From Solar Fields to Multifunctional Landscapes: Assessing the Effectiveness of Multifunctional Ground-Mounted PV Systems

تقدم الشمس إمداداً لا ينضب من الطاقة النظيفة، لكن استغلالها يتطلب مساحة. وبينما تتسابق الأمم لاستبدال الوقود الأحفوري بالطاقة الشمسية، تظهر حقول واسعة من الألواح الشمسية المثبتة على الأرض في جميع أنحاء المناظر الطبيعية. ويجلب هذا التحول توتراً مألوفاً: الحاجة إلى الكهرباء تصطدم مع الحاجة إلى الحفاظ على الطبيعة وزراعة الغذاء. لسنوات طويلة، تركز الجدل حول ما إذا كانت المزارع الشمسية تدمر الموائل الطبيعية أم أنها ببساطة تشغل أراضٍ كان يمكن استخدامها لأغراض أخرى. وقد حاول العلماء والمخططون طويلاً قياس كفاءة هذه المنشآت، وطرحوا سؤالاً بسيطاً: كم مقدار الطاقة التي يمكننا الحصول عليها من رقعة محددة من الأرض؟ كانت الإجابة القياسية هي حساب إنتاج الطاقة لكل متر مربع، ومعاملة الأرض كمصنع أحادي الغرض لإنتاج الكهرباء. ومع ذلك، فإن هذه النظرة الضيقة تغفل إمكانية حاسمة؛ ماذا لو كان بإمكان الحقل الشمسي أن يفعل أكثر من مجرد توليد الطاقة؟ ماذا لو كان بإمكانه أيضاً دعم الحياة البرية، أو زراعة المحاصيل، أو استعادة التربة المتضررة، كل ذلك في وقت واحد؟ هذا المفهوم، المعروف باسم الاستخدام متعدد الوظائف للأراضي، يشير إلى أن موقعاً واحداً يمكن أن يخدم أهدافاً متعددة، لكن قياس قيمته الحقيقية أثبت صعوبته. فغالباً ما تفشل الأدوات الموجودة في استيعاب الواقع المعقد لمزرعة شمسية تعمل في الوقت نفسه كمرج أو مرعى للرعي.

قام فريق من الباحثين في جامعة "بوكو" (BOKU) في فيينا بحل مشكلة القياس هذه من خلال النظر في تركيبات شمسية واقعية عبر النمسا. لم يعتمدوا على نماذج حاسوبية أو سيناريوهات نظرية؛ بل زاروا ثماني مزارع شمسية محددة تعمل بالفعل بأغراض مزدوجة. وتنوعت هذه المواقع بين ألواح بُنيت فوق مكبات نفايات سابقة إلى حقول ترعى فيها الأغنام تحت مصفوفات الألواح. أجرى الباحثون مقابلات مع الأشخاص الذين بنوا وأداروا هذه المواقع، ودونوا ملاحظات دقيقة حول الغطاء النباتي، وراقبوا كيفية استخدام الأرض. ووجدوا أنه بينما كانت هذه المواقع متعددة الوظائف ناجحة من الناك حيث، فإن الطريقة القياسية لحساب كفاءتها كانت مضللة. فعندما طبقوا الطريقة التقليدية، التي تقسم ببساطة إجمالي إنتاج الطاقة على المساحة الإجمالية، بدت المواقع متعددة الوظائف أقل كفاءة من المزارع الشمسية القياسية. ويعود ذلك إلى أن الألواح تُوزع بمسافات أبعد للسماح للضوء بالوصب إلى العشب بالأسفل، أو لأن بعض الأرض مخصصة لأشرطة الزهور بدلاً من توليد الكهرباء. لقد أوحت الرياضيات القديمة بأن هذه المواقع هي استخدام سيئ للأرض، لكن الباحثين أدركوا أن هذه صورة غير مكتملة؛ فالأرض تقوم بعمل أكبر، لكن ليس نوع العمل الذي صُممت تلك الصيغة القديمة لقياسه.

ولإصلاح ذلك، طور الفريق طريقة تفكير جديدة تسمى "منهج فعالية الاستخدام المتعدد للأراضي". وبدلاً من مجرد عد الواطات، يتعامل هذا النهج مع المزرعة الشمسية كمجموعة من الميزات الطبيعية المختلفة، ولكل منها قيمتها الخاصة. تخيل الحقل الشمسي ليس ككتلة واحدة من المعدن والزجاج، بل كلحاف مرقع من عناصر مختلفة: بعض الأجزاء مخصدة للكهرباء، وبعضها لرعي الأغنام، وبعضها للزهلات البرية، وبعضها للأسوار النباتية. قام الباحثون بتخصيص قيمة لكل من هذه الرقع بناءً على مدى تحسينها للأرض مقارنة بحالتها السابقة. فعلى سبيل المثال، إذا كان الموقع يزرع سابقاً محاصيل باستخدام مبيدات حشرية ثقيلة، فإن الانتقال إلى مزرعة شمسية مع زهور برية وخالية من المواد الكيميائية يُعد مكسباً كبيراً للطبيعة. وإذا كان الموقع يحتوي على سياج يمنع الحيوانات من العبور، فإن ذلك يُعد خسارة. ومن خلال جمع هذه المكاسب والخسائر عبر الموقع بأكد، تمكنوا من حساب درجة واحدة تعكس الفائدة الإجمالية للأرض، بما في ذلك الطاقة والطبيعة.

وعندما طبقوا هذا المنهج الجديد على إحدى دراساتهم للحالة، وهي مزرعة شمسية تدمج عدة أنواع مختلفة من التركيبات ضمن منطقة واحدة، تغيرت النتائج بشكل كبير. تميز هذا الموقع تحديداً بمزيج من الأنظمة، بما في ذلك مصفوفة قياسية مثبتة على الأرض، ونظام ثنائي الوجه علوي مرتبط بزراعة التفاح، ونظام زراعة دوري مع تتبع ضوئي، إلى جانب مناطق بيئية مخصصة. تحت النظام القديم، بدا الموقع غير كفء لأنه ينتج كهرباء أقل لكل هكتار مقارنة بمزرعة شمسية كثيفة. ولكن تحت المنهج الجديد، أظهر الموقع مكسباً واضحاً. فقد حسب الباحثون أن الأرض كانت تؤدي عمل مساحة أكبر بفعالية؛ وتحديداً، فإن الموقع البالغ مساحته 5.2 هكتاراً، بمزيذه من الألواح الشمسية والرعي والزهور البرية، قدم فوائد تعادل ما كان سيتم الحصول عليه من حوالي 7 هكتارات لو كانت تلك الوظائف منفصلة في أماكن مختلفة. بعبارة أخرى، وفر الموقع من خلال الجمع بين الاستخدامات حوالي 1.4 هكتاراً من الأرض التي كانت ستُطلب لولا ذلك لتحقيق نفس النتيجة. وتوحي هذه النتيجة بأن الاستخدام الأكثر كفاءة للأرض ليس دائماً هو الذي يحشد أكبر عدد من الألواح في أصغر مساحة، بل هو الذي يدمج الطاقة مع الوظائف الحيوية الأخرى.

كما سلطت الدراسة الضوء على التحديات العملية المتبقية. وجد الباحثون أن مرحلة البناء لهذه المزارع الشمسية غالباً ما تكون المرحلة الأكثر ضرراً للنظام البيئي المحلي، حيث تؤدي الآلات الثقيلة إلى ضغط التربة، وتقطع الأسوار حركة الحيوانات. وحتى في المواقع الأفضل تصميماً، كانت الأسوار مطلوبة قانوناً لأسباب تتعلق بالسلامة، مما خلق عوائق أمام الحياة البرية. لاحظ الفريق أنه بينما أراد بعض المشغلين إزالة الأسياج لمساعدة الحيوانات على الحركة بحرية، إلا أن اللوائح أجبرتهم غالباً على الاحتفاظ بها. ومع ذلك، وجدوا أيضاً أن تعديلات بسيطة، مثل ترك فجوات تحت الأسوار للحيوانات الصغيرة أو زراعة أسوار نباتية بدلاً من الحواجز الصلبة، يمكن أن تحدث فرقاً. وأكد البحث أن هذه الأنظمة متعددة الوظائف ليست مجرد أفكية نظرية، بل يتم بناؤها وإدارتها بنجاح بالفعل في النمسا. وأفاد المشغلون أن دمج رعي الأغنام أو مروج الزهور البرية لم يكن ممكناً فحسب، بل أدى غالباً إلى تحسين علاقة الموقع بالمجتمع المحلي والبيئة.

في الختام، تجادل الورقة البحثية بأننا بحاجة إلى تغيير كيفية تقييم مشاريع الطاقة الشمسية. إن التركيز الحالي على تعظيم إنتاج الطاقة لكل متر مربع محدود للغاية لتوجيه مستقبل الطاقة المتجددة. إذا أردنا توسيع الطاقة الشمسية دون تدمير الطبيعة، يجب أن نقدر الأرض لكل ما يمكنها القيام به، وليس فقط للكهرباء التي تنتجها. وتوفر الطريقة الجديدة التي اقترحها الباحثون أداة عملية للمخططين وصناع القرار لرؤية القيمة الكاملة لهذه المواقع. فهي تظهر أن الطاقة المتجددة والحفاظ على التنوع البيولوجي لا يجب أن يكونا عدوين. ومن خلال استخدام إطار عمل يحسب فوائد الطبيعة جنباً إلى جنب مع فوائد الطاقة، يمكننا تصميم مزارع شمسية ليست مجرد محطات طاقة، بل مناظر طبيعية حية تدعم الانتقال إلى مستقبل أكثر نظافة. وتخلص الدراسة إلى أنه مع التخطيط والحوافز الصحيحة، يمكن لهذه الأنظمة مزدوجة الاستخدام أن تحول التنافس على الأراضي إلى تعاون، مما يخلق مساحات منتجة لكل من الناس والكوكب.