Sursa: wcroc.cfans.umn.edu
Industria agricolă consumă o cantitate imensă de combustibili fosili în producția de alimente, furaje, fibre și energie. De la electricitatea care răcește laptele, la combustibilul care este ars în combine și tractoare în câmpurile de cereale, la camioanele care aduc mărfuri pe piață și la îngrășământul cu azot care hrănește plantele; industria agricolă este captivă unei aprovizionări mari și constante cu o gamă largă de energie fosilă. Dependența agriculturii și setea de combustibili fosili implică riscuri economice, de mediu și sociale semnificative pentru națiune și lume. Agrivoltaica este o modalitate prin care producătorii ar putea deveni mai puțin dependenți de combustibilii fosili, să scadă costurile de producție, să crească eficiența terenurilor, să îmbunătățească furajele și culturile folosite de bovinele de lapte și să crească producția de lapte și sănătatea vacilor de lapte. Utilizarea unui sistem PV montat la sol într-un cadru de lapte ar putea oferi umbră vacilor de lapte în timpul evenimentelor de căldură extremă și poate oferi fermierilor un mijloc alternativ de venit.
Prin investițiile anterioare și experiența instituțională în cercetarea în domeniul energiei regenerabile și al producției de lactate, Centrul de Cercetare și Informare Centrală de Vest al Universității din Minnesota (WCROC) are o oportunitate unică la nivel global de a conduce o nouă revoluție verde - o revoluție care ecologizează energia consumată în prezent în industria agricolă. . Fabrica de produse lactate Morris mulge 275 de vaci de două ori pe zi și este reprezentativă pentru o fermă de lapte de mărime medie din Minnesota. Vacile sunt împărțite aproape în mod egal între un efectiv de pășunat convențional și unul certificat organic.
Nu există cercetări care să fi investigat utilizarea unui sistem solar montat la sol pentru a oferi umbră vacilor de lapte și pentru a determina efectele asupra vacilor de lapte. Prin urmare, echipa noastră a dorit să investigheze efectele umbrei de la panourile solare fotovoltaice asupra producției, sănătății și comportamentului vacilor de lapte la pășune. În vara anului 2018, un sistem solar montat la sol de 30 de kilowați a fost instalat într-o pășune de la WCROC. Panourile au fost montate la 35˚ sud și la 8 până la 10 picioare de sol, astfel încât vacile să nu poată ajunge la panouri. Panourile solare au fost panouri Heliene (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario și Minneapolis, MN) folosind invertoare și optimizatoare Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) și au fost instalate de Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). Creșterea costurilor pentru montarea panourilor deasupra vacilor a fost minimă, iar costul total a fost de aproximativ 90 USD,000.
Studiul vacilor de lapte pășunate a fost efectuat din iunie 2019 până în septembrie 2019. Douăzeci și patru de vaci încrucișate au fost repartizate unuia dintre cele două tratamente: umbră de la solar fotovoltaic sau fără umbră. Vacile fără umbră nu au avut acces la nicio umbră pe pășune. Toate vacile au avut un senzor de etichetă CowManager pentru a înregistra comportamentele de ruminare, mâncare, inactiv și activ pentru toate vacile. De asemenea, un bolus SmaXtec a fost plasat în reticulul vacii și a înregistrat temperatura internă a corpului, precum și activitatea și accesele de băut ale vacilor. Temperaturile ridicate din timpul zilei în timpul studiului au variat între 81 și 93 ℉.
Vacile cu umbră și cele fără umbră au fost similare pentru măsurătorile comportamentale și numărul de muște la vaci. Vacile de umbră au avut o activitate în general mai puțin ridicată decât nu au avut vacile de umbră, deoarece stăteau sub panourile solare în timpul orelor fierbinți ale zilei. Perioadele zilnice de băutură au fost similare pentru vaci. Ratele de respirație pentru vacile la umbră și cele fără umbră au fost similare în timpul orelor de dimineață, dar în timpul după-amiezii, vacile la umbră au avut rate de respirație mai scăzute (66 respirații/min) decât vacile fără umbră (78 respirații/min). În mod surprinzător, producția de lapte, grăsime și proteine nu a fost diferită pentru vaci, indiferent dacă aveau umbră sau nu. Foarte posibil, nu a fost observată nicio diferență pentru producție, deoarece vacile au stat doar la umbră timp de 28 de zile din cele 175 de zile în care vacile le-au pășunat în timpul verii. Efectele pe termen lung ale producției de lapte ar fi putut fi observate dacă vacile ar fi fost la umbră toată vara.
Rezultatele orare ale temperaturii corporale arată că nicio vacă la umbră nu a avut temperaturi interne mai mari ale corpului (+1℉) decât vacile la umbră între orele 13:00 și 12:00. Între orele de muls (10:00 - 20:00), vacile la umbră au avut temperaturi interne mai scăzute ale corpului decât nu vacile la umbră. Toate vacile au avut temperaturi corporale similare în timpul nopții.
Pe baza rezultatelor acestui studiu, este posibil ca vacile să fi sacrificat timpul de pășunat pentru a sta în protecția umbră. Cercetările viitoare cu panoul nostru solar vor investiga performanța reproductivă a vacilor și efectele pe termen lung asupra producției de lapte, grăsimi și proteine, greutatea corporală, starea corpului și sănătatea și bunăstarea animalelor. Studiul nostru indică faptul că agrovoltaica poate oferi o metodă acceptabilă de reducere a căldurii vacilor de lapte pășunate, precum și generarea de energie electrică pentru fermieri, reducând astfel amprenta de carbon a exploatației de lapte. În viitor, vom explora sisteme de urmărire a energiei solare în fermele de animale, utilizând panouri solare ca paravane pentru bovine și vom evalua culturile și furajele care vor crește cel mai bine în sistemele solare. Impactul economic al sistemului agrovoltaic și productivitatea terenurilor din fermele solare vor determina adoptarea sistemelor solare fotovoltaice în fermă.