تحليل قائم على نظم المعلومات الجغرافية لإمكانية توليد الطاقة الكهروضوئية عند حواف الحقول على مستوى المشهد الطبيعي في شمال غرب ألمانيا

تحويل حواف الحقول الهادئة إلى خطوط طاقة

في أجزاء كثيرة من العالم، يواجه المزارعون ضغوطًا لتوفير الغذاء وحماية الطبيعة والمساعدة في مكافحة تغير المناخ — كل ذلك في آن واحد. تستكشف هذه الدراسة فكرة تحاول أن تحقق الثلاثة معًا: تحويل الشريط الضيق، وغالبًا ما يتم تجاهله، على حواف الحقول إلى محطات شمسية طويلة ونحيفة. من خلال وضع الألواح الشمسية فقط على هوامش الحقول، بدلًا من تغطية القطع بكاملها، توضح الدراسة كيف يمكن لمناطق مثل شمال غرب ألمانيا أن تولد كميات كبيرة من الكهرباء النظيفة مع الاستمرار في زراعة المحاصيل وخلق ملاذات آمنة للنباتات والحيوانات البرية.

استخدام جديد لحواف الحقول

الفكرة الأساسية، المسماة الطاقة الكهروضوئية على حواف الحقول، بسيطة: بدلًا من ملء الحقول بأكملها بالألواح الشمسية، تُستخدم فقط الأشرطة الحدية الأقل إنتاجية. هذه الأشرطة تكون بالفعل صعبة الاستخدام بكفاءة للآلات الكبيرة في الزراعة. وضع الألواح عليها يتداخل بالكاد مع الحصاد، وفي الوقت نفسه يفتح مساحة أسفلها لشريط من الأزهار البرية أو الأسوار الحية. يمكن أن تعمل تلك النباتات السفلية كمأوى وممرات حركة للحشرات والطيور والثدييات الصغيرة، مما يحسن من ربط المواطن الطبيعية المجاورة. وعلى نحو موازٍ، يمكن أن توفر الألواح دخلًا ثانويًا ثابتًا للمزارعين، مما يجعل سبل العيش الريفية أقل عرضة لتقلبات أسعار المحاصيل أو صدمات الطقس.

رسم خرائط حيث تلتقي الشمس بالتربة

للانتقال من الفكرة إلى أرقام، ركز الباحثون على منطقة فيزر–إمس في شمال غرب سكسونيا السفلى بألمانيا — وهي منطقة زراعية إلى حد كبير تمتد من ساحل بحر الشمال نحو الداخل. جمعوا خرائط منظر طبيعي رسمية مفصلة مع صور جوية رقمية داخل نظام معلومات جغرافية (GIS). أولًا استخرجوا كل الخطوط التي تحدد حدود الحقول الصالحة للزراعة والمراعي. عولجت هذه الخطوط كهوامش محتملة للحقول بعرض يصل إلى خمسة أمتار، ثم أُسندت إليها خصائص هندسية مثل اتجاه البوصلة. سمح ذلك بتقييم مدى ملاءمة الألواح الشمسية الموضوعة على طولها لمواجهة الشمس.

فلترة الظلال للعثور على المواقع المثلى

ليست كل حافة حقل مرشحة جيدة. تحتاج الألواح إلى ضوء شمس مباشر كافٍ، لذا طور الفريق سير عمل رقمي متعدد الخطوات لاستبعاد المقاطع غير المناسبة. حددوا الهوامش التي تمتد في اتجاهات ملائمة للألواح المواجهة للجنوب ثم فحصوا كيف ستلقي الغابات وصفوف الأشجار القريبة ظلالًا عليها في أيام صيفية نمطية. باستخدام افتراضات حول ارتفاع الأشجار ومسار الشمس، أنشأوا مناطق عازلة تُحاكي طول الظلال؛ أي هامش يقع داخل تلك المناطق اعتُبر مظللاً واستُبعد من القائمة. جُمعت المقاطع المتبقية في فئات ذات إمكانات شمسية عالية ومتوسطة، مع الاحتفاظ أيضًا بمعلومات عن استخدامات الأراضي المجاورة مثل الطرق والمسطحات المائية والمستوطنات والمناطق المحمية.

كمية الطاقة الممكن وضعها على الهوامش

عندما طُبّق النموذج الكامل على مساحة تقارب 15,000 كيلومتر مربع من منطقة فيزر–إمس، حدَّد أكثر من 1.3 مليون مقطع من هوامش الحقول ذات الإمكانات الشمسية القابلة للاستخدام. بلغ مجموع طول الحواف المناسبة نحو 97,870 كيلومترًا، مع نحو 27,300 كيلومتر متوقَّع أن تكون مُظلَّلة جزئيًا وأقل جاذبية. إذا شُطّبت هذه الهوامش بكثافة تجارية واقعية حاليًا من وحدات الطاقة الشمسية — نحو متر واحد إلى أربعة أمتار مربعة من سطح الألواح لكل متر من الهامش — فبإمكان المنطقة، نظريًا، إنتاج نحو 119 تيراواط‑ساعة من الكهرباء سنويًا. للتحقق من صحة طريقتهم المعتمدة على الخرائط، قارن المؤلفون عينة من الهوامش النمذجة مع صور جوية حديثة ووجدوا تطابقًا بنسبة 97% للصفات الرئيسية، ما يشير إلى أن سير العمل الرقمي موثوق وقابل للنقل إلى مناطق أخرى.

ماذا قد يعني هذا للمزارع والحياة البرية

من منظور يومي، تقترح النتائج أن الأشرطة الهادئة على حواف الحقول يمكن أن تصبح أدوات فعالة لتحويل المشاهد الريفية. بدلًا من وضع مزارع شمسية في تنافس مباشر مع إنتاج الغذاء، ستُموضع الطاقة على الحواف التي تُستخدم حاليًا بشكل ناقص، مع إتاحة المجال أيضًا للأزهار البرية والأسوار الحية التي تدعم التنوع البيولوجي. سيظل تحويل هذه الخطوط الخضراء الرفيعة إلى مصادر دخل ثابتة وممرات إيكولوجية يتطلب قواعد جديدة، واتصالات شبكة داعمة، وموافقة المزارعين. لكن الدراسة تُظهر أنه من منظور مكاني وتقني، هناك مجال واسع على حدود المزارع الأوروبية لحصد ضوء الشمس دون التضحية بالمحاصيل.

الاستشهاد: Foth, H., Pesch, R. & Breckling, B. GIS-based analysis of field margin photovoltaic potential at the landscape level in northwestern Germany. Sci Rep 16, 13394 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48425-2

الكلمات المفتاحية: الطاقة الكهروضوئية على حواف الحقول, الزراعة الكهروضوئية, الطاقة الريفية, ممرات التنوع الحيوي, التحليل الجغرافي المکاني