ירקות מערכת ליצור משולב של תוצרת חקלאית טרייה וחשמל סולארי בחממות בערבה - גידול פלפל בחורף ומלפפונים באביב, תחנת יאיר 2016/17
רבקה אופנבך, שבתאי כהן, אפי טריפלר, אורן בר-לבן, אבי אושרוביץ, יניב בן-פלאי, יורם צביאלי, אסף בוקיש, רמי גולן - מו"פ ערבה תיכונה וצפונית-תמר
יוסי קשתי - המכון להנדסה חקלאית, מכון וולקני, מנהל המחקר החקלאי
יאיר סלומון - Sunboost בע"מ
כתובת המחברת: rivka@arava.co.il
תקציר
שילוב מערכת פוטו-וולטאית (PV) על גג חממה עשויה לשפר את התחרותיות בשני אופנים (א) ישירות מיצור החשמל, (ב) העלאת אינטנסיביות הגידול ושיפור הרווחיות כתוצאה מזמינות חשמל בעלות נמוכה. שילוב מערכת PV להפקת חשמל מעל מערכת גידול חקלאית אינו מובן מאליו מכיוון ששתי מערכות הייצור מתחרות על שני משאבים סביבתיים - קרינה וקרקע. עם זאת, יש להבחין כי מבחינה חקלאית אחד המשאבים, קרי קרינת השמש אינו מנוצל במלואו במהלך העונות החמות ולמעשה יש צורך בהצללה בעונות אלו (בעיקר בפלפל), בעוד שמרבית ייצור החשמל על ידי מערכות PV מתרחש בתקופות אלו. הנחת המחקר היא שמערכת אופטית ייחודית שפותחה יכולה לקיים מערך פאנלים סולריים על גגות של חממות מחופות בפלסטיק או ברשת נגד חרקים, בהן גדל גידול המגיב למנות גדולות של קרינה כגון פלפל וזאת ללא פגיעה בגידול. מערכת סולרית המוצבת באופן ייחודי וחדשני, מאפשרת בחורף חדירת אור מרבית לתוך המבנה, ובשאר עונות השנה המערכת האופטית מגבירה את יעילות התמרת הקרינה לאנרגיה חשמלית ובמידת מה מאפשרת תנאי אקלים נוחים יותר לגידול בתוך החממה. הנחת המחקר היא שניתן לשלב מערכת פוטו-וולטאית תוך מינימום פגיעה בתפוקות החקלאיות כאשר שילוב המערכת מבוצע על שטח שולי משטח גג חממה ייעודית, בצמידות אל המרזבים ובשילוב עם לוחות אופטיים מתאימים (בוסטרים). הפתרון הנבחן בעבודה זו הוא פתרון אשר יאפשר הכוונה עונתית של הקרינה אשר מצד אחד תבטיח הגעה של מקסימום קרינה בתקופת החורף אל תוך החממה ומצד שני תאפשר שימוש כלכלי במערכת פוטו-וולטאית. המטרות הספציפיות הינן: 1.לבחון ולאשש את ההנחה כי התקנת הפנלים והבוסטרים בצמידות למרזב אינה פוגעת בתפוקות החקלאיות. 2. לבחון את המודל ההנדסי, לפיו מוצב מערך פנלים ורפלקטורים אופטיים על גבי מבנה חממה בשטח 1.7 דונם, שקונסטרוקציית הגג שלו תותאם לעמידה בעומסים שייווצרו על מנת לספק רמות קרינה נאותות לצמחים בחורף. 3. להפיק חשמל מפאנלים סולריים המתוגברים במגברים אופטיים, להניב תוצרת חקלאית טרייה בחממה מבלי להקטין את היצרנות החקלאית, ולהדגים את יכולת הגדלת התשואה הכוללת ליחידת השטח. 4. אפיון רמת הקרינה בחממה במהלך היום לאורך כל השנה. חממה משולבת PV הוקמה בעונת 2016/17 בתחנת יאיר בשיתוף עם חברת סנבוסט (Sunboost). כיוון המרזבים במבנה הוא מזרח מערב, ורוחב המפתח 8 מטר. מרחק בין עמודים בניצב למרזב הוא 8 מטר ומאפשר 5 ערוגות (כיוון צפון דרום). פנלים (CdTe - Thin Film) באורך 120 ס"מ וברוחב 60 ס"מ הוצבו במקביל למרזב מצדו הצפוני - פונים דרומה בשלושת המרזבים הדרומיים. מצדם השני של שניים מהמרזבים הוצבו לוחות בוסטר. המבנה הוקם באופן המאפשר השוואת שני טיפולים חקלאיים עם PV בשלושת המפתחים הדרומיים לעומת ביקורת ללא PV בשלושת המפתחים הצפוניים וכמו כן השוואה בין שורת הפנלים שאינה מוצלת בחורף ושאין ממולה בוסטרים לשורות הפנלים הפנימיות המוצלים בחורף והזוכים להגברה אופטית בקיץ.
נבחנו 2 מחזורי גידול, פלפל ומלפפון. מחזור גידול ראשון: נשתל (28/8/16) פלפל מהזן 7158 למבנה המכוסה כולו ברשת 25 מש ומעליה רשת 40% צל למשך 42 יום. כיסוי הגג הוחלף בהמשך (12/11/16) מרשת המש ל ליריעת פוליאתילן מפזר. נבחנו 2 טיפולים: 3 מפתחים ביקורת בהיקף של 850 מ"ר ו- 3 מפתחים בהיקף של 850 מ"ר עם פאנל סולרי ובוסטר. הוכנו ערוגות בכיוון צפון דרום, הצמחים נשתלו בשתי שורות לערוגה אומד של 3,125 צמחים לדונם. הקטיף החל ב- 18/12/17 והסתיים ב 6/3/17. מחזור גידול שני: נשתל (24/3/17) מלפפון מהזן מאיה למבנה מכוסה בפוליאתילן. כיסוי הגג הוחלף מפוליאתילן לרשת צל 40% ב- 24/4/17. הקטיף החל ב- 23/4/17 והסתיים ב- 30/5/17.
בשני מחזורי הגידול התקבלו יבולים זהים בחלקות במבנה עם פאנלים סולריים בהשוואה לביקורת ללא הפאנלים.
פוטנציאל ייצור החשמל לדונם מוערך בכ- 26,000 קווט"ש לשנה לדונם (rated power 15 KWp) עבור הדור הראשון וצפוי לעלות ל 34,000 קווט"ש לשנה לדונם עם שיפורי היעילות הצפויים. פוטנציאל שקול להכנסה נוספת של כ 11,000 ש"ח לשנה לדונם תחת ההנחות שמרניות (הסדר מונה נטו בניצול של כ 80% מהחשמל בתוך המשק בתעריף ממוצע של 42 אג' לקווט"ש) ורווח נקי של כ 9,000 ש"ח לשנה לדונם. שימושים שונים בחשמל בחממה או במשק למטרות שונות (דוגמת איוורור, קירור באידוי, טיפול במים) עשויים לשפר ולהגדיל את היבולים שיביא לרווח משמעותי אף יותר.
בעונה הבאה ייבחן פלפל בעונת גידול נוספת, ייאספו נתונים על ייצור חשמל PV ותושלמנה מדידות הקרינה בתוך החממה. תחשיב כלכלי מפורט יהווה חלק מדוח המשך.
A system for combined harvesting of Fresh agriculture produce and solar electricity in greenhouses in the Arava valley, Winter bell pepper and Spring Cucumber Crops, yair Experimental Station, 2016/7
Rivka Offenbach, Shabtai Cohen, Oren Barlavan, Avi Oshrovitz, Rami Golan, Yaniv Benpili, Yoram Zvieli, Asaf Bukish - Northern and Central Arava Tamar R&D
Yair Salomon - Sunboost Ltd
Yossef Kashti, Agricultural research organization (ARO) Volcani Center, Agricultural Engineering
Writer address: rivka@arava.co.il
