Sumber: wcroc.cfans.umn.edu
Industri pertanian mengkonsumsi bahan bakar fosil dalam jumlah besar dalam produksi makanan, pakan, serat, dan energi. Mulai dari listrik yang mendinginkan susu, hingga bahan bakar yang dibakar di mesin pemanen dan traktor di ladang gandum, hingga truk yang membawa barang ke pasar, dan hingga pupuk nitrogen yang menyuburkan tanaman; industri pertanian terikat pada pasokan energi fosil dalam jumlah besar dan konstan. Ketergantungan dan kehausan sektor pertanian terhadap bahan bakar fosil menimbulkan risiko ekonomi, lingkungan, dan sosial yang signifikan bagi negara dan dunia. Agrivoltaik adalah salah satu cara bagi produsen untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, menurunkan biaya produksi, meningkatkan efisiensi lahan, meningkatkan hijauan dan tanaman untuk digunakan oleh sapi perah, dan meningkatkan produksi susu dan kesehatan sapi perah. Penggunaan sistem PV yang dipasang di darat di peternakan sapi perah dapat memberikan perlindungan bagi sapi perah selama cuaca panas ekstrem dan memberikan alternatif pendapatan bagi para peternak.
Melalui investasi masa lalu dan pengalaman kelembagaan dalam penelitian energi terbarukan dan produksi susu, University of Minnesota West Central Research and Outreach Center (WCROC) memiliki peluang unik secara global untuk memimpin revolusi hijau baru - sebuah revolusi energi ramah lingkungan yang saat ini dikonsumsi dalam industri pertanian. . Pabrik susu Morris memerah 275 ekor sapi dua kali sehari dan merupakan perwakilan dari peternakan sapi perah skala menengah di Minnesota. Sapi-sapi tersebut dibagi hampir merata antara kelompok penggembalaan konvensional dan penggembalaan organik bersertifikat.
Belum ada penelitian yang menyelidiki penggunaan tata surya yang dipasang di darat untuk memberikan keteduhan bagi sapi perah dan untuk mengetahui dampaknya terhadap sapi perah. Oleh karena itu, tim kami ingin menyelidiki pengaruh naungan dari panel fotovoltaik surya terhadap produksi, kesehatan, dan perilaku sapi perah yang digembalakan. Selama musim panas 2018, tata surya yang dipasang di darat berkekuatan 30 kilowatt dipasang di padang rumput di WCROC. Panel dipasang pada posisi 35˚ selatan dan 8 hingga 10 kaki dari permukaan tanah sehingga sapi tidak dapat mencapai panel tersebut. Panel surya tersebut adalah panel Heliene (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario dan Minneapolis, MN) menggunakan inverter dan pengoptimal Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) dan dipasang oleh Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). Kenaikan biaya untuk memasang panel di atas sapi sangat minim dan total biayanya sekitar $90,000.
Penelitian sapi perah yang digembalakan dilakukan dari bulan Juni 2019 hingga September 2019. Dua puluh empat sapi perah diberi salah satu dari dua perlakuan: naungan dari panel surya atau tanpa naungan. Sapi yang tidak memiliki naungan tidak memiliki akses terhadap naungan apa pun di padang rumput. Semua sapi memiliki sensor tag telinga CowManager untuk mencatat perilaku merenung, makan, tidak aktif, dan aktif untuk semua sapi. Selain itu, bolus SmaXtec ditempatkan di retikulum sapi dan mencatat suhu internal tubuh, serta aktivitas dan aktivitas minum sapi. Suhu tinggi lingkungan siang hari selama penelitian berkisar antara 81 hingga 93℉.
Sapi yang diberi naungan dan yang tidak diberi naungan memiliki kesamaan dalam pengukuran perilaku dan jumlah lalat pada sapi. Sapi peneduh secara keseluruhan memiliki aktivitas tinggi yang lebih sedikit dibandingkan sapi yang tidak diberi peneduh, karena mereka berdiri di bawah panel surya selama jam-jam panas di siang hari. Kegiatan minum sehari-hari serupa terjadi pada sapi. Laju pernapasan sapi yang diberi naungan dan yang tidak diberi naungan memiliki tingkat yang sama pada pagi hari, namun pada sore hari, sapi yang diberi naungan memiliki laju pernapasan yang lebih rendah (66 napas/menit) dibandingkan sapi yang tidak diberi naungan (78 napas/menit). Yang mengejutkan, produksi susu, lemak, dan protein tidak berbeda pada sapi yang diberi naungan atau tidak. Kemungkinan besar, tidak ada perbedaan produksi yang terlihat karena sapi hanya berada di bawah naungan selama 28 hari dari 175 hari sapi merumput selama musim panas. Efek jangka panjang dari produksi susu mungkin dapat diamati jika sapi berada di bawah naungan sepanjang musim panas.
Hasil suhu tubuh per jam menunjukkan bahwa sapi yang tidak diberi naungan memiliki suhu internal tubuh yang lebih tinggi (+1℉) dibandingkan sapi yang diberi naungan dari pukul 13.00 hingga 12.00 tengah malam. Di antara waktu pemerahan (pukul 10.00 hingga 20.00), sapi yang diberi naungan memiliki suhu internal tubuh yang lebih rendah dibandingkan sapi yang tidak diberi naungan. Semua sapi memiliki suhu tubuh yang sama pada malam hari.
Berdasarkan hasil penelitian tersebut, sapi mungkin telah mengorbankan waktu merumputnya demi berdiri di bawah naungan naungan. Penelitian masa depan dengan panel surya kami akan menyelidiki kinerja reproduksi sapi, dan dampak jangka panjang terhadap produksi susu, lemak, dan protein, berat badan, kondisi tubuh, serta kesehatan dan kesejahteraan hewan. Studi kami menunjukkan bahwa agrivoltaik dapat memberikan metode pengurangan panas yang dapat diterima pada sapi perah yang digembalakan, serta menghasilkan energi listrik bagi peternak, sehingga mengurangi jejak karbon dari operasi peternakan sapi perah. Di masa depan, kami akan mengeksplorasi sistem pelacakan tenaga surya di peternakan, menggunakan panel surya sebagai penahan angin untuk ternak, dan mengevaluasi tanaman dan hijauan yang akan tumbuh paling baik di bawah sistem tenaga surya. Dampak ekonomi dari sistem agrivoltaik dan produktivitas lahan dari pembangkit listrik tenaga surya akan mendorong penerapan sistem fotovoltaik surya di pertanian.
