فريق بحثي إيطالي ينشر منصة مراقبة تضم 121 حساسًا في دفيئة زراعية كهروضوئية

أخبار ar.wedoany.com، قام فريق بحثي إيطالي بنشر نظام متكامل في دفيئة زراعية كهروضوئية يجمع بين مراقبة المناخ المحلي والتحكم في الري ورصد الأداء الكهروضوئي، مع إتمام التحقق من تشغيله الفعلي على مدى عام كامل، مما يوفر أساسًا تقنيًا قابلًا للتوسع للإدارة التكيفية للدفيئات القائمة على التوأم الرقمي.

أُجريت هذه الدراسة في إطار مشروع REGACE الممول من الاتحاد الأوروبي، في دفيئة زراعية كهروضوئية تجريبية بمنطقة بونتينيا (Pontinia) في وسط إيطاليا. تتميز المنطقة بمناخ متوسطي نموذجي، حيث يتجاوز إجمالي الإشعاع الأفقي السنوي 1600 كيلوواط ساعة/م²، وتتراوح درجات الحرارة الشتوية حول 4 درجات مئوية والصيفية حول 31 درجة مئوية. تبلغ مساحة هذه الدفيئة المقوسة ثنائية الامتداد 180 مترًا مربعًا (18 مترًا × 10 أمتار)، وهي موجهة على المحور الشرقي-الغربي، مع نظام تتبع كهروضوئي أحادي المحور معلق يغطي حوالي 50% من مساحة السقف.

تبلغ القدرة المركبة للجزء الكهروضوئي 4.8 كيلوواط، ويتكون من 64 لوحًا شمسيًا شبه شفافًا ثنائي الوجه من نوع PERC (خلية ذات باعث سلبي مُخمَّل) بقدرة اسمية 75 واط لكل لوح، على ارتفاع 3.2 متر فوق سطح الأرض. تنقسم الدفيئة داخليًا إلى أربع مناطق تجريبية: PV-E (أسفل الألواح الكهروضوئية في الجانب الشرقي)، REF-E (منطقة مراقبة بدون تظليل في الجانب الشرقي)، PV-W (أسفل الألواح الكهروضوئية في الجانب الغربي)، REF-W (منطقة مراقبة بدون تظليل في الجانب الغربي). يتيح هذا التصميم مقارنة مباشرة بين أداء الزراعة في المناطق المظللة بالألواح الكهروضوئية والمناطق غير المظللة، في ظل نفس الظروف الهيكلية والري والإدارة. خلال السنة الأولى من التشغيل (2025-2026)، قام الفريق بزراعة عدة محاصيل متعاقبة شملت الكوسة والخس والطماطم والباذنجان والشمندر والشمر.

يتكون نظام المراقبة من 121 حساسًا، تتواصل عبر ثلاث حلقات مستقلة ببروتوكول RS-485 Modbus RTU، مع فترة جمع بيانات تبلغ خمس دقائق. تتولى الوحدة الفرعية لمراقبة الأداء الكهروضوئي قياس الإشعاع الكلي المائل، والإشعاع المنعكس المائل، ودرجة حرارة اللوحة الخلفية، والاستضاءة، ودرجة حرارة الهواء، والرطوبة النسبية، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، وذلك لتقييم الأداء الكهروضوئي وتأثيره على بيئة نمو المحاصيل. تستخدم هذه الوحدة أيضًا قياسات الاستضاءة من اللوحات الفرعية للتحكم في آلية التتبع أحادية المحور، حيث يتم ضبط الألواح تلقائيًا إلى زاوية شبه عمودية عندما ينخفض مستوى الإضاءة عن الحد الأدنى المحدد مسبقًا. أما الوحدة الفرعية لمراقبة المناخ المحلي فتقوم بتوزيع عقد استشعار موزعة على ارتفاعات متعددة داخل وخارج الدفيئة، إلى جانب محطة أرصاد جوية خارجية، لقياس درجة الحرارة والرطوبة وتركيز ثاني أكسيد الكربون والإشعاع النشط ضوئيًا (PAR) والاستضاءة والإشعاع والمعايير الجوية. وتقوم وحدة الري الفرعية بمراقبة رطوبة التربة ودرجة حرارتها وتدفق المياه والضغط، مع ضبط كمية الري تلقائيًا لكل منطقة من مناطق الدفيئة عبر خوارزمية تعتمد على عتبة مزدوجة لرطوبة التربة.

أشار الباحثون إلى أن شبكة الاستشعار الموزعة مكّنت من القياس المتزامن لجميع المتغيرات البيئية، مما سمح بالتقاط أنماط مكانية وزمانية متسقة فيزيائيًا، بما في ذلك الديناميكيات اليومية المستقرة، والطبقات الرأسية للمناخ المحلي، والفروقات الإشعاعية المتسقة بين المناطق المغطاة بالألواح الكهروضوئية والمناطق المرجعية. تؤكد هذه الملاحظات موثوقية هذه البنية التحتية للمراقبة في التوصيف البيئي طويل الأمد للدفيئات الزراعية الكهروضوئية. نُشرت النتائج في ورقة بحثية بمجلة Journal of Building Engineering بعنوان "تصميم وتنفيذ نظام متكامل لمراقبة المناخ المحلي والري والأداء الكهروضوئي لدفيئة زراعية كهروضوئية تجريبية". أُجريت الدراسة بالتعاون بين باحثين من جامعة روما تور فيرغاتا (University of Rome Tor Vergata) ومزرعة تشيرتشيو الاجتماعية (Fattoria Solidale del Circeo).