الطاقة الشمسية للزراعة المستدامة

أصبحت الطاقة الشمسية اتجاهاً رائداً في صناعة الطاقة المتجددة، خاصة مع انخفاض تكاليف التكنولوجيا بشكل حاد وانتشار التحول نحو الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم.

Báo Nhân dân•30/11/2025

محطة داو تينغ للطاقة الشمسية، مقاطعة تاي نينه. (الصورة: مينه فونج)

محطة داو تينغ للطاقة الشمسية، مقاطعة تاي نينه . (الصورة: مينه فونج)

أصبحت الطاقة الشمسية اتجاهاً رائداً في صناعة الطاقة المتجددة، لا سيما مع الانخفاض الحاد في تكاليف التكنولوجيا وانتشار التحول نحو الطاقة المتجددة عالمياً . ومن أكثر الطرق شيوعاً لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء لتلبية الاحتياجات البشرية استخدام الألواح الشمسية.

مع ذلك، يُشير الخبراء إلى أن تطوير محطات الطاقة الشمسية حول العالم يُظهر قيودًا كبيرة فيما يتعلق بالبيئة والموارد الأرضية. إذ تستخدم عملية إنتاج الخلايا الكهروضوئية مواد كيميائية سامة مثل حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض النيتريك، وفلوريد الهيدروجين، مما قد يُشكل مخاطر صحية، لا سيما على العاملين في الإنتاج. ويُشير تقرير صادر عن معهد أبحاث الطاقة (IER) في الولايات المتحدة إلى أن الألواح الشمسية تُنتج نفايات خطرة أكثر بـ 300 مرة من محطات الطاقة النووية لنفس وحدة الطاقة المُنتجة. كما أن الألواح الشمسية التي تستخدم معادن ثقيلة مثل الرصاص والكروم والكادميوم قد تُلحق الضرر بالبيئة إذا تم سحقها ودفنها.

بالإضافة إلى ذلك، تشغل الألواح الشمسية الكبيرة الحجم مساحة كبيرة، مما يعيق نمو الغطاء النباتي تحتها ويحول هذه المناطق إلى أرض قاحلة.

شهدت الطاقة الشمسية في فيتنام نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، لا سيما في نين ثوان، التي تُعتبر "عاصمة الطاقة الشمسية" في البلاد. وقد تزامن هذا النمو مع نمو اقتصادي متسارع، وارتفاع الطلب على الطاقة، وانخفاض حاد في تكاليف التكنولوجيا. مع ذلك، تستحوذ مشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق على مساحات شاسعة من الأراضي، مما يُشكل ضغطًا على البيئة. وتفتقر معظم هذه المشاريع إلى خطط للتخلص من الألواح الشمسية عند انتهاء عمرها الافتراضي، في حين تحتوي هذه الأجهزة على مواد ومعادن ثقيلة قد تُسبب التلوث إذا تم التخلص منها عبر طرق دفن النفايات التقليدية.

في جميع أنحاء العالم، سعت العديد من فرق البحث إلى التغلب على قيود الطاقة الشمسية المسطحة باستخدام تقنية الطاقة الشمسية المركزة. تركز هذه التقنية ضوء الشمس في مساحة صغيرة لتقليل عدد الخلايا الكهروضوئية المطلوبة بشكل ملحوظ. وكان فريق من العلماء في الصين من أوائل من اقترحوا نموذجًا يفصل مكونات ضوء الشمس، حيث يُستخدم الضوء الأحمر والأزرق في الزراعة، بينما يُحوّل الباقي إلى كهرباء. إلا أن هذا النموذج مكلف للغاية لأنه يتطلب استخدام أغشية نانوية بصرية باهظة الثمن لفصل الضوء، كما أنه يتميز بانخفاض متانته، ومعامل تركيز لا يتجاوز بضع عشرات من المرات، مما يجعل هذه التقنية مناسبة للاستخدام المختبري فقط.

في الآونة الأخيرة، قام فريق من المؤلفين من جامعة فينيكا بتطوير نهج جديد يتغلب على أوجه القصور المذكورة أعلاه وهو مناسب للظروف العملية بعد تنفيذ مشروع "البحث والتصميم والتصنيع لنظام زراعي كهروضوئي صديق للبيئة يعتمد على تكنولوجيا الطاقة الشمسية المركزة"، بتمويل من الصندوق الوطني لتطوير العلوم والتكنولوجيا (نافوستد).

قال الأستاذ المشارك فو نغوك هاي، قائد المشروع، إنه بدلاً من استخدام حوض مكافئ لإنشاء تقارب خطي، لجأ فريق البحث إلى استخدام عدسة فريسنل، وهي عنصر بصري رقيق وخفيف الوزن وغير مكلف، قادر على تركيز الضوء في نقطة صغيرة بمعامل تقارب يصل إلى مئات المرات. وعندما يُضغط الضوء بهذه القوة، تقل مساحة الخلية الكهروضوئية المطلوبة مئات المرات، مما يعني استخدام مواد أقل، ومواد كيميائية سامة أقل، ونفايات أقل، وتكاليف أقل. وتُعد عدسة فريسنل هذه أيضاً من ابتكار الفريق من خلال هذا المشروع.

أوضح الأستاذ المشارك فو نغوك هاي أن فريق البحث وضع مرآة شبه عاكسة عند نقطة التقاء الضوء لفصل مكونات الضوء الطبيعي. يمر الضوء الأحمر والأزرق (وهما نطاقان ضوئيان تمتصهما النباتات بقوة) عبر المرآة إلى منطقة النمو. أما الضوء المتبقي، وخاصة الأشعة تحت الحمراء التي تحمل طاقة حرارية كبيرة، فينعكس عائدًا ويتركز على اللوحة الشمسية عالية الكفاءة. يقلل فصل مكونات الضوء عند نقطة صغيرة مساحة السطح التي تتطلب طلاءً مرشحًا بمقدار 25-30 مرة، مما يسمح باستخدام تقنيات طلاء أكثر متانة وأقل تكلفة ومتوفرة صناعيًا. يُعد هذا تحسنًا ملحوظًا مقارنةً بالتقنيات الحالية في جميع أنحاء العالم.

يتم توجيه مصادر الضوء الأحمر والأزرق المنفصلة إلى ألياف بصرية، ثم يُعاد توزيعها باستخدام هياكل بصرية. يضمن هذا توزيعًا متساويًا للضوء على النباتات، مما يزيل الظلال ويمنع انخفاض المحصول مقارنةً بالنماذج ذات الألواح الشمسية المتباعدة أو الألواح المثبتة على أسطح البيوت الزجاجية. ويتم تحويل الضوء المنعكس عالي الطاقة إلى طاقة كهربائية بكفاءة أعلى من تقنية الألواح المسطحة التقليدية.

بحسب فريق البحث، تفتح هذه التقنية آفاقًا واسعة لتطبيقات محتملة في نماذج الزراعة الكهروضوئية في فيتنام، لا سيما في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي والتي تتطلب دمج إنتاج الكهرباء مع زراعة المحاصيل. وفي المرحلة التالية، يهدف فريق البحث إلى تطوير النظام إلى مستوى أكثر اكتمالًا لتقييم تطبيقه العملي، بهدف نقل هذه التقنية إلى الشركات ونماذج الزراعة الكهروضوئية في البلاد.

لضمان قابلية التوسع، تعاون الفريق مع جامعة ميونغجي (كوريا الجنوبية)، وهي مؤسسة رائدة في مجال البصريات والمواد والطاقة المتجددة، لتطوير نظام نموذجي متكامل للاستخدام التجريبي. وقد أتاح هذا التعاون للفريق إجراء قياسات الأداء في ظل ظروف بيئية متنوعة، بما في ذلك المناخ الاستوائي في هانوي والمناخ المعتدل في سيول، كوريا الجنوبية. وقام الفريق بتقييم متانة عدسات فريسنل والمرشحات البصرية، وتحقق من استقرار توزيع الضوء على النباتات. وأظهرت نتائج الاختبارات الأولية أن النظام يوفر كفاءة أعلى في تحويل الطاقة مقارنةً بنماذج الألواح المسطحة التقليدية في ظل ظروف الإشعاع نفسها، مع توفير طيف أحمر-أخضر كافٍ لنمو النبات، وتجنب التظليل الموضعي، وعدم التأثير سلبًا على المحصول. وقد نُشرت النتائج الأولية لهذا البرنامج التعاوني في مجلة Plos One الدولية المصنفة ضمن الربع الأول من تصنيفات المجلات العلمية المرموقة.

بحسب ممثلي الصندوق الوطني لتطوير العلوم والتكنولوجيا، لا يقتصر مشروع البحث على إثبات جدوى تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية من الجيل التالي، بل يفتح آفاقًا واسعة أمام فيتنام للانضمام إلى مجموعة الدول التي تمتلك تقنية الطاقة الشمسية المركزة للزراعة المستدامة. وبهدف مواصلة تحسين المواد البصرية، وخفض التكاليف، وبناء نماذج أولية واسعة النطاق خلال الفترة 2025-2027، يُتوقع أن ينتقل النظام إلى التجارب الميدانية، ثم يُنقل إلى الشركات، ويساهم بشكل مباشر في تحقيق أهداف فيتنام في الزراعة الخضراء، والاقتصاد الدائري، والطاقة المتجددة.

ضوء ثلجي

المصدر: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html