LEDit siipikarjankasvatuksessa
2014 Strategies in Light -konferenssissa pitämässään puheessa Once Innovationsin puheenjohtaja Brian Wilcox tutki vakuuttavia tieteellisiä todisteita väitteelle, jonka mukaan LED-valaistus tarjoaa taloudellisia etuja, jotka ylittävät alhaisemmat energiakustannukset ja todella tuottaa suotuisia tuloksia – ja tämä lisäsi tuloja – siipikarjanhoidossa ja tuotannossa. Tässä tarkastellaan lähemmin siipikarjasovellusta.
Vaikka LEDeillä on etulyöntiasema muihin maatalouden valaistusvaihtoehtoihin nähden, koska ne pystyvät jäljittelemään auringonpaistetta tehokkaasti ja oikein, niiden kyky tuottaa mukautettavaa, säädettävää spektriä saattaa olla niiden suurin ominaisuus. Eläinten spektritarpeet ja spektriherkkyys ovat erilaisia kuin ihmisten. Viljelijät voivat luoda eläimilleen navetoihinsa valaistusympäristön, joka parantaa terveyttä ja hyvinvointia, mikä parantaa kehitystä ja pienentää energia- ja rehukustannuksia optimoimalla spektrin, säteilyvoimakkuuden ja modulaation käyttöä.
Siipikarjalattojen valaistus on yksi lupaavimmista maatalouden LEDien käyttötavoista, mikä johtuu pääasiassa siitä, miten ihmiset ja linnut absorboivat, havaitsevat ja reagoivat fotoneihin. LED-pohjaiset tekniikat voivat hyödyntää näitä eroja alentaakseen valaisimien kustannuksia, lisätäkseen painonnousua ja tuki- ja liikuntaelimistön kehitystä, saada aikaisempi kypsyys munivien kanojen osalta, tehostaa rehun muuntamista, muuttaa melatoniinin tuotantoa, parantaa munien tuotantoa ja laatua, valvoa. lisääntymiskiertoa ja pidentää lisääntymisikää.
Tri-kromantit, jotka ovat herkkiä punaisen, vihreän ja sinisen spektrin energioihin, ovat ihmisiä. Ihmisen herkkyys on huipussaan noin 550 nanometrissä (vihreä), ja se laskee vähitellen siirtyessään kohti punaista ja sinistä spektriä. Ihminen absorboi fotoneja fotopigmenttien kautta: rodopsiinin (sauvat), jodopsiinin (kartiot) ja melanopsiinin kautta, jotka ovat täysin riippuvaisia verkkokalvon vastaanotosta.
Linnun verkkokalvo voi myös absorboida fotoneja melanopsiinin, sauvojen ja kartioiden ansiosta. Ne ottavat kuitenkin myös fotoneja vastaan aktiivisten fotoreseptorien kautta, jotka löytyvät käpyrauhasesta, joka sijaitsee aivojen päällä (käpyrauhanen). Hämmästyttävää kyllä, ne ottavat myös fotoneja syvän enkefaalisten fotoreseptorien kautta (hypotalamuksen vastaanotto).
Quad-kromantit ovat kotimaista siipikarjaa. Linnut kehittivät huippuherkkyyden vihreälle 550 nm:ssä, joka on samanlainen kuin ihmisillä. Niillä on kuitenkin myös lisääntynyt herkkyys ultraviolettivalolle (UV), punaiselle ja siniselle valolle. Heidän syntyperänsä oletetaan olevan syynä tähän. Puun latvoja peittävien vihreiden lehtien ansiosta Etelä-Aasian trooppiset sademetsät suodattavat valoa. Kun maksimi on 450 nm (12 kertaa ihmisen herkkyys) ja 640 nm, linnut kehittivät siten lisääntyneen herkkyyden siniselle ja punaiselle (4x ihmisen herkkyys). Mutta ehkä silmiinpistävin ero lintujen ja ihmisten välillä on se, että linnut näkevät UV-valoa silmillään (huippu 385 nm:ssä). Syitä kotilintujen kykyyn havaita UV-valoa tutkitaan enimmäkseen. Ruoan ja lauman tunnistuskyky ovat kaksi ensisijaista epäiltyä.
Jokainen sävy vaikuttaa siipikarjan fysiologiaan eri tavalla. Rohkaisemalla satelliittisolujen lisääntymistä luurankolihaksissa, vihreä valo esimerkiksi kiihdyttää kasvunopeutta huomattavasti nuorena. Sininen valo nostaa plasman androgeenitasoja, mikä edistää kehitystä myöhemmällä iällä. Matalataajuinen sininen valo estää liikettä. Se myös vähentää kannibalismin ilmaantuvuutta vanhusten keskuudessa (erityisesti ihmisravinnoksi kasvatetuilla broilereilla). Yhdessä käytettynä tehokkaamman testosteronin vapautumisen stimuloinnin ansiosta vihreä ja sininen valo edistävät lihaskuitujen muodostumista. Kaiken kaikkiaan on osoitettu, että sininen valo voi lisätä rehun muuntamista jopa 4 prosenttia, alentaa puntaa jopa 3 prosenttia ja lisätä kokonaiselopainoa jopa 5 prosenttia.
Kasvukauden alussa punainen valo stimuloi ja rohkaisee seksuaalista aktiivisuutta sekä nostaa kanojen ja kalkkunoiden kasvua. Lisäksi se parantaa liikkuvuutta, mikä vähentää jalkaongelmia kasvatusvaiheen lopussa. Punainen valo vähentää rehun kulutusta munittua munaa kohden säilyttäen samalla munan koon, keltuaisen ja albumiinin painon, kuoren painon ja paksuuden. Kaiken kaikkiaan on osoitettu, että punainen valo voi pidentää tuotantohuippujaksoa, parantaa munatuotantoa jopa 38 munalla kanaa kohden ja ehkä vähentää ravinnon saantia jopa 20 prosenttia.
Energiatehokkuus on menestyksen edellytys.
Suuri osa energian kokonaiskulutuksesta käytetään maatalouden valaistukseen. Maatalouslaitokset ovat ryhmittyneet kapealle maantieteelliselle alueelle, niillä on vertailukelpoiset valaistusjärjestelmät, ne muuntuvat nopeasti ja reagoivat hyvin kannustimiin. Pohjois-Amerikan, erityisesti Keskilännen, maatalousteollisuudella on 1 miljardin dollarin (miljardin) vuotuinen energiansäästöpotentiaali American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) mukaan. Kaksi ydinvoimareaktoria rinnastetaan siihen. ACEEE:n Kate Farleyn mukaan 7 prosenttia maatilan menoista liittyy energiaan. Tukien, apurahojen ja muiden kannustimien avulla siirtyminen hehkulampuista LED-valaistukseen voi johtaa 2000 dollarin energiansäästöön navetta kohden. Nämä vähennykset lisäisivät merkittävästi kunkin navetan kannattavuutta viljelijöiden kannalta.
Ajattele vain koko markkinoiden energiansäästöä. Kuusi kymmenestä parhaasta munantuottajasta sijaitsee Keskilännessä, jossa on yli 2500 munakerrostehdasta valtakunnallisesti. Jokainen kerrostoiminto käyttää keskimäärin 800 hehkulamppua laitosta kohden. Säästäisi 800 valoa (9W - 3W)/valo 16 tuntia/vrk 365 päivää/vuosi tai 28 032 kWh toimintoa kohden, jos nämä valot korvattaisiin LEDeillä. Iowassa, Ohiossa ja Indianassa, 42 prosentissa kerrosoperaatioista, energiankulutus on vähentynyt 70 miljoonaa (miljoonaa) kWh vain näissä kolmessa osavaltiossa.
Koska broilerimarkkinat kuluttavat neljä kertaa enemmän energiaa kuin kerrosmarkkinat, säästöt ovat huomattavasti tuntuvammat. Suurin osa niistä löytyy Kaakkois- ja Etelä-Keskiosavaltioista, ja monet niistä käyttävät edelleen tehotonta valaistusta. Perustuen 4 navetta/tila, 132 valoa/lato, 100W/valo, 18 tuntia/vrk, 52 päivää/parvi ja 5,5 parvea/vuosi, hehkulamppujen energiankulutus broileritiloilla on keskimäärin 271 814 kWh tilata kohti vuodessa.
Energiansäästön laski tohtori Joey Bray Steven F. Austinin yliopistosta Nacogdochesissa Teksasissa vertaamalla Once Innovationsin AgriShift LED -tekniikkaa nykyisiin hehku- ja HPS-valoihin tuotantokokoonpanossa. Brayn broilereja koskevan tutkimuksen mukaan tyypillinen broileritila, jossa käytettiin tavanomaista hehkulamppu/HPS-järjestelmää, käytti vuosittain 3837 kWh parvea kohden. AgriShift-LEDit vähensivät energiankulutusta samalla tilalla yli 95 prosenttia per parvi, vain 109 kWh:iin. Tämän soveltaminen koko sektorille voi johtaa 2–5 miljardin kWh:n kansalliseen energiansäästöön, joka vastaa yhden ydinvoimalaitoksen täyttä tehoa. Katso "LED-maatalousratkaisu hyödyntää autonomista AC-suunnittelua" saadaksesi lisätietoja Once Innovationsista ja AgriShiftistä.
Myös sianlihaa tuottavien yritysten energiansäästöt ovat huomionarvoisia. Keskilännessä on yhteensä 1,8 miljoonaa valopistorasia, joista suurin osa on CFL-lamppuja, ja siellä on kahdeksan 10 suurimmasta sikaosavaltiosta. Keskilänsi voisi säästää 540 miljoonaa kWh vaihtamalla LED-sikavaloihin, mikä säästäisi 52,2 miljoonaa kWh (CFL) - 25,2 miljoonaa kWh (SSL)=27M kWh - 20 tuntia/päivä {{ 10 päivää.
Normit ja alennukset
Korkeat ennakkokustannukset ovat olleet esteenä LED-pohjaisten maatalouden valaistuslaitteiden parantuneesta tehokkuudesta ja alentuneista kokonaiskustannuksista huolimatta. Tämä johtuu osittain siitä, että maatalouden valaistusalalla ei ole suorituskykystandardeja, minkä vuoksi LED-pohjaisten maatalousvalaistustuotteiden kuluttajien on vaikea saada hyötyalennuksia asuin- ja kaupallisissa ympäristöissä käytettävistä energiaa säästävistä hehku- ja CFL-valaistustuotteista. .
Valaistuksen suorituskyky ja kriteerit, jotka koskevat ihmisiä asuin- ja kaupallisissa sovelluksissa, ovat nykyisten valaistusstandardien painopiste. Kaupallisissa valaistustuotteissa on DesignLights Consortium (DLC) -merkki, kun taas energiatehokkaissa kuluttajavalaistustuotteissa on Energy Star -logo. Valitettavasti maatalouden valaistuslaitteille ei ole vertailukelpoista suorituskykystandardia tai -merkkiä. Tämän vuoksi laitosten on vaikea sisällyttää näitä laitteita alennusohjelmiinsa, mikä asettaa ne selvästi taloudellisesti epäedulliseen asemaan. Maanviljelijät voivat silti saada alennusta asentamalla jälkikäteen yleiskäyttöisiä kuluttaja- ja kaupallisia valaistustuotteita navetoihinsa (mikä voi edellyttää niiden sulkemista karuihin tai märkätiloihin soveltuviin valaisimiin), mutta valmiita valaistustuotteita, jotka on valmistettu erityisesti eläimiä ja navetta varten. ympäristöt eivät yleensä ole tukikelpoisia.
Maatalouden valaistustuotteiden toimittajat ja käyttäjät (kuten maanviljelijät) vaativat ohjelma, joka arvostaa erityisesti valaistustuotteita maatalouden suorituskyvyn perusteella. Tällainen järjestelmä antaisi asiakkaille ja sähköntarjoajille tietoa, jota he tarvitsevat arvioidakseen maatilan valaistusvaihtoehtoja ja samalla tasaamalla alennusten edellytykset. Se voidaan sisällyttää osaksi Energy Staria tai DLC:tä tai jopa toimia erikseen. Ihanteellinen standardi käsittelee tärkeitä suorituskykyominaisuuksia, kuten kestävyyttä, suorituskykyä, luotettavuutta ja turvallisuutta, ja takaa yhdenmukaisuuden eri apuohjelmissa. Standardia ollaan jo kehittämässä, ja useat laitokset ovat jo osoittaneet kiinnostusta osallistua.
ohjaamaan maatalouden tulevaisuutta
Suurin osa T&K-toiminnasta on nyt keskittynyt sika- ja siipikarjateollisuuteen, mutta erityisesti Once Innovationsin teknologiaa voidaan käyttää myös vesiviljely-, lypsykarja- ja hevosteollisuudessa. Esimerkiksi punainen valo on näkymätön sellaisille eläimille kuin siat, nautakarja ja hevoset, joten yöllä valo himmennetään punaiseksi, jotta huolto voidaan tehdä häiritsemättä karjaa. Ihmissairaalat omaksuvat samanlaisen strategian, jolloin henkilökunta voi liikkua öisin ilman valkoista valoa, joka vähentäisi melatoniinin synteesiä ja häiritsisi potilaiden unta. (Katso tämän numeron kohdasta "Solid State-valaistus tuo esiin nykyajan terveydenhuollon todelliset sävyt" saadaksesi lisätietoja terveydenhuollossa käytetystä valaistuksesta.)
Lisäksi räätälöityjä spektrejä voidaan käyttää kalojen ja äyriäisten lammen elinympäristön hoitamiseen. Yliopistotutkimus arvioi LED-valaistuksen vaikutusta rapujen tuotantoon, kun taas Kiinan ja Belizen kaupallisiin lammikoihin on asennettu AquaShift-valaistusjärjestelmät esimerkkinä. Maatalouden puolijohdevalaistuksen globaali markkinapotentiaali on yli 17 miljardia dollaria. Se vain kasvaa, kun LED-valmistajat löytävät uusia menetelmiä käyttää valoa parantaakseen eläinten hyvinvointia, lisätäkseen maatalouden tuotantoa ja alentaakseen energiakustannuksia.
