Bron: wcroc.cfans.umn.edu
De landbouwindustrie verbruikt een enorme hoeveelheid fossiele brandstoffen bij de productie van voedsel, veevoer, vezels en energie. Van de elektriciteit die melk koelt, tot de brandstof die wordt verbrand in maaidorsers en tractoren in graanvelden, tot de vrachtwagens die goederen op de markt brengen, en tot de stikstofkunstmest die planten voedt; de landbouwindustrie is afhankelijk van een grote en constante aanvoer van een breed scala aan fossiele energie. De afhankelijkheid van en de honger van de landbouw naar fossiele brandstoffen brengt aanzienlijke economische, ecologische en sociale risico's met zich mee voor de natie en de wereld. Agrivoltaïsche energie is een van de manieren waarop producenten minder afhankelijk kunnen worden van fossiele brandstoffen, de productiekosten kunnen verlagen, de landefficiëntie kunnen vergroten, het voer en de gewassen kunnen verbeteren voor gebruik door melkvee, en de melkproductie en de gezondheid van melkkoeien kunnen verhogen. Het gebruik van een op de grond gemonteerd PV-systeem in een melkveeomgeving zou melkkoeien schaduw kunnen bieden tijdens extreme hitte en boeren een alternatief inkomen kunnen bieden.
Door investeringen uit het verleden en institutionele ervaring op het gebied van onderzoek naar hernieuwbare energie en zuivelproductie heeft het West Central Research and Outreach Center (WCROC) van de Universiteit van Minnesota een wereldwijd unieke kans om een nieuwe groene revolutie te leiden - een revolutie die de energie groen maakt die momenteel in de landbouwsector wordt verbruikt. . Het zuivelbedrijf Morris melkt tweemaal daags 275 koeien en is representatief voor een middelgroot melkveebedrijf in Minnesota. De koeien worden vrijwel gelijk verdeeld tussen een conventionele en een gecertificeerde biologische weidegang.
Er is geen onderzoek gedaan naar het gebruik van een op de grond gemonteerd zonnestelsel om schaduw te bieden aan melkkoeien en om de effecten op melkkoeien vast te stellen. Daarom wilde ons team de effecten van schaduw van fotovoltaïsche zonnepanelen op de productie, gezondheid en gedrag van weidemelkkoeien onderzoeken. In de zomer van 2018 werd in een weiland bij de WCROC een op de grond gemonteerd zonnestelsel van 30 kilowatt geïnstalleerd. De panelen werden op 35˚ zuidelijk en 2,5 tot 3 meter boven de grond gemonteerd, zodat koeien de panelen niet konden bereiken. De zonnepanelen waren Heliene-panelen (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario en Minneapolis, MN) met behulp van Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) omvormers en optimizers en werden geïnstalleerd door Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). De kostenstijging voor het monteren van de panelen boven de koeien was minimaal en de totale kosten bedroegen ongeveer $90,000.
Het onderzoek naar weidemelkkoeien werd uitgevoerd van juni 2019 tot en met september 2019. Vierentwintig gekruiste koeien werden toegewezen aan een van de twee behandelingen: schaduw van zonne-PV of geen schaduw. De koeien zonder schaduw hadden geen toegang tot enige schaduw op de weide. Alle koeien hadden een CowManager-oormerksensor om herkauwend, vretend, niet-actief en actief gedrag van alle koeien vast te leggen. Ook werd een SmaXtec-bolus in het reticulum van de koe geplaatst en werd de interne lichaamstemperatuur, evenals de activiteit en drinkbuien van koeien geregistreerd. Hoge omgevingstemperaturen overdag varieerden tijdens het onderzoek van 81 tot 93℉.
De schaduw- en geen-schaduwkoeien waren vergelijkbaar voor gedragsmetingen en vliegaantallen bij koeien. De schaduwkoeien hadden over het algemeen minder hoge activiteit dan de niet-schaduwkoeien, omdat ze tijdens de warme uren van de dag onder de zonnepanelen stonden. De dagelijkse drinkbeurten waren vergelijkbaar voor koeien. De ademhalingsfrequenties voor koeien in de schaduw en koeien zonder schaduw waren vergelijkbaar tijdens de ochtenduren, maar tijdens de middag hadden schaduwkoeien een lagere ademhalingssnelheid (66 ademhalingen/min) dan koeien zonder schaduw (78 ademhalingen/min). Verrassend genoeg was de melk-, vet- en eiwitproductie bij koeien niet verschillend, ongeacht of ze schaduw hadden of geen schaduw. Mogelijk is er voor de productie geen verschil waargenomen, omdat koeien slechts 28 dagen in de schaduw stonden van de 175 dagen dat de koeien in de zomer graasden. Langetermijneffecten van de melkproductie zouden kunnen zijn waargenomen als koeien de hele zomer in de schaduw hadden gestaan.
Resultaten van de lichaamstemperatuur per uur laten zien dat geen enkele schaduwkoeien tussen 13.00 uur en 24.00 uur een hogere interne lichaamstemperatuur (+1℉) had dan schaduwkoeien. Tussen de melktijden (10.00 uur tot 20.00 uur) hadden de schaduwkoeien een lagere lichaamstemperatuur dan de niet-schaduwkoeien. Alle koeien hadden gedurende de nachtelijke uren een vergelijkbare lichaamstemperatuur.
Op basis van de resultaten van dit onderzoek hebben koeien mogelijk de grazingstijd opgeofferd om in de bescherming van de schaduw te staan. Toekomstig onderzoek met ons zonnepaneel zal de voortplantingsprestaties van de koeien onderzoeken, en de langetermijneffecten op de melk-, vet- en eiwitproductie, het lichaamsgewicht, de lichaamsconditie en de gezondheid en het welzijn van de dieren. Onze studie geeft aan dat agrivoltaïsche zonne-energie een aanvaardbare methode kan bieden om de hitte te verminderen voor melkkoeien in de wei, en om elektrische energie op te wekken voor boeren, waardoor de CO2-voetafdruk van de melkveehouderij wordt verkleind. In de toekomst zullen we volgsystemen voor zonne-energie in veehouderijen onderzoeken, zonnepanelen gebruiken als windscherm voor vee, en gewassen en voedergewassen evalueren die het beste zullen groeien onder zonne-energiesystemen. De economische gevolgen van het agrivoltaïsche systeem en de landproductiviteit van zonneparken zullen de adoptie van fotovoltaïsche zonne-energiesystemen op landbouwbedrijven stimuleren.
