משבר האקלים, שבליבו התחממות גלובלית, כבר משפיע עלינו כיום, והתחזיות צופות החמרה נוספת. כל אחת מהשנים בעשור האחרון מדורגת כאחת מעשר השנים החמות ביותר שתועדו, כששנת 2023 דורגה כשנייה הכי חמה ושנת 2024 כראשונה. המגמה הזו גוברת כבר חמישים שנה.
החקלאות נמצאת בחזית ההתמודדות עם שינויי האקלים, כאשר חקלאים ברחבי העולם נאלצים להתמודד עם עליית טמפרטורות ואירועי מזג אוויר קיצוניים כמו בצורות, גלי חום, כפור וסופות עזות. מצבים אלו, שהולכים ומחמירים, משפיעים על ירידה בתנובת היבול, איכות הקרקע ומקורות המים, ולעיתים אף מובילים לנטישת קרקעות חקלאיות. במיוחד באזורים בעלי אקלים ים-תיכוני, כמו ישראל, בהם הסיכון למדבור גובר והצורך במציאת פתרונות הוא הכרחי.
האגרו-וולטאי הדינאמי (DAV – Dynamic Agrivoltaics) הוא אחד הפתרונות הבולטים שמתגבשים בעולם ושעתידים להתפתח גם בישראל. פתרון זה משלב ייצור אנרגיה סולארית עם גידולים חקלאיים. במערכת DAV, הפאנלים הסולאריים מותקנים מעל או לצד הגידולים החקלאיים על גבי מערכת עוקבת מצפון לדרום, הנעה ממזרח למערב. מערכת העקיבה מאפשרת להתאים את זווית הפאנלים בהתאם לצרכי הצמח, מה שמבטיח פוטנציאל ייצור חשמל גבוה והגנה על הצמחים בזמנים קריטיים כמו גלי חום, בצורות או כפור.
Sun’Agri המובילה את תחום הDAV, מחזיקה ב-15 שנות מחקר, עם 34 פרויקטים פעילים וניסויים ביותר מ-20 סוגי גידולים, כולל גידולי שדה, מטעים וירקות. תוצאות המחקרים הראו כי ניהול חכם של זווית הפאנלים הסולאריים חיוני על מנת להבטיח גישה מספקת לאור בזמנים קריטיים, גם במחיר הפחתת ייצור החשמל. כאשר הפאנלים קבועים או כאשר תזוזת הפאנלים אינה מתאימה לצרכי הצמח, איכות וכמות היבול החקלאי נפגע.
על מנת להזיז את הפאנלים בזמן אמת לזווית הנכונה כך שתתאפשר אופטימיזציה בין ייצור חשמל לצורך חקלאי, Sun’Agri פיתחה תוכנה ובה שני מודלים עיקריים. פיתוח האלגוריתמיקה והמודלים הוא לב החדשנות של תוכנית המחקר של Sun’Agri ומהווה מרכיב מפתח בקביעת הכיוון של הפאנלים הסולאריים. תוכנת ה-AV-Studio מדמה מערכת אגרו-וולטאי במודל תלת-ממדי, הכולל קרקע, מבנה וגודל חופת הצמח, פאנלים פוטו-וולטאיים ואלמנטים מבניים התומכים בפאנלים. מידול תלת מימדי של המתקן, מאפשר לדעת במדויק איזה חלק ואיזה אחוז מהצמח מקבל אור בהתאם לזוית הפאנל המבוקשת בכל רגע נתון. תמהיל האור שהגיע אל הצמח תחת זוויות שונות הינו רכיב אשר משמש את המודל השני (crop_sim) לחיזוי הביצועים והתפקוד של הצמח. מטרת המודל crop_sim הוא לאמוד שלושה אינדיקטורים מרכזיים של הצמח: פוטנציאל מים בצמח, טמפרטורת הצמח בכל אחד מרכיביו, וייצור פחמן. אינדיקטורים אלו מסייעים לשימור מצב מים אידיאלי בצמח, הימנעות מהשפעה שלילית של עומס חום, וייצור הפחמימות הדרושות לצמיחה בריאה. על מנת להעריך את שלושת האינדיקטורים, התוכנה מסתמכת על מודל מכאניסטי שיוצר סימולציה של הקרקע, הצמח, המיקרו-אקלים והאינטראקציה ביניהם. כדי לבצע את הסימולציה נדרשת הבנה עמוקה של מערכות הצמח, מיקום גיאוגרפי, מזג-אוויר ותנאי מיקרו-אקלים תחת הפאנלים הסולאריים שמחושבים על ידי ה-AV-Studio. לאחר מכן, המידע על הצמח והסביבה מוזנים לשלושה מודלים משניים (מאזן מים, מאזן אנרגיה, ותקציב פחמן) שמטרתם לחזות את האפקט הסופי של הפאנלים הסולאריים על הגידול החקלאי. על ידי חיזוי התנהגות הצמח תחת הפאנלים בסימולציה, ניתן לקבל החלטות לגבי תכנון המתקן מבחינה הנדסית ועיצוב אסטרטגיות שונות להזזת פאנלים. אותם מודלים ותוכנות מופעלים גם כשהמתקן פועל, בתוספת נתונים שנאספים בזמן אמת על ידי סנסורים אגרונומיים ואקלימיים, כך שניתן ליצור תמונה של מצב הצמח בזמן אמת – Digital Twin.
תוכנת AV-Studio לניהול הצללה ומיקרו אקלים באופו אוטומטי לפי צורכי הצמח, Sun Agri
אחת מההצלחות הבולטות של תוכנית Sun’Agri 3 היא הדגמת ההגנה על גידולים מפני עקות אקלימיות, כולל כפור, בצורת וגלי חום. בניסויים עם עצי תפוח ונקטרינה, הוכח כי הצבת הפאנלים הסולאריים במצב אופקי במהלך לילות קפואים מעלה את הטמפרטורה בסביבת הגידולים. במטעי נקטרינה, טמפרטורת האוויר סביב העצים עם הפאנלים הייתה גבוהה ב-0.27 עד 0.47 מעלות בהשוואה לעצים ללא פאנלים, וטמפרטורת ניצני הפרחים עלתה ב-1.61 עד 1.69 מעלות. כתוצאה מכך, רק 10% מהפרחים ניזוקו לעומת 35% בעצים ללא הפאנלים. במטעי תפוחים, טמפרטורת עלוות העצים עם הפאנלים הייתה גבוהה ב-2 מעלות בהשוואה לעצים ללא פאנלים, מה שהוביל להפחתה של 32% בכמות הפרחים שנפגעו מהקרה והתוצאות היו יבול חקלאי כפול תחת הפאנלים.
בנוסף, המערכות האגרו-וולטאיות הדינאמיות הפחיתו את עוצמת הבצורת ועומסי החום על ידי הורדת טמפרטורת האוויר בשעות היום וצמצום אידוי מים מהקרקע ומהצמח, כך שהצמח משתמש במים בצורה יותר יעילה. לדוגמה, בכרמי יין נמדדה הפחתה של 2 מעלות צלזיוס בעלים, ועבור עצי תפוח נמדדה ירידה של 3.8 מעלות צלזיוס, יחד עם עלייה של 14% בלחות היחסית. נתונים אלו הובילו לחיסכון משמעותי במים של 30%-60%. לאורך ארבע עונות גידול (2019-2022) הצמחים בכרמי האגרו-וולטאי היו צריכים 37% עד 75% פחות השקיה בהשוואה לגפנים ללא מערכות הצללה.
הצללה משפיעה גם על איכות הפרי, לדוגמה בענבי יין מזן סירה שנחשפו להצללה ממושכת. הצמח התעכב בשלבי התפתחות הפרי, רמות הסוכר שהצטברו ירדו כדי לאפשר אלכוהול ברמה הנדרשת, בזמן שהסביבה הקרירה יותר תחת הפאנלים סייעה לשמור על החומציות הרצויה בענבים. יינות שיוצרו תחת DAV זוהו כבעלי חומציות גבוהה יותר ופחות עפיצות בהשוואה ליינות ללא פאנלים, מה שמעיד כי הצללה דינאמית יכולה לסייע בהתמודדות עם השפעות שינויי האקלים על איכות הפרי. גם במטע התפוחים נצפתה הפחתה בריכוז החומר היבש והעמילן, אך האיכות השיווקית נשמרה למרות ירידה בצבע של הקליפה.
אגרו-וולטאי מהווה פתרון אפקטיבי להגנה על צמחים מפני בצורת וקרינת שמש מוגברת, בעיות שהולכות ומחריפות על רקע שינויי האקלים. יצירת מיקרו-אקלים נוח יותר מאפשרת להפחית את צריכת המים ומגינה על הצמח מפני כוויות שמש. על כן, מדובר בכלי חשוב בהתמודדות עם שינויי האקלים.
למרות הוכחות רבות של השפעה חיובית על הצמח חשוב לציין שאם תכנון הפרויקט ואסטרטגיית ההצללה אינם נעשים בצורה אופטימאלית, האגרו-וולטאי יכול להוות סיכון לחקלאות. בעוד שהצללה מספקת הגנה מפני תנאי מזג אוויר קיצוניים, היא גם יכולה להפחית את הפוטוסינתזה ולכן דורשת איזון זהיר. במסגרת המחקר ניסו רמות אינטנסיביות שונות של הצללה, שכללו תמהיל שונה של תזמון ההצללה ומשך ההצללה. לדוגמה, במטעי תפוחים ושדות תירס, הצללה אינטנסיבית הובילה לירידות משמעותיות ביבול החקלאי. הפחתה מצטברת של 47% קרינה במטע התפוחים השפיעה לרעה על הפוטוסינתזה של העלים ועל צבירת העמילן. כמות הפרחים במטע ירדה ב-31%, וחזרת הפריחה הייתה נמוכה יותר. בתירס, הצללה אינטנסיבית הקטינה את גודל העלים ואת הכמות הסופית של גרעיני התירס.
באתר אחר הצללה מרבית מהפאנלים על עצי תפוח מזן 'גולדן דלישס' הביאה לצבע ירוק יותר בפרי בזמן הקטיף, כתוצאה מהשפעות של פירוק כלורופיל בהשפעת אור. אמנם תוצאה זו לא השפיעה לרעה על השיווק של 'גולדן דלישס', אך עלולה להשפיע על זנים אחרים. בנוסף, ירידה של 1-3 °Brix במתיקות הפירות נרשמה, אם כי קשה להעריך את השפעתה על הטעם.
תוצאות אלו מדגישות את הצורך באסטרטגיות הצללה אופטימאליות של הפאנלים, המאפשרות חשיפה מלאה של הצמח לאור בזמנים קריטיים, כדי להקטין השפעות שליליות על היבול.
