أجرى علماء من جامعة ولاية كولورادونظام الطاقة الزراعية الكهروضوئيةبحث ميداني حول نمو المحاصيل النباتية الموجودة أسفل وحدات الطاقة الشمسية ذات الشفافية المتفاوتة. تُزرع الخضروات تحت طبقة رقيقة من وحدات تيلورايد الكادميوم شبه الشفافة (St-CdTe) بشفافية 40%، ووحدات السيليكون أحادي البلورة ثنائية الوجه (BF-Si) بشفافية 5%، ووحدات السيليكون متعدد البلورات المعتم (O-Si) بشفافية 0%.
وقال الأكاديميون "لقد ظهرت تقنية الألواح الكهروضوئية شبه الشفافة كحل محتمل للتخفيف من التأثيرات السلبية للظل الكثيف في أنظمة الزراعة مع الحفاظ على كثافة عالية للوحدات". "على حد علمنا، هذه هي أول تجربة بحثية متكررة تقيم أنواع شفافية الوحدات في بيئة حقل خضروات مروية".
أجريت التجربة على مدار موسمين زراعيين، 2020 و2021. وكان موقع الدراسة يقع في فورت كولينز، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية، في حقل مخصص للأبحاث. وبشكل عام، تم اختبار نمو ستة خضروات: فلفل جالابينو، فلفل حلو، خس، قرع صيفي، طماطم شوكولاتة تسمانيا، وطماطم راسير حمراء.
"كان هناك ثلاثة صفوف مزروعة في جميع أنحاء الموقع - الشمال والوسط والجنوب"، أوضحت المجموعة. "تم زرع الخس والفلفل والطماطم في صفين فرعيين متباعدين في أحواض مساحتها 0.9 متر مربع مغطاة بغطاء بلاستيكي أسود في الصفين الشمالي والجنوبي. تم زرع القرع حصريًا في الصف الأوسط في كلا العامين بمسافة 1.2 متر في المنتصف."
أما بالنسبة لوحدات الطاقة الشمسية، فقد استخدم العلماء ثلاث وحدات من كل نوع. وتم تركيبها في وضع محدد بزاوية 35 درجة باتجاه الجنوب، مع ارتفاع الحافة السفلية للوحدات بمقدار 1220 ملم فوق سطح الأرض وارتفاع الظهر بمقدار 2360 ملم. وكانت وحدات ST-CdTe تنتج طاقة مقدرة بـ 57 واط، ووحدات BF-Si تنتج 360 واط، ووحدات O-Si تنتج 325 واط.
وقال الباحثون "إن كل قطعة من قطع المحاصيل الإثني عشر، بما في ذلك كل من مجموعات الألواح الشمسية وقطع التحكم، امتدت على عرض 4.3 متر، مع وجود مسافة 4.3 متر بين القطع الفرعية المتجاورة". "وبسبب تكوين القطب الواحد، تحرك الظل الذي تلقيه الوحدات طوال اليوم. وبهذا، تلقت المحاصيل أشعة الشمس المباشرة في وقت مبكر ومتأخر من اليوم، مع أقصى قدر من الظل خلال ساعات الذروة من اليوم وتحت الوحدات مباشرة".
وفقًا للنتائج، أظهر القرع الصيفي في جميع أنواع الوحدات الثلاثة إنتاجية أقل بكثير من قطعة التحكم، بغض النظر عن نوع شفافية الوحدة. بينما في قطعة التحكم، في ظل ظروف أشعة الشمس الكاملة، أنتج القرع 5.1 كجم لكل نبات، ونما بمقدار 3.2 كجم في سيناريو BF-Si، و3.2 كجم في سيناريو O-Si، و4.1 كجم في سيناريو ST- CdTe.
كانت متوسطات إنتاج الخضروات الأخرى مساوية أو أعلى من متوسط إنتاجية المجموعة الضابطة تحت معاملة 40% ST-CdTe الشفافة ولكن بدون فروق ذات دلالة إحصائية. أنتج فلفل الهالابينو 155 جرامًا لكل نبات تحت أشعة الشمس الكاملة، و161 جرامًا في BF-Si، و155 جرامًا في O-Si، و162 جرامًا في ST-CdTe، بينما أنتج الفلفل الحلو 295 جرامًا لكل نبات تحت أشعة الشمس الكاملة، و294 جرامًا في BF-Si، و278 جرامًا في O-Si، و346 جرامًا في ST-CdTe.
بلغ وزن الخس للرأس 105 جرام في الشمس الكاملة، و126 جرام في BF-Si، و111 جرام في O-Si، و129 جرام في ST- CdTe. بلغ متوسط وزن الطماطم الشوكولاتية التسمانية 926 جرامًا لكل نبات في الشمس الكاملة، و1060 جرامًا في BFSi، و1069 جرامًا في O-Si، و1278 جرامًا في ST- CdTe. وأخيرًا، بلغ متوسط وزن الطماطم الحمراء 867 جرامًا لكل نبات في الشمس الكاملة، و733 جرامًا في BF-Si، و903 جرامًا في O-Si، و962 جرامًا في ST- CdTe.
وخلص الباحثون إلى أن "تحسين مجموعة الخلايا الشمسية الكهروضوئية الزراعية باستخدام وحدات الخلايا الشمسية الكهروضوئية شبه الشفافة قد يزيد من الإنتاج الزراعي مع الحفاظ على الحماية الإضافية التي توفرها المظلة النشطة في أنظمة الخلايا الشمسية الكهروضوئية شبه الشفافة التقليدية". وأضافوا: "هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم التنازلات الاقتصادية بشكل أفضل بين زيادة شفافية الوحدة مقارنة بإنتاج المحاصيل النباتية، مع مراعاة زيادة إنتاج الطاقة من ثنائية الجوانب للوحدة".
