מחקר שנערך בשבדיה מצביע על אפשרות חדשה לשילוב בין ייצור חשמל סולארי לגידולים חקלאיים: פאנלים שקופים למחצה בצבע מג'נטה אפשרו לברוקולי להגיע לגודל דומה לזה של צמחים שגדלו בשטח פתוח, תוך ניצול אותה קרקע גם לייצור אנרגיה. עם זאת, להבשלת הגידול נדרשו כ־25 ימים נוספים.
המאבק על השימוש בקרקע בין חקלאות לבין מתקנים לייצור אנרגיה סולארית עשוי לקבל בשנים הקרובות פתרון מתוחכם יותר. במקום לבחור בין גידול חקלאי לבין ייצור חשמל, חוקרים מנסים לפתח מערכות שבהן אותו אור שמש משמש בו־זמנית את הצמח ואת התא הפוטו־וולטאי.
מחקר חדש שנערך בשבדיה בחן מערכת אגרו־וולטאית המבוססת על פאנלים סולאריים שקופים למחצה בצבע מג'נטה – שילוב של אור אדום וכחול – שהותקנו מעל גידול ברוקולי.
פרסום
התוצאות מצביעות על פוטנציאל מעניין: הברוקולי שגדל מתחת לפאנלים הגיע בסופו של דבר לגודל דומה לברוקולי שגדל בשטח פתוח, ובמקביל הופק חשמל מהשטח החקלאי.
לא רק הצללה – ניהול של ספקטרום האור
החידוש במערכת אינו מסתכם בהצבת פאנלים מעל השדה.
בפאנלים סולאריים רגילים, חלק גדול מקרינת השמש נחסם ולכן עלולה להיווצר הצללה משמעותית שתפגע בהתפתחות גידולים מסוימים.
הפאנלים שנבדקו במחקר תוכננו כך שחלק מקרינת השמש מנוצל לייצור חשמל, בעוד אורכי גל מסוימים – בעיקר בתחומי האדום והכחול – ממשיכים לעבור אל הצמחים שמתחתיהם.
אורכי גל אלה הם בעלי חשיבות רבה לתהליך הפוטוסינתזה.
הרעיון הוא למעשה לבצע "חלוקה" של אנרגיית השמש: חלק ממנה משמש את הצמח לייצור ביומסה וחלק אחר מומר לחשמל.
יעילות גבוהה יותר בשימוש באור
החוקרים הקימו שתי מערכות ניסוי בגודל של כ־20 על 20 מטר, שכל אחת מהן כללה פאנלים שקופים למחצה ברמות שונות של שקיפות.
לצידן הוקמה חלקת ביקורת שבה גודל הברוקולי בשטח פתוח וללא פאנלים.
במהלך עונת הגידול עקבו החוקרים אחר מגוון רחב של פרמטרים, בהם:
טמפרטורת האוויר, לחות יחסית, לחות הקרקע, התפתחות הצמחים, היבול, הרכב חומרי המזון ויעילות הפוטוסינתזה.
אחד הנתונים הבולטים היה עלייה משמעותית ביעילות השימוש של הצמחים באור השמש. לפי המחקר, הברוקולי שגדל מתחת למערכת הציג יעילות שימוש באור הגבוהה עד פי 4.5 בהשוואה לגידול בשטח פתוח.
בסופו של דבר הגיעו הצמחים לגודל דומה לזה של חלקת הביקורת.
אבל יש גם מחיר: ההבשלה התארכה
לצד התוצאות המעודדות התגלה גם חיסרון משמעותי מבחינה חקלאית.
הברוקולי שגדל מתחת לפאנלים נזקק לכ־25 ימים נוספים כדי להגיע להבשלה.
בגידולים מסחריים מדובר בפרמטר חשוב מאוד, משום שאורך מחזור הגידול משפיע על מספר המחזורים האפשריים בשנה, על עלויות העבודה, ההשקיה והדישון ועל מועד השיווק.
לכן, גם אם היבול הסופי אינו נפגע, יש לבחון את התועלת הכלכלית הכוללת של המערכת ולא רק את משקל היבול.
פוטנציאל נוסף: הגנה מתנאי מזג אוויר קיצוניים
למערכות אגרו־וולטאיות עשויה להיות חשיבות נוספת מעבר לייצור חשמל.
הפאנלים יכולים לספק לצמחים הצללה בתקופות של קרינה חזקה במיוחד ולהפחית חשיפה לאירועי מזג אוויר כמו ברד או גשם כבד.
באזורים חמים ויבשים, הצללה חלקית עשויה גם להפחית את עומס החום על הצמח ואת קצב איבוד המים מהקרקע.
עם זאת, מידת ההצללה הנכונה משתנה מאוד בין גידולים, אזורי אקלים ועונות השנה.
גידול הזקוק לקרינה גבוהה אינו בהכרח יגיב למערכת באותו האופן שבו מגיב גידול המעדיף תנאים מתונים יותר.
אין מערכת אחת שמתאימה לכל הגידולים
אחת המסקנות החשובות של החוקרים היא שאין תכנון אגרו־וולטאי אחד שניתן להתקין בכל מקום.
יש להתאים את צפיפות הפאנלים, רמת השקיפות שלהם, הגובה, המרווחים ביניהם ואפילו את ספקטרום האור העובר דרכם לסוג הגידול ולתנאי האקלים המקומיים.
צפיפות גבוהה יותר של תאים פוטו־וולטאיים יכולה להגדיל את ייצור החשמל – אך במקביל להפחית את כמות האור שמגיעה לצמח.
לכן האתגר הוא למצוא את נקודת האיזון שבה ייצור החשמל משתלם מבלי לפגוע באופן משמעותי בתפוקה החקלאית.
ומה לגבי חממות?
אחד הכיוונים המעניינים שעליהם מצביע המחקר הוא שילוב הטכנולוגיה בגגות חממות.
בחממות ממילא נעשה שימוש בחומרים שקופים או חצי־שקופים ובמערכות הצללה כדי לשלוט בכמות הקרינה שמגיעה לצמחים.
פרסום
פאנלים סולאריים שקופים למחצה עשויים בעתיד להפוך חלק ממעטפת החממה עצמה ליצרנית חשמל.
החשמל יכול לשמש ישירות להפעלת מערכות השקיה, אוורור, קירור, דישון, תאורה, בתי אריזה או מתקני קירור ואחסון.
במשקים גדולים ניתן יהיה גם להזרים עודפי חשמל לרשת ולהוסיף מקור הכנסה נוסף לפעילות החקלאית.
עדיין לא פתרון מסחרי מלא
למרות התוצאות המעניינות, החוקרים מדגישים כי מדובר עדיין במערכות ניסוי.
הניסוי נערך בגידול אחד, באזור אקלימי מסוים ובמהלך עונת גידול מוגדרת.
כדי לקבוע האם הטכנולוגיה מתאימה לשימוש מסחרי רחב יהיה צורך לבדוק אותה במשך מספר עונות ובמגוון גידולים ותנאי אקלים.
החוקרים כבר ממשיכים לבחון פאנלים בצבעים שונים, ובהם אדום וכחול, כדי להבין כיצד ניתן להתאים בצורה מדויקת יותר את ספקטרום האור לצורכי הצמח.
החקלאות האגרו־וולטאית עוברת לשלב הבא
הדור הראשון של מערכות אגרו־וולטאיות התמקד בעיקר בהצבת פאנלים מעל שטחים חקלאיים תוך ניסיון לצמצם ככל האפשר את הפגיעה בגידול.
הדור הבא עשוי להיות מתוחכם הרבה יותר.
במקום לראות בפאנל הסולארי גורם שמפריע לאור להגיע לצמח, הפאנל עצמו עשוי להפוך לכלי לניהול הקרינה.
אם המחקרים הבאים יאשרו את התוצאות בקנה מידה מסחרי, ניתן יהיה בעתיד לתכנן מערכות שבהן בחירת סוג הפאנל, השקיפות והספקטרום תהיה חלק בלתי נפרד מתכנון הגידול.
עבור החקלאי המשמעות עשויה להיות האפשרות לייצר מאותו שטח שני מוצרים במקביל – תוצרת חקלאית ואנרגיה – תוך ניצול יעיל יותר של הקרקע ושל קרינת השמש.
