Šaltinis: wcroc.cfans.umn.edu
Žemės ūkio pramonė sunaudoja didžiulį kiekį iškastinio kuro gamindama maistą, pašarus, pluoštą ir energiją. Nuo elektros, kuri aušina pieną, iki kuro, kuris deginamas kombainuose ir traktoriuose grūdų laukuose, iki sunkvežimių, kurie atveža prekes į rinką, ir iki azoto trąšų, kurios maitina augalus; žemės ūkio pramonė yra nelaisvė dideliam ir nuolatiniam įvairių iškastinio kuro energijos tiekimui. Žemės ūkio priklausomybė ir troškulys iškastiniam kurui kelia didelę ekonominę, aplinkos ir socialinę riziką tautai ir pasauliui. Agrivoltaics yra vienas iš būdų, kaip gamintojai gali tapti mažiau priklausomi nuo iškastinio kuro, sumažinti gamybos sąnaudas, padidinti žemės efektyvumą, pagerinti pašarus ir pasėlius, skirtus pieniniams galvijams, ir pagerinti pieno gamybą bei melžiamų karvių sveikatą. Naudojant ant žemės montuojamą fotovoltinės energijos sistemą melžiamoje aplinkoje, būtų galima pavėsį melžiamoms karvėms ekstremalių karščių metu ir suteikti ūkininkams alternatyvių pajamų šaltinių.
Per ankstesnes investicijas ir institucinę patirtį atsinaujinančios energijos ir pieno gamybos tyrimų srityje, Minesotos universiteto Vakarų centrinis tyrimų ir informavimo centras (WCROC) turi unikalią pasaulyje galimybę vadovauti naujai žaliajai revoliucijai – revoliucijai, kuri ekologiškai padidina šiuo metu žemės ūkio pramonėje vartojamą energiją. . „Morris“ pienininkystės įmonė du kartus per dieną melžia 275 karves ir yra vidutinio dydžio Minesotos pieno ūkio atstovas. Karvės beveik po lygiai pasiskirsto į tradicinę ir sertifikuotą ekologišką ganyklą.
Nėra tyrimų, kuriuose būtų ištirtas antžeminės saulės sistemos naudojimas melžiamoms karvėms suteikti pavėsį ir nustatyti poveikį melžiamoms karvėms. Todėl mūsų komanda norėjo ištirti saulės fotovoltinių plokščių šešėlio poveikį ganomų melžiamų karvių gamybai, sveikatai ir elgesiui. 2018 m. vasarą WCROC ganykloje buvo įrengta 30 kilovatų antžeminė saulės sistema. Plokštės buvo sumontuotos 35˚ į pietus ir 8–10 pėdų atstumu nuo žemės, kad karvės negalėtų pasiekti plokščių. Saulės baterijos buvo „Heliene“ plokštės („Heliene Photovoltaic Modules“, Marie, Ontario ir Mineapolis, MN), naudojant „Solar Edge“ („Solar Edge“, Fremont, CA) keitiklius ir optimizatorius, ir jas įdiegė „Zenergy“ („Zenergy“, „Sebeka“, MN). Išlaidos už plokščių montavimą virš karvių padidėjo minimaliai, o bendra kaina buvo apie 90 USD, 000.
Ganomų melžiamų karvių tyrimas buvo atliktas nuo 2019 m. birželio mėn. iki 2019 m. rugsėjo mėn. Dvidešimt keturioms mišrūnėms karvėms buvo paskirtas vienas iš dviejų gydymo būdų: pavėsis nuo saulės PV arba be šešėlio. Pavėsyje esančios karvės neturėjo galimybės patekti į pavėsį ganyklose. Visos karvės turėjo „CowManager“ ausų įsagų jutiklį, kuris fiksavo visų karvių rujojimą, valgymą, neaktyvų ir aktyvų elgesį. Taip pat SmaXtec boliusas buvo įdėtas į karvės tinklelį ir užfiksavo vidinę kūno temperatūrą, taip pat karvių aktyvumą ir girtumą. Dienos aukšta aplinkos temperatūra tyrimo metu svyravo nuo 81 iki 93 ℉.
Atspalvio ir be šešėlio karvės buvo panašios pagal elgsenos matavimus ir karvių musių skaičių. Pavėsyje laikomų karvių bendras aktyvumas buvo mažesnis nei be šešėlių, nes karštą paros valandą jos stovėjo po saulės kolektoriais. Karvių kasdienės girtavimo priepuoliai buvo panašūs. Kvėpavimo dažnis pavėsyje ir be pavėsio karvių ryto valandomis buvo panašus, tačiau po pietų pavėsyje gyvenančių karvių kvėpavimo dažnis buvo mažesnis (66 įkvėpimai/min.) nei be pavėsyje esančių karvių (78 įkvėpimai/min). Keista, bet pieno, riebalų ir baltymų gamyba karvėms nesiskyrė, nesvarbu, ar jos turėjo šešėlį, ar be jo. Gali būti, kad produkcijos skirtumo nepastebėta, nes karvės pavėsyje buvo tik 28 dienas iš 175 dienų, kurias karvės ganė per vasarą. Ilgalaikis pieno gamybos poveikis galėjo būti pastebėtas, jei karvės visą vasarą buvo pavėsyje.
Valandiniai kūno temperatūros rezultatai rodo, kad nė vienos šešėlinės karvės vidinė kūno temperatūra (+1℉) nebuvo aukštesnė nei pavėsyje nuo 13:00 iki 12 vidurnakčio. Tarp melžimo laikotarpių (10:00–20:00) pavėsyje laikomų karvių vidinė kūno temperatūra buvo žemesnė nei be šešėlių karvių. Visų karvių kūno temperatūra nakties valandomis buvo panaši.
Remiantis šio tyrimo rezultatais, karvės galėjo paaukoti ganymo laiką, kad stovėtų pavėsyje. Būsimuose mūsų saulės kolektorių tyrimuose bus tiriamas karvių reprodukcinis efektyvumas ir ilgalaikis poveikis pieno, riebalų ir baltymų gamybai, kūno svoriui, kūno būklei ir gyvūnų sveikatai bei gerovei. Mūsų tyrimas rodo, kad žemės ūkio energija gali būti priimtinas šilumos mažinimo būdas ganomoms melžiamoms karvėms, taip pat generuoti elektros energiją ūkininkams, taip sumažinant pienininkystės veiklos anglies pėdsaką. Ateityje tyrinėsime saulės energijos sekimo sistemas gyvulininkystės ūkiuose, naudosime saulės baterijas kaip vėjo apsaugas galvijams ir įvertinsime pasėlius bei pašarus, kurie geriausiai augs saulės sistemose. Dėl žemės ūkio energijos sistemos ekonominio poveikio ir saulės energijos ūkių žemės našumo ūkiuose bus pradėtos naudoti saulės fotovoltinės sistemos.