تشغل الطاقة الشمسية مساحة كبيرة - وإليك كيفية جعلها أكثر فائدة من الناحية البيئية للأرض التي تقع عليها

بينما تبحث المجتمعات عن طرق لخفض انبعاثات الغازات الدفيئة وإبطاء تغير المناخ، تلعب الطاقة الشمسية على نطاق واسع دورا مركزيا.وينظر إليها علماء المناخ على أنها أداة أكبر إمكانية لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2030.وفي الولايات المتحدة، تتوقع وزارة الطاقة إرادة الطاقة الشمسية تمثل ما يقرب من 60% من جميع قدرات توليد الكهرباء الجديدة على نطاق المرافق المركبة في عام 2024.

لكن المواقع المثالية لتطوير الطاقة الشمسية غالباً ما تتداخل مع الأراضي الزراعية أو الأراضي العشبية المستخدمة لرعي الماشية.عادة، يتم تصميم المصفوفات الشمسية واسعة النطاق لتحقيق أقصى قدر من توليد الطاقة، دون مراعاة كبيرة للنظم البيئية التي توضع فيها.

على سبيل المثال، يمكن تسوية الأراضي وإزالة النباتات تسبب التآكل وترسل الجريان السطحي إلى المجاري المائية.وقد تم تغريم مطوري الطاقة الشمسية بسبب مثل هذه الانتهاكات البيئية في جورجيا, ماساتشوستس, ألاباما وأيداهو وإلينوي.

هناك أيضًا مخاوف بشأن مدى تأثير المنشآت الشمسية الكبيرة أنماط حركة الحيوانات.في غرب الولايات المتحدة، يمكن أن تؤدي إزالة النباتات المحلية لإفساح المجال لمزارع الطاقة الشمسية إلى تهديد الحيوانات والحشرات المهددة بالانقراض التي تعتمد على هذه النباتات كغذاء وموطن.تستغرق مجتمعات النباتات المحلية وقتًا طويلاً لإعادة ترسيخ نفسها في هذه المناطق المحدودة المياه بعد إزعاجها.

أنا أكون عالم بيئة وعضو في فريق بحثي بقيادة آلان كناب في جامعة ولاية كولورادو.نحن ندرس كيفية تأثير تطوير الطاقة الشمسية على صحة النظام البيئي للأراضي العشبية - على وجه الخصوص، كيفية نمو النباتات وأنماط استخدام المياه والاستجابة لتغير الضوء بمجرد تركيب الألواح الشمسية في الأعلى.ومن خلال هذا العمل، نأمل أن نبني مستقبلًا أكثر استدامة للطاقة الشمسية.

استخدامان للأرض أفضل من استخدام واحد

البديل المتنامي لاستخدام الأراضي فقط لتوليد الطاقة الشمسية يسمى agrivoltaics.وكما يوحي اسمها، تجمع هذه الاستراتيجية بين الزراعة والطاقة الشمسية على نفس قطعة الأرض.يمكن تنفيذ المشاريع الزراعية في الأراضي الزراعية وأراضي الرعي وموائل الملقحات ذات الأهمية الزراعية.هذا النهج المزدوج الاستخدام لتطوير الطاقة الشمسية أصبحت شعبية في جميع أنحاء العالم

ال الغالبية العظمى من المشاريع الزراعية في الولايات المتحدةتوجد على الأراضي المُدارة لرعي الماشية وموائل الملقحات.تعتبر هذه المواقع مثالية لتجميع الطاقة الشمسية لأنها، على عكس الأراضي الزراعية، لا تتطلب الري أو استخدام الآلات الكبيرة.

ومع ذلك، تعتمد هذه الأراضي على هطول الأمطار لدعم نمو النباتات، ويؤثر وجود الألواح الشمسية على كيفية وصول المياه إلى التربة.تستخدم معظم المصفوفات الزراعية برامج تتبع الشمس التي تعمل على زيادة إنتاج الطاقة إلى الحد الأقصى عن طريق إمالة الألواح لتتبع الشمس عبر السماء.وأثناء حدوث ذلك، تخلق الألواح بيئات دقيقة مختلفة تمامًا عن الظروف الطبيعية.

على سبيل المثال، في ولاية كولورادو، يحدث معظم هطول الأمطار في فترة ما بعد الظهر، عندما تميل الألواح الشمسية غربًا نحو الشمس.ونتيجة لذلك، فإن معظم الأمطار على المواقع الزراعية تتركز عند الحواف الغربية للألواح حيث تهبط على الأرض.يمكن لعملية إعادة التوزيع هذه مضاعفة هطول الأمطار عند حواف الألواح بما يصل إلى عامل أربعة، مع تقييد هطول الأمطار في البقع الأخرى.

هناك عامل آخر وهو أن الألواح الشمسية توفر الظل على الأراضي العشبية التي تتكيف مع ظروف الإضاءة العالية.ونظرًا لأن المصفوفات مُحسَّنة لاعتراض ضوء الشمس، فإن كمية أقل بكثير من الضوء تصل إلى النباتات الموجودة أسفل الألواح.

البيئة وراء الخلايا الفولتية البيئية

حتى الآن، يوضح عملنا أن البيئات الدقيقة المتميزة التي تخلقها المصفوفات الشمسية تنتج بشكل مماثل أنماط مختلفة من نمو النبات.هذه النتيجة مشجعة:وهذا يعني أن التباين البيئي الناتج عن تتبع الألواح الشمسية للشمس بشكل سلبي يكفي لجعل النباتات تستجيب بشكل مختلف.يمكن لهذه البيئات الصغيرة أن تدعم فسيفساء المجتمعات النباتية التي تستفيد من الظروف المختلفة.

في بعض الحالات، يمكن أن تكون الظروف المختلطة مثل هذه، مع مستويات مختلفة من الضوء والماء، أمرًا جيدًا.من بين المفاهيم التي تم اختبارها جيداً في علم البيئة الترميمية ــ علم استعادة النظم البيئية المتضررة ــ أن البيئات الأكثر تنوعاً تدعم مزيجاً أكثر تنوعاً من النباتات والحيوانات.

في ورقة بحثية صدرت عام 2023، حددنا مفهومًا يدعو إلى نهج مستنير بيئيا لتنمية الطاقة الشمسية.ويتطلب هذا النهج، الذي يسمى الخلايا الفولتية البيئية، إعطاء أولوية متساوية لإنتاج الطاقة و خدمات النظام البيئي.

يسمح النهج البيئي البيئي لمديري الأراضي باستخدام الطاقة الشمسية لصالحهم.إن تصميم وإدارة المصفوفات الشمسية بطرق متجذرة في المفاهيم البيئية الأساسية يمكن أن يؤدي إلى مزيد من التآزر بين النظم البيئية والطاقة الشمسية.

يمكن لمديري الأراضي استخدام الأساليب الفولتية البيئية لتحسين الأراضي المتدهورة من خلال تصميم المصفوفات الشمسية لتعزيز العمليات الطبيعية.على سبيل المثال، بما أن حواف الألواح الشمسية تعيد توزيع وتركيز هطول الأمطار، مما يجعل التربة تحتها أكثر رطوبة، فيمكن أن تساعد في تكوين الشتلات في تلك البقع.

وفي المناطق القاحلة، يمكن تصميم المصفوفات لتعزيز هذا التأثير وتحسين عملية الاستعادة.إذا كانت المياه نادرة، فيمكن تصميم المصفوفات لتقليل كمية الأرض المكشوفة، وهو ما سيؤدي بدوره إلى تقليل كمية المياه المفقودة في الغلاف الجوي من خلال التبخر.

القيام بالطاقة الشمسية بشكل مختلف

هناك عوامل كثيرة تؤثر على قرارات إدارة الأراضي.ويلعب تاريخ الأرض، وإمكانية الوصول إلى المياه، وأنواع التربة، والغطاء النباتي، والتضاريس دورًا.تضيف الخلايا الفولتية البيئية عاملاً آخر:موازنة إنتاج الطاقة لكل وحدة مساحة مع التأثيرات البيئية لمجموعة معينة من الطاقة الشمسية.

يتطلب النهج البيئي للطاقة الشمسية إعادة التفكير بشكل أساسي في كيفية اتخاذ قرارات تطوير الطاقة الشمسية.واليوم، يحد الوصول إلى خطوط نقل الكهرباء من إمكانية نشر الطاقة الشمسية في العديد من المناطق.إذا كانت خطوط النقل والمحطات الفرعية بعيدة جدًا، أو صغيرة الحجم، فمن غير المرجح أن يتم تطوير الطاقة الشمسية.

مشاريع نقل جديدة ومن شأن تخفيف هذا القيد الجغرافي أن يوفر المزيد من الخيارات.ومع قدر أكبر من المرونة في اختيار المواقع، يمكن للمطورين الابتعاد عن النظم البيئية الطبيعية شديدة الحساسية وتركيب ألواح شمسية على الأراضي المهجورة أو المحدودة المياه أو المتدهورة بدلا من ذلك.يمكن أن تكون الخلايا الفولتية البيئية حلاً لتحقيق الاستقرار في اقتصاد المجتمعات التي توجد بها أراضٍ منتجة تقاعد للحفاظ على الموارد

تتوسع الطاقة الشمسية إلى مستويات تجعلها مركزية في التحول إلى الطاقة النظيفة.وأعتقد أنا وزملائي أن تطوير الطاقة الشمسية لابد أن يمضي على نحو يعكس التفكير البيئي.من وجهة نظرنا، يمكن للنهج البيئي للطاقة الشمسية أن يؤدي إلى نتائج بيئية إيجابية ويجعل الطاقة الشمسية أكثر استدامة.