Source : wcroc.cfans.umn.edu
L’industrie agricole consomme une immense quantité de combustibles fossiles dans la production de denrées alimentaires, d’aliments pour animaux, de fibres et d’énergie. De l’électricité qui refroidit le lait au carburant brûlé dans les moissonneuses-batteuses et les tracteurs dans les champs de céréales, en passant par les camions qui amènent les marchandises au marché et l’engrais azoté qui nourrit les plantes ; l’industrie agricole est captive d’un approvisionnement important et constant d’une large gamme d’énergie fossile. La dépendance de l'agriculture et sa soif de combustibles fossiles comportent des risques économiques, environnementaux et sociaux importants pour la nation et le monde. L’agrivoltaïque est un moyen par lequel les producteurs pourraient devenir moins dépendants des combustibles fossiles, réduire les coûts de production, accroître l’efficacité des terres, améliorer les fourrages et les cultures destinés aux bovins laitiers et augmenter la production laitière et la santé des vaches laitières. L’utilisation d’un système photovoltaïque au sol dans une exploitation laitière pourrait fournir de l’ombre aux vaches laitières lors d’épisodes de chaleur extrême et offrir aux agriculteurs un autre moyen de revenu.
Grâce à ses investissements antérieurs et à son expérience institutionnelle dans la recherche sur les énergies renouvelables et la production laitière, le West Central Research and Outreach Center (WCROC) de l'Université du Minnesota a une opportunité unique au monde de mener une nouvelle révolution verte - une révolution qui verdira l'énergie actuellement consommée dans le secteur agricole. . L'exploitation laitière Morris traite 275 vaches deux fois par jour et est représentative d'une ferme laitière de taille moyenne au Minnesota. Les vaches sont réparties presque également entre un troupeau de pâturage conventionnel et un troupeau certifié biologique.
Aucune recherche n'a étudié l'utilisation d'un système solaire monté au sol pour fournir de l'ombre aux vaches laitières et déterminer les effets sur les vaches laitières. Notre équipe souhaitait donc étudier les effets de l’ombre des panneaux solaires photovoltaïques sur la production, la santé et le comportement des vaches laitières au pâturage. Au cours de l'été 2018, un système solaire au sol de 30 kilowatts a été installé dans un pâturage du WCROC. Les panneaux ont été montés à 35° sud et à 8 à 10 pieds du sol afin que les vaches ne puissent pas atteindre les panneaux. Les panneaux solaires étaient des panneaux Heliene (Heliene Photovoltaic Modules, Marie, Ontario et Minneapolis, MN) utilisant des onduleurs et des optimiseurs Solar Edge (Solar Edge, Fremont, CA) et ont été installés par Zenergy (Zenergy, Sebeka, MN). L'augmentation des coûts pour le montage des panneaux au-dessus des vaches était minime et le coût total était d'environ 90 $,000.
L'étude sur les vaches laitières en pâturage a été menée de juin 2019 à septembre 2019. Vingt-quatre vaches croisées ont été affectées à l'un des deux traitements suivants : l'ombre du solaire photovoltaïque ou pas d'ombre. Les vaches sans ombre n’avaient accès à aucune ombre au pâturage. Toutes les vaches étaient équipées d'un capteur d'étiquette auriculaire CowManager pour enregistrer les comportements de rumination, d'alimentation, d'inactivité et d'activité de toutes les vaches. De plus, un bolus SmaXtec a été placé dans le réticulum de la vache et a enregistré la température corporelle interne, ainsi que l'activité et les épisodes d'abreuvement des vaches. Les températures ambiantes élevées pendant la journée au cours de l’étude variaient entre 81 et 93 ℉.
Les vaches ombragées et non ombragées étaient similaires pour les mesures comportementales et le nombre de mouches sur les vaches. Les vaches ombragées avaient une activité globalement moins élevée que les vaches sans ombrage, car elles se tenaient sous les panneaux solaires pendant les heures chaudes de la journée. Les beuveries quotidiennes étaient similaires pour les vaches. Les taux respiratoires des vaches ombragées et non ombragées étaient similaires pendant les heures du matin, mais pendant l'après-midi, les vaches ombragées avaient des taux respiratoires plus faibles (66 respirations/min) que les vaches non ombragées (78 respirations/min). Étonnamment, la production de lait, de graisse et de protéines n’était pas différente pour les vaches, qu’elles aient ou non de l’ombre. Il est fort possible qu'aucune différence n'ait été observée en termes de production, car les vaches n'étaient à l'ombre que pendant 28 jours sur les 175 jours de pâturage pendant l'été. Des effets à long terme sur la production laitière auraient pu être observés si les vaches avaient été à l'ombre pendant tout l'été.
Les résultats horaires de la température corporelle montrent qu'aucune vache d'ombre n'avait une température corporelle interne plus élevée (+1℉) que les vaches d'ombre de 13 heures à minuit. Entre les heures de traite (10h00 et 20h00), les vaches à l’ombre avaient une température corporelle interne plus basse que les vaches sans ombrage. Toutes les vaches avaient des températures corporelles similaires pendant la nuit.
D’après les résultats de cette étude, les vaches pourraient avoir sacrifié leur temps de pâturage pour se protéger de l’ombre. Les recherches futures avec notre panneau solaire étudieront les performances de reproduction des vaches et les effets à long terme sur la production de lait, de graisse et de protéines, le poids corporel, l'état corporel, ainsi que la santé et le bien-être des animaux. Notre étude indique que l'agrivoltaïque peut constituer une méthode acceptable de réduction de la chaleur pour les vaches laitières en pâturage, ainsi que de produire de l'énergie électrique pour les agriculteurs, réduisant ainsi l'empreinte carbone de l'exploitation laitière. À l’avenir, nous explorerons les systèmes de suivi de l’énergie solaire dans les élevages, en utilisant des panneaux solaires comme brise-vent pour le bétail et en évaluant les cultures et les fourrages qui pousseront mieux sous des systèmes solaires. Les impacts économiques du système agrivoltaïque et la productivité des terres des fermes solaires stimuleront l'adoption de systèmes solaires photovoltaïques dans les exploitations agricoles.
