Kaynak: wcroc.cfans.umn.edu
Tarım endüstrisi gıda, yem, lif ve enerji üretiminde çok büyük miktarda fosil yakıt tüketiyor. Sütü soğutan elektrikten, tahıl tarlalarında biçerdöver ve traktörlerde yakılan yakıttan, pazara mal getiren kamyonlara, bitkileri besleyen azotlu gübreye kadar; Tarım endüstrisi geniş yelpazedeki fosil enerjinin büyük ve sürekli arzının esiridir. Tarımın fosil yakıtlara bağımlılığı ve susuzluğu ülke ve dünya için önemli ekonomik, çevresel ve sosyal riskler taşıyor. Agrivoltaik, üreticilerin fosil yakıtlara daha az bağımlı hale gelmesinin, üretim maliyetlerinin düşürülmesinin, arazi verimliliğinin arttırılmasının, süt sığırlarının kullanımına yönelik yem ve mahsullerin iyileştirilmesinin ve süt ineklerinin süt üretiminin ve sağlığının arttırılmasının bir yoludur. Mandıra ortamında yere monteli bir PV sisteminin kullanılması, aşırı sıcak olaylar sırasında süt ineklerine gölge sağlayabilir ve çiftçilere alternatif bir gelir kaynağı sağlayabilir.
Yenilenebilir enerji ve süt ürünleri üretimi araştırmalarındaki geçmiş yatırımlar ve kurumsal deneyim sayesinde, Minnesota Üniversitesi Batı Merkez Araştırma ve Sosyal Yardım Merkezi (WCROC), yeni bir yeşil devrime (tarım endüstrisinde halihazırda tüketilen enerjiyi yeşillendiren bir devrim) öncülük etmek için küresel olarak eşsiz bir fırsata sahiptir. . Morris süt işletmesi günde iki kez 275 ineği sağıyor ve Minnesota'daki orta ölçekli bir süt çiftliğini temsil ediyor. İnekler, geleneksel ve sertifikalı organik otlayan sürüler arasında neredeyse eşit bir şekilde bölünmüş durumda.
Süt ineklerine gölge sağlamak amacıyla yere monteli güneş enerjisi sisteminin kullanımını araştıran ve süt inekleri üzerindeki etkilerini araştıran bir araştırma bulunmamaktadır. Bu nedenle ekibimiz, güneş fotovoltaik panellerinden gelen gölgenin, otlatılan süt ineklerinin üretimi, sağlığı ve davranışları üzerindeki etkilerini araştırmak istedi. 2018 yazında, WCROC'taki bir meraya 30 kilowatt'lık yere monteli bir güneş enerjisi sistemi kuruldu. Paneller, ineklerin panellere ulaşamaması için 35˚ güneye ve yerden 8 ila 10 feet yüksekliğe monte edildi. Güneş panelleri, Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) invertörleri ve optimizerleri kullanan Heliene panelleriydi (Heliene Fotovoltaik Modüller, Marie, Ontario ve Minneapolis, MN) ve Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN) tarafından kuruldu. Panelleri ineklerin üzerine monte etmenin maliyet artışı minimum düzeydeydi ve toplam maliyet yaklaşık 90$000 civarındaydı.
Meradaki süt ineği çalışması Haziran 2019'dan Eylül 2019'a kadar gerçekleştirildi. Yirmi dört melez inek iki tedaviden birine atandı: güneş enerjisiyle gölgelenen veya gölge olmayan. Gölgesi olmayan ineklerin merada herhangi bir gölgeye erişimi yoktu. Tüm ineklerde geviş getirme, yemek yeme, aktif olmayan ve aktif davranışları kaydeden bir CowManager kulak etiketi sensörü bulunuyordu. Ayrıca ineğin retikulumuna bir SmaXtec bolus yerleştirildi ve iç vücut sıcaklığının yanı sıra ineklerin aktivite ve su içme nöbetleri kaydedildi. Çalışma sırasında gündüz ortam yüksek sıcaklıkları 81 ila 93℉ arasında değişiyordu.
Gölgeli ve gölgesiz inekler, ineklerdeki davranış ölçümleri ve sinek sayıları açısından benzerdi. Gölgeli inekler, gölgesiz ineklere göre daha az genel yüksek aktiviteye sahipti çünkü günün sıcak saatlerinde güneş panellerinin altında duruyorlardı. Günlük içme nöbetleri inekler için de benzerdi. Gölgeli ve gölgesiz ineklerin solunum oranları sabah saatlerinde benzerdi, ancak öğleden sonra gölgeli ineklerin solunum oranları (66 nefes/dakika) gölgesiz ineklere (78 nefes/dakika) göre daha düşüktü. Şaşırtıcı bir şekilde, gölgeli veya gölgesiz ineklerde süt, yağ ve protein üretimi farklı değildi. Büyük olasılıkla, yazın otlatılan 175 günün yalnızca 28 günü inekler gölgede kaldığı için üretimde bir farklılık görülmedi. İneklerin tüm yaz boyunca gölgede kalması durumunda süt üretiminin uzun vadeli etkileri gözlemlenmiş olabilir.
Saatlik vücut ısısı sonuçları, hiçbir gölge ineğinin öğleden sonra 13:00'ten gece yarısı 12'ye kadar gölgedeki ineklerden daha yüksek iç vücut sıcaklığına (+1℉) sahip olmadığını göstermektedir. Sağım zamanları arasında (sabah 10'dan akşam 8'e kadar), gölgede kalan ineklerin iç vücut sıcaklıkları, gölgede olmayanlara göre daha düşüktü. Gece saatlerinde tüm ineklerin vücut sıcaklıkları benzerdi.
Bu çalışmanın sonuçlarına göre inekler, gölgede kalmak için otlatma süresini feda etmiş olabilir. Güneş panelimizle gelecekte yapılacak araştırmalar, ineklerin üreme performansının yanı sıra süt, yağ ve protein üretimi, vücut ağırlığı, vücut durumu ve hayvan sağlığı ve refahı üzerindeki uzun vadeli etkileri araştıracak. Çalışmamız, agrivoltaiklerin otlatılan süt inekleri için kabul edilebilir bir ısı azaltma yöntemi sağlayabileceğini, aynı zamanda çiftçiler için elektrik enerjisi üretebileceğini ve böylece süt işletmesinin karbon ayak izini azaltabileceğini gösteriyor. Gelecekte, hayvancılık çiftliklerinde güneş enerjisi için izleme sistemlerini araştıracağız, güneş panellerini büyükbaş hayvanlar için rüzgar kesici olarak kullanacak ve güneş sistemleri altında en iyi şekilde büyüyecek mahsulleri ve yemleri değerlendireceğiz. Agrivoltaik sistemin ekonomik etkileri ve güneş enerjisi çiftliklerinden elde edilen arazi verimliliği, çiftliklerde güneş fotovoltaik sistemlerinin benimsenmesine yol açacaktır.
