夏季太阳能板遮荫的经济效益

农业生产食物、饲料、纤维和能源依赖于化石燃料，牛奶制冷需要电力，田地管理需要收割机和拖拉机，食物运输需要卡车，植物生长需要氮肥。

这使得农业必须依赖于各种各样的化石能源，这种依赖与需求给世界带来了重大的经济、环境和社会风险影响。

利用太阳能

农业光伏发电系统 （Agrivoltaics）是减少对化石燃料依赖的一种方法，这些双重用途的太阳能装置可以降低奶牛养殖的生产成本，提高土地利用率，改善饲料和农作物，并促进奶牛的产奶量和健康。在牧场采用地表安装光伏发电系统（PV），可以在极端炎热的天气为奶牛提供遮荫，同时为奶农增加收入来源。

明尼苏达大学西校区研究与推广中心（WCROC）有一个牧场，饲养了275头泌乳牛，每天挤奶2次，可作为明尼苏达州的中型规模的代表牧场。基于我们团队在可再生能源和奶牛饲养管理方面的研究经验，我们相信团队有一个独一无二的机会来领导一场新的绿色革命，一场有关改变当前农业能源消耗的革命。

之前没有研究调查过采用地表安装太阳能系统提供遮荫对奶牛的影响，因此我们团队研究了太阳能光伏板所提供的遮荫对放牧奶牛的生产性能、健康和行为的影响。

2018年夏天，在WCROC牧场安装了一个30千瓦的地表太阳能系统（见图片）。该系统安装偏南35°，离地面8-10英尺（约2.4-3.0m），以防奶牛触碰，总成本约为9万美元（约62万元）。

该研究在2019年6月至2019年9月进行，24头杂交奶牛被分成两组，一组提供太阳能板遮荫，另一组不提供任何遮荫。

每个奶牛都匹配了CowManager耳标传感器，来记录反刍、采食、不活动和活动行为。此外，还在奶牛网胃中投放了SmaXtec设备，以记录体内温度、活动和饮水情况。在该研究中，白天的温度范围为81-93℉（约27-34℃）。

保持奶牛凉爽

两组奶牛的行为指标相似，身上的苍蝇数量也相近。遮荫组比未遮荫组奶牛具有较少的高活动量 ，因为它们在白天炎热的时间段都站立在太阳能板下。两组奶牛的饮水量没有明显差异，早上时段的呼吸频率也相近。但是在下午，遮荫组奶牛的呼吸频率（66次/分钟）低于未遮荫组（78次/分钟）。

令人惊讶的是，两组奶牛的产奶量、乳脂和乳蛋白产量没有差异。这可能是因为夏季放牧的175天中，奶牛在遮荫处的天数只有28天。若整个夏季，奶牛都能享受遮荫的话，有可能产奶量就会有所反应。

在1 p.m. - 12 a.m，未遮荫组奶牛的体内温度高于遮荫组（>1℉）。同样的，在进行挤奶的时间段内（10 a.m. - 8 p.m）的结果也类似。

图1.奶牛平均体温情况

根据这些研究结果，奶牛可能会牺牲放牧采食时间站在遮荫下  。关于太阳能板的未来研究，还会涉及繁殖性能、产奶量、乳脂和乳蛋白产量、体重、体况、健康和舒适度方面。

减少碳足迹

我们的研究表明，农业光伏发电系统可作为放牧奶牛的一种可接受的降温措施，同时还能发电，减少牧场的碳足迹。

未来，我们将探索家畜农场使用太阳能追踪系统的效果情况，并评估太阳能系统适宜种植的作物。农业光伏发电系统的经济效益和土地的生产力将是推动应用的动力。