المصدر: wcroc.cfans.umn.edu
تستهلك الصناعة الزراعية كمية هائلة من الوقود الأحفوري في إنتاج الغذاء والأعلاف والألياف والطاقة. من الكهرباء التي تبرّد الحليب، إلى الوقود الذي يُحرق في الحصادات والجرارات في حقول الحبوب، إلى الشاحنات التي تنقل البضائع إلى الأسواق، وإلى الأسمدة النيتروجينية التي تغذي النباتات؛ الصناعة الزراعية أسيرة لإمدادات كبيرة ومستمرة من مجموعة واسعة من الطاقة الأحفورية. إن اعتماد الزراعة وتعطشها للوقود الأحفوري يحمل في طياته مخاطر اقتصادية وبيئية واجتماعية كبيرة للأمة والعالم. تعتبر الطاقة الزراعية إحدى الطرق التي يمكن للمنتجين من خلالها تقليل اعتمادهم على الوقود الأحفوري، وخفض تكاليف الإنتاج، وزيادة كفاءة الأراضي، وتحسين الأعلاف والمحاصيل لاستخدامها من قبل أبقار الألبان، وزيادة إنتاج الحليب والصحة في أبقار الألبان. إن استخدام نظام كهروضوئي مثبت على الأرض في بيئة إنتاج الألبان يمكن أن يوفر الظل لأبقار الألبان أثناء أحداث الحرارة الشديدة ويوفر للمزارعين وسيلة بديلة للدخل.
من خلال الاستثمارات السابقة والخبرة المؤسسية في مجال أبحاث الطاقة المتجددة وإنتاج الألبان، يتمتع مركز البحوث والتوعية المركزي الغربي بجامعة مينيسوتا (WCROC) بفرصة فريدة عالميًا لقيادة ثورة خضراء جديدة - وهي ثورة تعمل على الحفاظ على الطاقة المستهلكة حاليًا في الصناعة الزراعية. . تقوم عملية ألبان موريس بحلب 275 بقرة مرتين يوميًا وتمثل مزرعة ألبان متوسطة الحجم في مينيسوتا. يتم تقسيم الأبقار بالتساوي تقريبًا بين قطيع رعي تقليدي وقطيع عضوي معتمد.
لا يوجد بحث بحث في استخدام النظام الشمسي المثبت على الأرض لتوفير الظل لأبقار الألبان وتحديد التأثيرات على أبقار الألبان. لذلك، أراد فريقنا دراسة تأثيرات الظل الناتج عن الألواح الشمسية الكهروضوئية على إنتاج أبقار الألبان وصحتها وسلوكها. خلال صيف عام 2018، تم تركيب نظام شمسي مثبت على الأرض بقدرة 30 كيلووات في مرعى في WCROC. تم تركيب الألواح عند 35 درجة جنوبًا وعلى ارتفاع 8 إلى 10 أقدام من الأرض بحيث لا تتمكن الأبقار من الوصول إلى الألواح. كانت الألواح الشمسية عبارة عن ألواح Heliene (Heliene Photovoltaic Modules، Marie، Ontario and Minneapolis، MN) باستخدام محولات ومحسنات Solar Edge (Solar Edge، Fremont، CA) وتم تركيبها بواسطة Zenergy (Zenergy، Sebeka، MN). كانت الزيادة في تكلفة تركيب الألواح فوق الأبقار ضئيلة وبلغت التكلفة الإجمالية حوالي 90 دولارًا،000.
أجريت دراسة أبقار الألبان في الفترة من يونيو 2019 حتى سبتمبر 2019. وتم تخصيص أربعة وعشرين بقرة هجينة لواحدة من علاجين: الظل من الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو بدون ظل. لم يكن لدى الأبقار التي لا تتمتع بالظل إمكانية الوصول إلى أي ظل في المرعى. كان لدى جميع الأبقار جهاز استشعار لعلامة الأذن CowManager لتسجيل سلوكيات الاجترار والأكل وغير النشطة والسلوكيات النشطة لجميع الأبقار. كما تم أيضًا وضع بلعة SmaXtec في شبكة البقرة وتسجيل درجة حرارة الجسم الداخلية، بالإضافة إلى نشاط الأبقار ونوبات شربها. تراوحت درجات الحرارة المحيطة أثناء النهار أثناء الدراسة من 81 إلى 93 درجة فهرنهايت.
وكانت أبقار الظل وأبقار الظل متشابهة بالنسبة للقياسات السلوكية وأعداد الذبابة على الأبقار. كان للأبقار المظللة نشاطًا مرتفعًا بشكل عام أقل من الأبقار غير المظللة، لأنها كانت تقف تحت الألواح الشمسية خلال الساعات الحارة من النهار. وكانت نوبات الشرب اليومية مماثلة بالنسبة للأبقار. كانت معدلات التنفس لأبقار الظل وأبقار الظل متشابهة خلال ساعات الصباح، ولكن خلال فترة ما بعد الظهر، كان لأبقار الظل معدلات تنفس أقل (66 نفسًا / دقيقة) مقارنة بأبقار الظل (78 نفسًا / دقيقة). والمثير للدهشة أن إنتاج الحليب والدهون والبروتين لم يختلف بالنسبة للأبقار سواء كان لها ظل أو لا ظل. ومن المحتمل أنه لم يلاحظ أي اختلاف في الإنتاج لأن الأبقار كانت تحت الظل لمدة 28 يومًا فقط من أصل 175 يومًا رعتها الأبقار خلال فصل الصيف. ربما لوحظت آثار طويلة المدى لإنتاج الحليب لو كانت الأبقار تحت الظل طوال فصل الصيف.
تظهر نتائج درجة حرارة الجسم لكل ساعة أن أبقار الظل لا تتمتع بدرجات حرارة داخلية أعلى (+1℉) من أبقار الظل من الساعة 1 ظهرًا حتى 12 منتصف الليل. بين أوقات الحلب (10 صباحًا إلى 8 مساءً)، كانت درجات حرارة الجسم الداخلية لأبقار الظل أقل من درجات حرارة أبقار الظل. وكانت درجات حرارة الجسم لجميع الأبقار مماثلة خلال ساعات الليل.
وبناء على نتائج هذه الدراسة، ربما تكون الأبقار قد ضحت بوقت الرعي من أجل الوقوف في الظل. سوف تبحث الأبحاث المستقبلية باستخدام الألواح الشمسية الخاصة بنا في الأداء الإنجابي للأبقار، والتأثيرات طويلة المدى على إنتاج الحليب والدهون والبروتين، ووزن الجسم، وحالة الجسم، وصحة الحيوان ورفاهيته. تشير دراستنا إلى أن الخلايا الفولتية الزراعية قد توفر طريقة مقبولة لتقليل الحرارة لأبقار الألبان، بالإضافة إلى توليد الطاقة الكهربائية للمزارعين، وبالتالي تقليل البصمة الكربونية لعملية إنتاج الألبان. وفي المستقبل، سنستكشف أنظمة تتبع الطاقة الشمسية في مزارع الماشية، واستخدام الألواح الشمسية كمصدات رياح للماشية، وتقييم المحاصيل والأعلاف التي ستنمو بشكل أفضل في ظل أنظمة الطاقة الشمسية. إن التأثيرات الاقتصادية للنظام الزراعي وإنتاجية الأراضي من مزارع الطاقة الشمسية ستدفع إلى اعتماد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المزرعة.
