Kilde: wcroc.cfans.umn.edu
Landbruksnæringen bruker en enorm mengde fossilt brensel i produksjon av mat, fôr, fiber og energi. Fra elektrisiteten som kjøler ned melk, til drivstoffet som brennes i skurtreskere og traktorer i kornåkre, til lastebilene som bringer varer til markedet, og til nitrogengjødselen som gir næring til plantene; landbruksnæringen er fanget av store og konstante forsyninger av et bredt spekter av fossil energi. Landbrukets avhengighet og tørst etter fossilt brensel medfører betydelige økonomiske, miljømessige og sosiale risikoer for nasjonen og verden. Agrivoltaics er en måte produsenter kan være i stand til å bli mindre avhengige av fossilt brensel på, lavere produksjonskostnader, øke arealeffektiviteten, forbedre fôr og avlinger for bruk av melkekyr, og øke melkeproduksjonen og helsen hos melkekyr. Bruk av et bakkemontert solcelleanlegg i melkemiljøer kan gi skygge til melkekyr under ekstreme varmehendelser og gi bøndene en alternativ inntektskilde.
Gjennom tidligere investeringer og institusjonell erfaring innen fornybar energi og meieriproduksjonsforskning, har University of Minnesota West Central Research and Outreach Center (WCROC) en global unik mulighet til å lede en ny grønn revolusjon - en revolusjon som grønn energi som for tiden forbrukes i landbruksindustrien . Morris meierivirksomhet melker 275 kyr to ganger daglig og er representativt for en mellomstor melkefarm i Minnesota. Kyrne deles nesten jevnt mellom en konvensjonell og en sertifisert økologisk beitebesetning.
Det er ingen forskning som har undersøkt bruken av et bakkemontert solsystem for å gi skygge for melkekyr og for å bestemme effekten på melkekyr. Derfor ønsket teamet vårt å undersøke effekten av skygge fra solcellepaneler på produksjonen, helsen og oppførselen til melkekyr på beite. I løpet av sommeren 2018 ble et 30 kilowatt bakkemontert solcelleanlegg installert i et beite ved WCROC. Panelene ble montert på 35˚ sør og 8 til 10 fot fra bakken slik at kyr ikke kunne nå panelene. Solcellepanelene var Heliene-paneler (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario og Minneapolis, MN) ved bruk av Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) omformere og optimerere og ble installert av Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). Kostnadsøkningen for å montere panelene over kyrne var minimal, og den totale kostnaden var rundt $90,000.
Undersøkelsen av beitemelkeku ble utført fra juni 2019 til og med september 2019. Tjuefire krysningskyer ble tildelt en av to behandlinger: skygge fra solenergi eller ingen skygge. Kyrne uten skygge hadde ikke tilgang til noen skygge på beite. Alle kyrne hadde en CowManager-øremerkesensor for å registrere drøvtygging, spising, ikke-aktiv og aktiv atferd for alle kyrne. Dessuten ble en SmaXtec-bolus plassert i netthinnen til kua og registrert indre kroppstemperatur, samt aktivitet og drikkeanfall til kuene. Høye omgivelsestemperaturer på dagtid under studien varierte fra 81 til 93 ℉.
Skyggen og ingen skygge kuer var like for atferdsmålinger og fluetall på kuer. Skyggekyrne hadde generelt mindre høy aktivitet enn ingen skyggekyr, fordi de sto under solcellepanelene i de varme timene på dagen. Daglige drikkeanfall var like for kyr. Respirasjonsfrekvenser for skyggekuer og ingen skyggekyr var like i morgentimene, men i løpet av ettermiddagen hadde skyggekyr lavere respirasjonsfrekvens (66 pust/min) enn ingen skyggekyr (78 pust/min). Overraskende nok var melk-, fett- og proteinproduksjonen ikke forskjellig for kyr om de hadde skygge eller ingen skygge. Sannsynligvis ble det ikke observert noen forskjell for produksjonen fordi kyrne kun var i skyggen i 28 dager av de 175 dagene kyrne beitet om sommeren. Langtidseffekter av melkeproduksjonen kan ha blitt observert hvis kyrne hadde vært i skyggen hele sommeren.
Timebaserte kroppstemperaturresultater viser at ingen skyggekyr hadde høyere indre kroppstemperaturer (+1℉) enn skyggekyr fra kl. 13.00 til 12.00. Mellom melketidene (kl. 10.00 til 20.00) hadde skyggekyrne lavere indre kroppstemperaturer enn ingen skyggekyr. Alle kyrne hadde lignende kroppstemperaturer i nattetimer.
Basert på resultatene fra denne studien kan kyr ha ofret beitetid for å stå i skyggens beskyttelse. Fremtidig forskning med vårt solcellepanel vil undersøke reproduksjonsevnen til kyrne, og langsiktige effekter på melk, fett og proteinproduksjon, kroppsvekt, kroppstilstand og dyrehelse og velvære. Vår studie indikerer at agrivoltaics kan gi en akseptabel metode for varmereduksjon til beitede melkekyr, samt generere elektrisk energi til bønder, og dermed redusere karbonavtrykket til melkedriften. I fremtiden vil vi utforske sporingssystemer for solenergi i husdyrhold, bruke solcellepaneler som vindfang for storfe, og vurdere avlinger og fôr som vil vokse best under solsystemer. Økonomiske virkninger av det agrovoltaiske systemet og landproduktiviteten fra solcelleanlegg vil drive bruken av solcelleanlegg på gården.
