גם מזון וגם חשמל: פאנלים סולאריים ורודים עשויים לשנות את החקלאות

כשחושבים על שדה חקלאי, מדמיינים בדרך כלל שטח פתוח שזקוק לכמה שיותר שמש. כשחושבים על חווה סולארית, שנעזרת באור השמש להצמיח את הגידולים, מדמיינים בדרך כלל בדיוק אותו דבר: שטח גדול ופתוח שמכוסה בפאנלים. 

אלא שכאן נוצרת דילמה סביב השאלה מי יקבל יותר אנרגיה מהקרקע - המזון או החשמל? קבוצת חוקרים משוודיה מנסה להוכיח שאולי לא חייבים לבחור. במסגרת מחקר חדש, שפורסם בכתב העת Cell Reports Physical Science, החוקרים התקינו מעל גידולי ברוקולי פאנלים סולאריים חצי שקופים בצבע מג'נטה, מעין ורוד סגלגל, ובדקו האם אפשר לייצר חשמל ובמקביל להשאיר לצמחים מספיק אור כדי לגדול.

התוצאות היו מסקרנות: הברוקולי שגדל מתחת לפאנלים הגיע בסופו של התהליך לגודל דומה לזה של הברוקולי שגדל בשמש מלאה. אמנם לקח לו כ-25 ימים נוספים להגיע להבשלה, אבל יעילות השימוש שלו באור עלתה באופן דרמטי. 

למה דווקא ורוד?

כדי להבין את הרעיון צריך לזכור שצמחים אינם משתמשים בכל צבעי אור השמש באותה מידה. הכלורופיל, הפיגמנט המרכזי בפוטוסינתזה, מנצל במיוחד אור בתחום האדום והכחול. אור ירוק, לעומת זאת, מנוצל באופן שונה ובמידה פחותה בחלק מתהליכי הפוטוסינתזה.

הרעיון של החוקרים הוא ליצור מעין חלוקת עבודה של אור השמש: לתת לצמח בעיקר את אורכי הגל שהוא צריך במיוחד, ובמקביל להשתמש בחלק אחר מהקרינה לייצור חשמל. הפאנלים שבהם השתמשו החוקרים אינם פאנלים סולאריים רגילים. מדובר בפאנלים חצי שקופים שבתוכם משולבים פסי תאים פוטו-וולטאיים מחומר הנקרא קדמיום טלוריד, CdTe. המרווחים בין הפסים מאפשרים לחלק מהאור לעבור אל הצמחים שמתחת. ככל שמכניסים יותר חומר פוטו-וולטאי לפאנל, ניתן לייצר יותר חשמל, אבל פחות אור מגיע לצמח. לכן האתגר הוא למצוא את האיזון הנכון.

יש לציין שהצמחים שמתחת לפאנלים קיבלו פחות קרינה לעומת הברוקולי, שגדל בשדה פתוח. למרות זאת, הם הסתגלו לתנאים והשתמשו באור שהגיע אליהם בצורה יעילה יותר. החוקרים בדקו שתי רמות שונות של שקיפות בפאנלים, והופתעו לגלות שהתוצאה הסופית של היבול הייתה דומה בשתיהן.

לדברי החוקרת המובילה, סילביה מא לו מאוניברסיטת Mälardalen בשוודיה, אחת התוצאות המעניינות הייתה הדמיון בביצועי הברוקולי, למרות ההבדל בכמות האור שעברה דרך שני סוגי הפאנלים. לדבריה, המשמעות היא שבחלק מהגידולים אנחנו אולי נותנים לצמח הרבה יותר אור ממה שהוא באמת זקוק לו. 

היתרון הגדול של המערכת הוא שהפאנלים אינם רק מסנני אור יקרים - הם מייצרים חשמל. במהלך תקופת הגידול, החוקרים העריכו שמערכת הפאנלים השקופה למחצה יכולה לייצר מאות קילוואט שעה בשטח הניסוי. חישובים בקנה מידה גדול יותר הצביעו על כך, שבמערכת מסוג זה ניתן להגיע לייצור אנרגיה משמעותי תוך המשך גידול היבול באותה קרקע.

בחקלאות מעשית, החשמל הזה יכול בעתיד לשמש להפעלת משאבות השקיה, מערכות קירור, ציוד חקלאי, חממות ומחסנים, או להימכר לרשת החשמל. לשיטה הזו קוראים אגרו-וולטאיקה, או Agrivoltaics. במקום להקים חווה סולארית על קרקע שאינה יכולה עוד לשמש לגידולים, משלבים בין השניים. משרד האנרגיה האמריקני מגדיר אגרו-וולטאיקה כייצור חקלאי וחשמל סולארי באותו שטח, בין אם מדובר בגידולים מתחת לפאנלים, בין שורותיהם או אפילו בשטחי מרעה.

במדינות שבהן הקרקע מוגבלת, כולל ישראל, הרעיון מקבל חשיבות מיוחדת: אם אפשר לגדל עגבניות, ברוקולי, חסה או גידולים אחרים ובאותו זמן לייצר אנרגיה, אז למה לא? הנחת היסוד שצמח תמיד צריך כמה שיותר שמש אינה נכונה לגבי כל גידול ובכל אקלים.

בחום כבד, עודף שמש עלול לגרום לעקת חום ולהגביר את איבוד המים, לכן הצללה חלקית מפאנלים יכולה במקרים מסוימים להוריד את הטמפרטורה סביב הצמח, להפחית אידוי ולשפר את יעילות השימוש במים.

מחקרים בתחום הראו שההשפעה משתנה מאוד בין גידולים, אקלים וסוג הפאנלים. כך, למשל, מחקר ישראלי שהתפרסם ב-2025 בחן גידול עגבניות בין מערכי פאנלים סולאריים ומצא שמידת ההצללה משפיעה ישירות על הפוטוסינתזה והיבול, ולכן יש צורך להתאים את המערכת לכל גידול.

הטכנולוגיה עדיין נמצאת בשלב של אב-טיפוס, ויש צורך לבדוק אותה במשך כמה עונות, בגידולים שונים ובאקלים שונה. אבל אם הרעיון יעבוד בקנה מידה מסחרי, ייתכן שהשדות של העתיד לא יהיו רק ירוקים - חלקם עשויים להיות ורודים.