منبع: wcroc.cfans.umn.edu
صنعت کشاورزی مقدار زیادی سوخت فسیلی در تولید مواد غذایی، خوراک، فیبر و انرژی مصرف می کند. از برقی که شیر را خنک میکند، تا سوختی که در کمباینها و تراکتورها در مزارع غلات سوزانده میشود، تا کامیونهایی که کالاها را به بازار میآورند، و تا کود نیتروژنی که گیاهان را تغذیه میکند. صنعت کشاورزی اسیر منابع عظیم و ثابت طیف وسیعی از انرژی های فسیلی است. وابستگی و تشنگی کشاورزی به سوخت های فسیلی خطرات اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی قابل توجهی را برای ملت و جهان به همراه دارد. Agrivoltaics یکی از راههایی است که تولیدکنندگان میتوانند کمتر به سوختهای فسیلی وابسته شوند، هزینههای تولید را کاهش دهند، کارایی زمین را افزایش دهند، علوفهها و محصولات کشاورزی را برای استفاده گاوهای شیری بهبود بخشند و تولید شیر و سلامت گاوهای شیری را افزایش دهند. استفاده از یک سیستم PV روی زمین در محیطهای لبنی میتواند برای گاوهای شیری در طول رویدادهای گرمای شدید سایه ایجاد کند و یک وسیله درآمد جایگزین برای کشاورزان فراهم کند.
از طریق سرمایهگذاریهای گذشته و تجربه نهادی در تحقیقات انرژیهای تجدیدپذیر و تولید لبنیات، مرکز تحقیقات و توسعه مرکزی دانشگاه مینهسوتا غرب (WCROC) فرصتی منحصر به فرد در سطح جهانی برای رهبری یک انقلاب سبز جدید دارد - انقلابی که انرژی سبز را در حال حاضر در صنعت کشاورزی مصرف میکند. . کارخانه لبنی موریس 275 گاو را دو بار در روز می دوش و نماینده یک مزرعه لبنی متوسط در مینه سوتا است. گاوها تقریباً به طور مساوی بین یک گله مرسوم و یک گله چرای ارگانیک تایید شده تقسیم می شوند.
هیچ تحقیقی وجود ندارد که استفاده از سیستم خورشیدی روی زمین را برای ایجاد سایه برای گاوهای شیری و تعیین اثرات آن بر گاوهای شیری بررسی کرده باشد. بنابراین، تیم ما می خواست اثرات سایه پانل های فتوولتائیک خورشیدی بر تولید، سلامت و رفتار گاوهای شیری مرتع را بررسی کند. در طول تابستان 2018، یک سیستم خورشیدی 30 کیلوواتی زمینی در مرتعی در WCROC نصب شد. پانل ها در 35 درجه جنوبی و 8 تا 10 فوت از زمین نصب شده بودند تا گاوها نتوانند به پانل ها برسند. پانل های خورشیدی پانل های هلین (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario and Minneapolis, MN) با استفاده از اینورترها و بهینه سازهای Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) بودند و توسط Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN) نصب شدند. افزایش هزینه برای نصب پانل ها در بالای گاوها حداقل و هزینه کل حدود 90 دلار بود000.
مطالعه گاوهای شیری مرتعی از ژوئن 2019 تا سپتامبر 2019 انجام شد. بیست و چهار گاو دورگه به یکی از دو تیمار اختصاص داده شدند: سایه از PV خورشیدی یا بدون سایه. گاوهای بدون سایه به هیچ سایه ای در مرتع دسترسی نداشتند. همه گاوها دارای سنسور برچسب گوش CowManager برای ثبت رفتارهای نشخوار، خوردن، غیرفعال بودن و فعال بودن برای همه گاوها بودند. همچنین یک بولوس SmaXtec در شبکه گاو قرار داده شد و دمای داخلی بدن و همچنین فعالیت و دوره های نوشیدن گاوها را ثبت کرد. دمای بالای محیط در طول روز در طول مطالعه از 81 تا 93 درجه سانتیگراد متغیر بود.
گاوهای سایهدار و بدون سایه برای اندازهگیریهای رفتاری و تعداد پرواز در گاوها مشابه بودند. گاوهای سایه دار فعالیت کلی کمتری نسبت به گاوهای بدون سایه داشتند، زیرا در ساعات گرم روز در زیر صفحات خورشیدی ایستاده بودند. دوره های نوشیدن روزانه برای گاوها مشابه بود. نرخ تنفس برای گاوهای سایه دار و بدون سایه در طول ساعات صبح مشابه بود، اما در طول بعد از ظهر، گاوهای سایه دار نرخ تنفس کمتری (66 تنفس در دقیقه) نسبت به گاوهای بدون سایه (78 تنفس در دقیقه) داشتند. با کمال تعجب، تولید شیر، چربی و پروتئین برای گاوها تفاوتی نداشت، چه سایه داشته باشند و چه بدون سایه. احتمالاً هیچ تفاوتی برای تولید مشاهده نشد زیرا گاوها فقط 28 روز از 175 روزی که گاوها در تابستان چرا می کردند، زیر سایه بودند. اگر گاوها در تمام تابستان زیر سایه بودند، ممکن است اثرات طولانی مدت تولید شیر مشاهده شده باشد.
نتایج دمای بدن ساعتی نشان میدهد که هیچ گاو سایهدار دمای داخلی بدن ({0}}℉) بیشتری نسبت به گاوهای سایهدار از ساعت 1 بعد از ظهر تا 12 نیمه شب نداشت. بین زمانهای شیردوشی (10 صبح تا 8 شب)، گاوهای سایهدار دمای داخلی بدنشان پایینتر از گاوهای بدون سایه بودند. دمای بدن همه گاوها در طول ساعات شب یکسان بود.
بر اساس نتایج این مطالعه، گاوها ممکن است زمان چرا را برای ایستادن در حفاظت از سایه قربانی کرده باشند. تحقیقات آینده با پنل خورشیدی ما عملکرد تولید مثلی گاوها و اثرات بلندمدت بر تولید شیر، چربی و پروتئین، وزن بدن، وضعیت بدن و سلامت و رفاه حیوانات را بررسی خواهد کرد. مطالعه ما نشان میدهد که agrivoltaics ممکن است روش قابل قبولی برای کاهش گرما برای گاوهای شیری مرتع و همچنین تولید انرژی الکتریکی برای کشاورزان فراهم کند، بنابراین ردپای کربن عملیات شیری را کاهش میدهد. در آینده، سیستمهای ردیابی خورشیدی را در مزارع دام کاوش خواهیم کرد، از پنلهای خورشیدی بهعنوان بادشکن برای گاو استفاده میکنیم و محصولات و علوفههایی را که در سیستمهای خورشیدی بهترین رشد را دارند، ارزیابی خواهیم کرد. اثرات اقتصادی سیستم agrivoltaic و بهره وری زمین از مزارع خورشیدی، پذیرش سیستم های فتوولتائیک خورشیدی در مزرعه را هدایت می کند.