پرورش محصولات کشاورزی زیر پنل‌های خورشیدی؛ راهکاری برای افزایش عملکرد و کاهش مصرف آب

بایرون کومینک در باغ خورشیدی خود در شهرستان بولدر کلرادو، قسمتی از زمین را با پنل‌های خورشیدی پوشانده است. محصولات مختلفی زیر پنل‌ها کشت می‌شود (هویج، کلم‌برگ، گوجه‌فرنگی، سیر، چغندر، ترب، کاهو و موارد دیگر). این مزرعه همچنین الکتریسیته کافی برای تأمین برق ۳۰۰ خانه را تولید می‌کند.

اگر بشر قصد دارد از بدترین تغییرات اقلیمی جلوگیری کند، مردم باید در مورد محلی که پنل‌های خورشیدی را در آن قرار می‌دهند، خلاق باشند. اکنون دانشمندان به این فکر می‌کنند که چگونه کانال‌های آب را با آن‌ها بپوشانند و همراه با تولید برق، مقدار تبخیر را کاهش بدهند. فرودگاه‌ها نیز فضای باز خود با پنل‌های خورشیدی پر می‌کنند.

پنل‌های خورشیدی را می‌توان در مزرعه قرار دارد و محصولات کشاورزی را زیر آن کاشت. این حوزه از علم اگری‌ولتائیک نامیده می‌شود و آن‌طور که ممکن است به نظر برسد، غیر منتظره و غیر عادی نیست.

گیاهان به نور خورشید نیاز دارند؛ اما برخی نسبت‌ به بقیه به نور کمتری احتیاج دارند و براثر نور شدید دچار استرس می‌شوند. سایه انداختن روی این گونه محصولات به این معنا است که به آب کمتری احتیاج خواهند داشت؛ چرا که آب در زمین روباز به‌سرعت تبخیر می‌شود. علاوه‌ بر‌ این، گیاهان عرق می‌کنند و طی این فرایند پنل‌های بالای خود را خنک می‌کنند و بازده آن‌ها را افزایش می‌دهند.

گرگ بارون‌گافورد، دانشمند سیستم زمین در دانشگاه آریزونا که به مطالعه اگری‌ولتائیک مشغول است، می‌گوید با پرورش محصولات کشاورزی در سایه آرایه‌های خورشیدی، از شدت نوری که به گیاه استرس وارد می‌کند، کم می‌کنیم.

بارون‌گافورد آزمایش‌هایی برای بررسی چندین متغیر (مانند رشد، مصرف آب و تولید انرژی) انجام داده است تا تعیین کند این روش برای کدام محصولات مناسب است. برای مثال، او اجزای سس سالسا (گشنیز، فلفل و گوجه‌فرنگی) را پرورش داده و دریافته است که آن‌ها به همان خوبی که در فضای باز رشد می‌کنند، زیر پنل‌های خورشیدی رشد می‌کنند. علاوه‌ بر‌ این، مصرف آب آن‌ها به نصف می‌رسد. او همچنین دریافته است که پنل‌ها به مقدار قابل‌ توجهی دما را کاهش می‌دهند که به نفع کارگرانی است که از گیاهان مراقبت می‌کنند. پژوهش‌های او نشان می‌دهد پنل‌ها ممکن است بتوانند از محصولات کشاورزی در برابر گرمای شدید محافظت کنند. گرمای شدید محصولات را تحت فشار می‌گذارد و عملکرد آن‌ها را کاهش می‌دهد.

بارندگی شدید که می‌تواند به محصولات کشاورزی آسیب بزند نیز در حال افزایش است؛ زیرا هوای گرم رطوبت بیشتری در خود حفظ می‌کند. مادهو خانا، اقتصاددان دانشگاه ایلینوی که او نیز با حمایت مالی وزارت کشاورزی آمریکا روی آگری‌ولتائیک کار می‌کند، می‌گوید: «در مواقعی که گرمای شدید یا بارندگی سنگین وجود دارد، محافظت از گیاهان به این شیوه، می‌تواند واقعا برای آن‌ها مفید باشد.»

خانا به مطالعه‌ی این موضوع خواهد پرداخت که برای مثال، بهترین روش چینش پنل‌های خورشیدی برای یک محصول خاص به چه شکل خواهد بود. آیا برای آن محصول به فضاهای کوچک‌تر یا بزرگ‌تری بین پنل‌ها نیاز است. ارتفاع نیز مسئله مهمی است: ذرت و گندم به پنل‌های بلندتری نیاز دارند؛ درحالی‌که برای بوته‌های سویا ارتفاع کمتر می‌تواند مناسب باشد.

به خاطر وجود فضا بین پنل‌ها، محصولات کشاورزی کشت‌شده زیر پنل‌های خورشیدی غرق تاریکی نخواهند بود. اما به‌طورکلی، نور پراکنده می‌شود؛ یعنی قبل از برخورد به گیاهان از سطوح اطراف منعکس می‌شود. این شرایط، حالت جنگلی را ایجاد می‌‌کند که در آن همه گیاهان به‌جز درختان بلند، زیر سایه قرار دارند و پرتوهای نور را که از درختان عبور می‌کند، می‌گیرند.

بارون‌گافورد متوجه شده است که سایه جنگل‌مانند زیر پنل‌های خورشیدی پاسخ فیزیولوژی گیاه را برمی‌انگیزد. برای جمع‌آوری نور بیشتر، برگ‌های آن‌ها در مقایسه‌ با زمانی که در فضای باز کاشته شوند، بزرگ‌تر می‌شود. او مشاهده کرده است که این اتفاق در گیاه ریحان می‌افتد و باعث افزایش عملکرد آن می‌شود.

طبق یافته‌های بارون‌گافورد، فلفل که در طبیعت در سایه درختان رشد می‌کنند، در سیستم اگری‌ولتائیک سه برابر بیشتر محصول می‌دهد. گیاهان گوجه نیز محصول بیشتری تولید می‌کنند. علت احتمالا آن است که این گیاهان کمتر براثر بمباران مداوم نور خورشیدی تحت استرس قرار می‌گیرند که از نظر تکاملی با آن سازگاری پیدا نکرده‌اند. اما واکنش هر محصول متفاوت است؛ بنابراین دانشمندان باید هریک را آزمایش کنند تا واکنش آن‌ها را در برابر سایه ببینند. مارک یوکانسکی، دانشمند علوم باغبانی از دانشگاه ایالتی کلرادو که به مطالعه اگری‌ولتائیک مشغول است، می‌گوید:

… برای مثال، ما احتمالا توصیه نمی‌کنیم که کسی کدوی تابستانی را مستقیما زیر پنل و در اعماق سایه بکارد. مکان بهتر برای این گیاه ممکن است در لبه‌ها باشد که در آنجا احتمال گرفتن نور بیشتر است؛ زیرا در این مورد شاهد کاهش عملکرد بوده‌ایم.

در راه‌اندازی پنل‌ها مستلزم هزینه‌های اولیه است؛ اما ممکن است برای کشاورزان درآمدی به همراه داشته باشد. آن‌ها انرژی مورد نیاز فعالیت‌های مزرعه را تولید می‌کنند و کشاورز می‌تواند مازاد آن را به فروش برساند. علاوه‌ بر این، از آنجا که برخی گیاهان آب کمتری مصرف خواهند کرد، هزینه آبیاری کاهش پیدا خواهد کرد. خانا می‌گوید:

اگر بتوانیم به کشاورزان کمک کنیم تا تنوع تولید خود را افزایش بدهند و از همان زمین محصول بیشتری به دست آورند، می‌تواند به سود آن‌ها باشد. داشتن محصولات کشاورزی و پنل‌های خورشیدی نسبت‌ به حالتی که فقط پنل‌های خورشیدی داشته باشید، برای محیط زیست هم مفیدتر است.

چنین چیدمانی همچنین پنل‌های خورشیدی را از دو راه خنک می‌کند؛ آب از خاک تبخیر می‌شود و به سمت پنل‌ها می‌رود و گیاهان نیز آب آزاد می‌کنند و آب حاصل از آن‌ها هم به پنل‌ها می‌رسد. این امر برای بازده پنل‌ها عالی است؛ زیرا عملکرد پنل‌ها وقتی خیلی داغ می‌شوند، ضعیف‌تر می‌شود.

با قرار دادن پنل‌های خورشیدی بالای کانال‌های آب، می‌توان بدون گرفتن هیچ زمین اضافه‌ای، از زمین زراعی استفاده کرد. آندریا گرلاک، دانشمند علوم اجتماعی در دانشگاه آریزونا که با بارون‌گافورد در زمینه استقرار تجهیزات اگری‌ولتائیک همکاری می‌کند، می‌گوید اگر در چنین سیستمی کشاورزی هوشمند و پایدار ممکن شود و آب کمتری مصرف شود، محرک بزرگی است که مردم را تشویق می‌کند در مورد آن گفتگو کنند.

اما اگری‌ولتائیک به درد هر مزرعه‌ای نمی‌خورد. پنل‌های خورشیدی همچنان سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی هستند. حرکت در اطراف آن‌ها با استفاده از تجهیزات برداشت سنگین مشکل خواهد بود؛ بنابراین پیشنهاد خانا این است که به شکل سیستم‌های انعطاف‌پذیری طراحی شوند. خانا می‌گوید:

پنل‌ها را به شکلی طراحی کنید که در زاویه مشخصی ثابت و ساکن نباشند. آن‌ها باید بتوانند بچرخند و به شکل عمودی درآیند و به تجهیزات اجازه عبور بدهند.

به گفته‌ی کومینک، در مواجهه با مشکلات خشکسالی و گرما ممکن است فقط به پنل‌ها فکر کنید و کل زمین را با پنل‌های خورشیدی بپوشانید؛ اما سیاست‌مداران و زمین‌داران باید به این موضوع فکر کنند که آیا درست است زمین‌های زراعی زیادی را بگیرند (زمینی که می‌توانیم در آن مرغ، گاو، سبزی یا گیاهان چندساله و موارد دیگر پرورش بدهیم) و فقط آن‌ها را زیر پنل‌های خورشیدی رها کنند و اجازه بدهند علف‌های هرز زیر آن‌ها رشد کنند.

بارون‌گافورد خاطرنشان می‌کند که لازم نیست اگری‌ولتائیک محدود به محصولاتی شود که مورد مصرف انسان‌ها است. کشاورز می‌تواند اجازه بدهد که علف‌های بومی زیر پنل‌ها به شکل وحشی رشد کنند و غذای دام‌ها را تولید کند یا اینکه محلی برای رشد گیاهانی باشد که گرده‌افشانان بومی مانند زنبورها از آن استفاده می‌کنند. با مدیریت صحیح، زمین می‌تواند به‌عنوان جنگلی مصنوعی عملکرد مضاعفی داشته باشد. وجود سایه در مزارع خورشیدی، این معنا نیست که زندگی زیر سایه آن شکوفا نمی‌شود.