Quelle: wcroc.cfans.umn.edu
Die Agrarindustrie verbraucht bei der Produktion von Nahrungsmitteln, Futtermitteln, Ballaststoffen und Energie enorme Mengen an fossilen Brennstoffen. Von der Elektrizität, die Milch kühlt, über den Treibstoff, der in Mähdreschern und Traktoren auf Getreidefeldern verbrannt wird, bis hin zu den Lastwagen, die Waren auf den Markt bringen, bis hin zum Stickstoffdünger, der Pflanzen nährt; Die Agrarindustrie ist auf große und konstante Vorräte an einer breiten Palette fossiler Energiequellen angewiesen. Die Abhängigkeit und der Durst der Landwirtschaft nach fossilen Brennstoffen bergen erhebliche wirtschaftliche, ökologische und soziale Risiken für die Nation und die Welt. Agri-PV ist eine Möglichkeit für Erzeuger, ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, die Produktionskosten zu senken, die Flächeneffizienz zu steigern, Futter und Ernten für Milchkühe zu verbessern sowie die Milchproduktion und die Gesundheit von Milchkühen zu steigern. Der Einsatz einer bodenmontierten PV-Anlage in einer Molkerei könnte Milchkühen bei extremer Hitze Schatten spenden und den Landwirten eine alternative Einnahmequelle bieten.
Durch frühere Investitionen und institutionelle Erfahrungen in der Forschung zu erneuerbaren Energien und Milchproduktion hat das West Central Research and Outreach Center (WCROC) der University of Minnesota eine weltweit einzigartige Chance, eine neue grüne Revolution anzuführen – eine Revolution, die die derzeit in der Agrarindustrie verbrauchte Energie umweltfreundlicher macht . Der Molkereibetrieb Morris melkt 275 Kühe zweimal täglich und ist repräsentativ für einen mittelgroßen Milchviehbetrieb in Minnesota. Die Kühe verteilen sich nahezu gleichmäßig auf eine konventionelle und eine zertifizierte Bio-Weideherde.
Es gibt keine Forschung, die den Einsatz einer bodenmontierten Solaranlage zur Beschattung von Milchkühen untersucht und die Auswirkungen auf Milchkühe ermittelt hat. Daher wollte unser Team die Auswirkungen der Beschattung durch Photovoltaik-Solarpaneele auf die Produktion, die Gesundheit und das Verhalten von Milchkühen auf der Weide untersuchen. Im Sommer 2018 wurde auf einer Weide des WCROC eine 30-Kilowatt-Freilandsolaranlage installiert. Die Paneele wurden in einem Winkel von 35° nach Süden und 8 bis 10 Fuß über dem Boden montiert, damit die Kühe die Paneele nicht erreichen konnten. Bei den Solarmodulen handelte es sich um Heliene-Module (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario und Minneapolis, MN), die Wechselrichter und Optimierer von Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) verwendeten und von Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN) installiert wurden. Der Kostenanstieg für die Montage der Paneele über den Kühen war minimal und die Gesamtkosten betrugen etwa 90 $000.
Die Milchkuhstudie auf der Weide wurde von Juni 2019 bis September 2019 durchgeführt. Vierundzwanzig Kreuzungskühe wurden einer von zwei Behandlungen zugewiesen: Beschattung durch Solar-PV oder keine Beschattung. Die schattenfreien Kühe hatten keinen Zugang zu Schatten auf der Weide. Alle Kühe verfügten über einen CowManager-Ohrmarkensensor, um das Wiederkäuen, Fressen, nicht aktive und aktive Verhalten aller Kühe aufzuzeichnen. Außerdem wurde ein SmaXtec-Bolus in das Retikulum der Kuh platziert und die innere Körpertemperatur sowie die Aktivität und Trinkgewohnheiten der Kühe aufgezeichnet. Die Tageshöchsttemperaturen während der Studie lagen zwischen 81 und 93℉.
Die Verhaltensmessungen und die Fliegenanzahl der Kühe bei den Schatten- und Nichtschattenkühen waren ähnlich. Die Schattenkühe hatten insgesamt eine geringere hohe Aktivität als die Kühe ohne Schatten, da sie in den heißen Stunden des Tages unter den Solarpaneelen standen. Die täglichen Trinkgelage waren bei Kühen ähnlich. Die Atemfrequenzen von Kühen im Schatten und von Kühen ohne Schatten waren in den Morgenstunden ähnlich, aber am Nachmittag hatten Schattenkühe niedrigere Atemfrequenzen (66 Atemzüge/Minute) als Kühe ohne Schatten (78 Atemzüge/Minute). Überraschenderweise unterschieden sich Milch-, Fett- und Proteinproduktion bei Kühen nicht, unabhängig davon, ob sie Schatten hatten oder nicht. Möglicherweise wurde bei der Produktion kein Unterschied festgestellt, da die Kühe im Sommer von den 175 Weidetagen nur 28 Tage im Schatten standen. Es könnten langfristige Auswirkungen auf die Milchproduktion beobachtet worden sein, wenn die Kühe den ganzen Sommer über im Schatten gewesen wären.
Stündliche Ergebnisse der Körpertemperatur zeigen, dass keine Schattenkühe von 13.00 Uhr bis 24.00 Uhr eine höhere innere Körpertemperatur (+1℉) hatten als Schattenkühe. Zwischen den Melkzeiten (10 bis 20 Uhr) hatten die Schattenkühe niedrigere innere Körpertemperaturen als die Nichtschattenkühe. Alle Kühe hatten in den Nachtstunden ähnliche Körpertemperaturen.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie haben Kühe möglicherweise die Weidezeit geopfert, um im Schutz des Schattens zu stehen. Zukünftige Forschungen mit unserem Solarpanel werden die Fortpflanzungsleistung der Kühe sowie langfristige Auswirkungen auf die Milch-, Fett- und Proteinproduktion, das Körpergewicht, den Körperzustand sowie die Gesundheit und das Wohlbefinden der Tiere untersuchen. Unsere Studie zeigt, dass Agri-PV eine akzeptable Methode zur Wärmereduzierung von Milchkühen auf der Weide darstellen und elektrische Energie für Landwirte erzeugen kann, wodurch der CO2-Fußabdruck des Molkereibetriebs verringert wird. In der Zukunft werden wir Nachführsysteme für Solarenergie in Tierhaltungsbetrieben erforschen, Solarpaneele als Windschutz für Rinder einsetzen und Nutzpflanzen und Futtermittel bewerten, die unter Solarsystemen am besten gedeihen. Die wirtschaftlichen Auswirkungen des Agrar-PV-Systems und die Landproduktivität von Solarparks werden die Einführung von Solar-Photovoltaik-Systemen in landwirtschaftlichen Betrieben vorantreiben.