Forrás: wcroc.cfans.umn.edu
A mezőgazdasági ipar hatalmas mennyiségű fosszilis tüzelőanyagot fogyaszt élelmiszer, takarmány, rost és energia előállítása során. A tejet hűtő elektromosságtól kezdve a gabonaföldeken a kombájnokban és traktorokban elégetett üzemanyagon át a piacra árut szállító teherautókig és a növényeket tápláló nitrogénműtrágyáig; a mezőgazdasági ipar a fosszilis energia széles körének nagy és állandó ellátásának foglya. A mezőgazdaság fosszilis tüzelőanyag-függősége és szomjúsága jelentős gazdasági, környezeti és társadalmi kockázatokkal jár a nemzet és a világ számára. Az agrovoltaics az egyik módja annak, hogy a termelők kevésbé függjenek a fosszilis tüzelőanyagoktól, csökkentsék a termelési költségeket, növeljék a talaj hatékonyságát, javítsák a takarmányokat és a tejelő szarvasmarhák számára hasznosítható növényeket, valamint javítsák a tejtermelést és a tejelő tehenek egészségi állapotát. A földre szerelt fotovoltaikus rendszer tejüzemben történő alkalmazása árnyékot biztosíthat a tejelő teheneknek a szélsőséges hőség idején, és alternatív bevételi lehetőséget biztosíthat a gazdáknak.
A megújuló energiával és a tejtermeléssel kapcsolatos kutatásokkal kapcsolatos múltbeli befektetései és intézményi tapasztalatai révén a Minnesota Egyetem Nyugat-Központi Kutatási és Tájékoztatási Központja (WCROC) egyedülálló lehetőséget kínál arra, hogy egy új zöld forradalmat vezessen – egy olyan forradalmat, amely környezetbaráttá teszi a mezőgazdasági iparban jelenleg fogyasztott energiát. . A Morris tejüzem 275 tehenet fej meg naponta kétszer, és egy közepes méretű minnesotai tehenészetet képvisel. A tehenek szinte egyenletesen oszlanak meg egy hagyományos és egy minősített bio-legelő állomány között.
Nincs olyan kutatás, amely a földre szerelt napelemes rendszer alkalmazását vizsgálta volna a tejelő tehenek árnyékolására és a tejelő tehenekre gyakorolt hatások meghatározására. Ezért csapatunk meg akarta vizsgálni a napelemes napelemek árnyékának a legeltetett tejelő tehenek termelésére, egészségére és viselkedésére gyakorolt hatását. 2018 nyarán egy 30 kilowattos, földre szerelt napelemes rendszert telepítettek a WCROC legelőjére. A paneleket 35˚ déli szögben és a talajtól 8-10 lábra szerelték fel, hogy a tehenek ne érhessék el a paneleket. A napelemek Heliene panelek (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario és Minneapolis, MN) voltak Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) inverterekkel és optimalizálókkal, és a Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN) telepítette őket. A tehenek fölé épített panelek költségnövekedése minimális volt, és a teljes költség körülbelül 90 USD volt,000.
A legeltetett tejelő tehenekkel végzett vizsgálatot 2019 júniusa és 2019 szeptembere között végezték. Huszonnégy keresztezett tehenet két kezelés egyikére rendeltek: árnyékolás a napsugárzástól vagy árnyék nélkül. Az árnyék nélküli tehenek nem fértek hozzá árnyékhoz a legelőn. Minden tehén rendelkezett CowManager füljelző érzékelővel, amely minden tehénnél rögzíti a kérődzést, az evést, a nem aktív és az aktív viselkedést. Ezenkívül egy SmaXtec bólust helyeztek a tehén retikulumába, és rögzítették a belső testhőmérsékletet, valamint a tehenek aktivitását és ivási rohamát. A nappali magas környezeti hőmérséklet a vizsgálat során 81 és 93 ℉ között volt.
Az árnyékos és árnyék nélküli tehenek viselkedési mérései és légyszáma hasonló volt a tehenek esetében. Az árnyékos tehenek összességében kisebb aktivitást mutattak, mint a nem árnyékos tehenek, mivel a nap meleg óráiban a napelemek alatt álltak. A napi ivási rohamok hasonlóak voltak a teheneknél. Az árnyékos és az árnyékos tehenek légzési gyakorisága hasonló volt a délelőtti órákban, de a délutáni órákban az árnyékos tehenek légzési gyakorisága alacsonyabb volt (66 légzés/perc), mint a nem árnyékos tehenek (78 légzés/perc). Meglepő módon a tehenek tej-, zsír- és fehérjetermelése nem különbözött attól, hogy volt-e árnyékban vagy nem. Valószínűleg nem volt különbség a termelésben, mivel a tehenek a nyár folyamán legeltetett 175 napból csak 28 napig voltak árnyékban. A tejtermelés hosszú távú hatásai megfigyelhetők lettek volna, ha a tehenek egész nyáron árnyékban voltak.
Az óránkénti testhőmérséklet-eredmények azt mutatják, hogy délután 1 és éjfél között egyetlen árnyékos tehenek belső testhőmérséklete (+1℉) sem volt magasabb, mint az árnyékos tehenek. A fejési idők között (10 és 20 óra között) az árnyékos tehenek belső testhőmérséklete alacsonyabb volt, mint az árnyékos teheneké. Minden tehénnek hasonló volt a testhőmérséklete az éjszakai órákban.
A vizsgálat eredményei alapján a tehenek feláldozhatták a legeltetési időt, hogy árnyékban álljanak. A napelemünkkel végzett jövőbeni kutatások a tehenek szaporodási teljesítményét, valamint a tej-, zsír- és fehérjetermelésre, testtömegre, testkondícióra, valamint az állatok egészségére és jólétére gyakorolt hosszú távú hatásokat vizsgálják. Tanulmányunk azt mutatja, hogy az agrovoltaik elfogadható hőcsökkentési módszert jelenthetnek a legeltetett tejelő tehenek számára, valamint elektromos energiát termelhetnek a gazdálkodók számára, így csökkentve a tejtermelés szénlábnyomát. A jövőben feltárjuk a napelemes nyomkövető rendszereket az állattartó telepeken, napelemeket használunk szélfogóként a szarvasmarhák számára, és értékeljük azokat a növényeket és takarmányokat, amelyek a legjobban fejlődnek a napelemes rendszerekben. Az agrárelektromos rendszer gazdasági hatásai és a napelemes farmok termőképessége ösztönözni fogja a napelemes fotovoltaikus rendszerek gazdaságokban történő alkalmazását.
