًا، وليس المجال الزراعي والبيوت المحمية الزراعية فقط، وأعلنت في موقعها الإلكتروني تمويلها تلك النوعية من البحوث، مشيرةً إلى أن تلك التقنيات تتمتع بالإمكانات النظرية التي يمكنها توفير الكهرباء بتكلفة أقلّ من الإصدارات السابقة لتقنيات الطاقة الشمسية.

وقالت الوزارة، إنه يمكن إنشاء وحدات الطاقة الكهروضوئية العضوية عبر أجهزة امتصاص محددة (ملونة أو شفافة)؛ ما يجعل تلك التقنية لتركيبات الخلايا الشمسية في المباني، إذ حققت تلك الوحدات كفاءة تصل إلى 11% خلال البحوث التي أُجريت حتى الآن.

وأكدت أن الجانب الأهم في تلك البحوث، والذي يجب العمل على تطويره، هو كيفية تحسين قدرات الامتصاص وخفض تدهور الخلايا والألواح.

ودعمت وزارة الطاقة الأميركية من الوحدات الكهروضوئية الشمسية، مشيرة إلى أنها تتمتع بتكلفة تصنيع منخفضة، بالإضافة إلى توافر المواد اللازمة لتصنيعها على نطاق واسع، كما إنها تتمتع بمرونة في الاستخدامات المتعددة.

اقرأ أيضًا..