מקור: wcroc.cfans.umn.edu
התעשייה החקלאית צורכת כמות עצומה של דלק מאובנים בייצור מזון, מזון, סיבים ואנרגיה. מהחשמל שמקרר חלב, דרך הדלק שנשרף בקומביינים ובטרקטורים בשדות התבואה, דרך המשאיות שמוציאות סחורה לשוק ועד לדשן החנקן שמזין צמחים; התעשייה החקלאית שבויה באספקה גדולה וקבועה של מגוון רחב של אנרגיה מאובנים. התלות והצמא של החקלאות לדלק מאובנים טומנים בחובם סיכונים כלכליים, סביבתיים וחברתיים משמעותיים עבור המדינה והעולם. Agrivoltaics היא אחת הדרכים שבהן היצרנים יוכלו להיות פחות תלויים בדלקים מאובנים, להוריד את עלויות הייצור, להגביר את יעילות הקרקע, לשפר מספוא ויבולים לשימוש בקר לחלב ולהגדיל את ייצור החלב ובריאותו של פרות חולבות. שימוש במערכת PV צמודת קרקע בסביבה חלבית יכול לספק צל לפרות חולבות במהלך אירועי חום קיצוניים ולספק לחקלאים אמצעי הכנסה חלופי.
באמצעות השקעות עבר וניסיון מוסדי במחקר אנרגיה מתחדשת וייצור חלב, למרכז המחקר וההסברה המרכזי של אוניברסיטת מינסוטה מערב (WCROC) יש הזדמנות ייחודית עולמית להוביל מהפכה ירוקה חדשה - מהפכה שמיריקה אנרגיה הנצרכת כיום בתעשיית החקלאות . מחלבת מוריס חולבת 275 פרות פעמיים ביום והיא נציגה של רפת בינונית במינסוטה. הפרות מחולקות כמעט באופן שווה בין עדר מרעה רגיל לעדר מרעה אורגני מוסמך.
אין מחקר שחקר את השימוש במערכת סולארית קרקעית כדי לספק צל לפרות חולבות ולקבוע את ההשפעות על פרות חולבות. לכן, הצוות שלנו רצה לחקור את ההשפעות של צל מפאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים על הייצור, הבריאות וההתנהגות של פרות חולבות במרעה. במהלך קיץ 2018, הותקנה מערכת סולארית קרקעית של 30 קילוואט במרעה ב-WCROC. הלוחות הותקנו ב-35˚ דרומה ובמרחק של 8 עד 10 רגל מהקרקע, כך שפרות לא יכלו להגיע לפנלים. הפאנלים הסולאריים היו פאנלים של Heliene (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario ו-Minneapolis, MN) באמצעות ממירי ואופטימיזציה של Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) והותקנו על ידי Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). עליית העלות עבור הרכבת הפאנלים מעל הפרות הייתה מינימלית והעלות הכוללת הייתה כ-$90,000.
מחקר פרות חולבות במרעה נערך מיוני 2019 עד ספטמבר 2019. עשרים וארבע פרות הכלאות הוקצו לאחד משני טיפולים: צל מ-PV שמש או ללא צל. לפרות ללא צל לא הייתה גישה לשום צל במרעה. לכל הפרות היה חיישן תג אוזן של CowManager כדי לתעד התנהגויות הגירה, אכילה, לא פעילות והתנהגויות פעילות עבור כל הפרות. כמו כן, הונח בולוס SmaXtec ברטיקולום של הפרה ותועד טמפרטורת גוף פנימית, כמו גם פעילות ושתייה של פרות. טמפרטורות סביבה גבוהות בשעות היום במהלך המחקר נעו בין 81 ל-93℉.
הפרות בצל ובלי צל היו דומים למדידות התנהגותיות ומספרי זבובים על פרות. לפרות הצל היה פחות פעילות גבוהה יותר מאשר ללא פרות צל, מכיוון שהן עמדו מתחת לפאנלים הסולאריים בשעות החמות של היום. התקפי השתייה היומיומיים היו דומים עבור פרות. שיעורי הנשימה עבור פרות צל וללא צל היו דומים בשעות הבוקר, אך במהלך אחר הצהריים, לפרות צל היו קצבי נשימה נמוכים יותר (66 נשימות לדקה) מאשר ללא צל פרות (78 נשימות לדקה). באופן מפתיע, ייצור חלב, שומן וחלבון לא היה שונה עבור פרות בין אם היה להן צל או ללא צל. ייתכן בהחלט שלא נצפה הבדל בייצור מכיוון שהפרות היו בצל רק 28 ימים מתוך 175 הימים שהפרות רעו במהלך הקיץ. ייתכן שנצפו השפעות ארוכות טווח של ייצור חלב אילו פרות היו בצל במשך כל הקיץ.
תוצאות של טמפרטורת גוף לפי שעה מראות שלאף פרות צל לא הייתה טמפרטורת גוף פנימית גבוהה יותר (+1℉) מאשר פרות צל משעה 13:00 עד 12 בחצות. בין זמני החליבה (10:00 עד 20:00), לפרות בצל היו טמפרטורות גוף פנימיות נמוכות יותר מאשר ללא צל פרות. לכל הפרות היו טמפרטורות גוף דומות במהלך שעות הלילה.
בהתבסס על תוצאות מחקר זה, ייתכן שהפרות הקריבו זמן מרעה כדי לעמוד בהגנה על הצל. מחקר עתידי עם הפאנל הסולארי שלנו יחקור את ביצועי הרבייה של הפרות, והשפעות ארוכות טווח על ייצור חלב, שומן וחלבון, משקל הגוף, מצב הגוף ובריאות ורווחת בעלי החיים. המחקר שלנו מצביע על כך ש-agrivoltaics עשויה לספק שיטה מקובלת של הפחתת חום לפרות חולבות במרעה, כמו גם לייצר אנרגיה חשמלית לחקלאים, ובכך להפחית את טביעת הרגל הפחמנית של פעולת החלב. בעתיד, נבדוק מערכות מעקב לשמש בחוות בעלי חיים, נשתמש בפאנלים סולאריים כמשבי רוח לבהמות, ונבחן יבולים ומספוא שיצמחו בצורה הטובה ביותר תחת מערכות סולאריות. השפעות כלכליות של המערכת החקלאית ותפוקת הקרקע מחוות סולאריות יניעו את האימוץ של מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות בחווה.