Lysdioder i fjäderfäuppfödning
I sitt föredrag om "How to make chicks happy" på 2014 Strategies in Light-konferensen utforskade Once Innovations president Brian Wilcox övertygande vetenskapliga bevis för påståendet att LED-belysning erbjuder ekonomiska fördelar som går utöver lägre energikostnader för att faktiskt ge gynnsamma resultat - och därmed ökade intäkter — inom fjäderfäförvaltning och produktion. Här ska vi titta närmare på fjäderfäapplikationen.
Medan lysdioder har en fördel jämfört med andra lantbruksbelysningsval när det gäller deras förmåga att effektivt och korrekt efterlikna solsken, kan deras förmåga att producera ett anpassningsbart, justerbart spektrum vara deras största egenskap. Djurens spektrumbehov och deras spektrala känslighet skiljer sig från människors. Jordbrukare kan skapa en belysningsmiljö för sina djur i sina ladugårdar som förbättrar hälsa och välbefinnande, och därmed förbättrar utvecklingen samtidigt som energi- och foderkostnaderna minskar, genom att optimera användningen av spektrum, bestrålning och modulering.
Belysningen av fjäderfälador är en av de mest lovande användningsområdena för lysdioder för jordbruket, mest på grund av de betydande variationerna mellan hur människor och fåglar absorberar, uppfattar och reagerar på fotoner. LED-baserade teknologier kan dra fördel av dessa skillnader för att minska kostnaderna för armaturer, öka viktökningen och muskel- och skelettutvecklingen, inducera tidigare mognad hos lagerkycklingar avsedda att lägga ägg, förbättra foderomvandlingen, förändra melatoninproduktionen, öka äggproduktionen och kvaliteten, kontrollera reproduktionscykler och förlänger reproduktionslivet.
Tri-kromanter som är känsliga för de röda, gröna och blå spektrumenergierna är människor. Människans känslighet toppar runt 550 nanometer (grön), och den avtar gradvis när den rör sig mot det röda och blåa spektrumet. Människor absorberar fotoner via fotopigmenten rhodopsin (stavar), jodopsin (kottar) och melanopsin, som är helt beroende av retinal mottagning.
En fågels näthinna kan också absorbera fotoner tack vare melanopsin, stavar och kottar. Men de tar även in fotoner genom aktiva fotoreceptorer som finns i tallkottkörteln, som ligger ovanpå hjärnan (pineal mottagning). Otroligt nog tar de också in fotoner via djupa encefaliska fotoreceptorer (hypothalamusmottagning).
Quad-chromanter är tamfjäderfä. Fowl utvecklade en toppkänslighet för grönt vid 550 nm, liknande människor. Men de har också ökad känslighet för ultraviolett (UV), rött och blått ljus. Deras härkomst antas vara orsaken till detta. På grund av de gröna löven som täcker trädkronorna har de tropiska regnskogarna i Sydasien en filtrerande effekt på ljuset. Med maxima vid 450 nm (12 gånger mänsklig känslighet) och 640 nm utvecklade höns därmed ökad känslighet för blått och rött (4x mänsklig känslighet). Men den kanske mest slående skillnaden mellan fåglar och människor är att fåglar kan se UV-ljus med ögonen (topp vid 385 nm). Orsakerna till tamfåglars förmåga att känna av UV-ljus forskas mest på. Förmågan att känna igen mat och flock är de två primära misstänkta.
Fjäderfäns fysiologi påverkas olika av varje nyans. Genom att uppmuntra spridningen av satellitceller i skelettmuskeln, accelererar till exempel grönt ljus tillväxthastigheten vid ung ålder. Blått ljus höjer androgennivåerna i plasma, vilket främjar utvecklingen vid en senare ålder. Lågfrekvent blått ljus hämmar rörelse. Det sänker också förekomsten av kannibalism bland äldre (särskilt hos slaktkycklingar som föds upp för mänsklig konsumtion). På grund av mer potent stimulering av testosteronfrisättning när de används tillsammans, uppmuntrar grönt och blått ljus bildandet av myofiber. Totalt har det visat sig att blått ljus kan öka foderomvandlingen med upp till 4 procent, sänka kostnaden per pund med upp till 3 procent och öka den totala levande vikten med upp till 5 procent.
I början av uppfödningsperioden stimulerar och uppmuntrar rött ljus sexuell aktivitet samt ökar tillväxthastigheten hos kycklingar och kalkoner. Dessutom förbättrar det rörligheten, vilket minskar benproblemen i slutet av uppfödningsfasen. Rött ljus minskar foderkonsumtionen per ägg som läggs samtidigt som samma äggstorlek, äggula och albuminvikter, skalvikt och tjocklek bibehålls. Sammantaget har det visat sig att rött ljus kan förlänga den maximala produktionsperioden, förbättra äggproduktionen med upp till 38 ägg per höna och kanske minska matintaget med upp till 20 procent.
Energieffektivitet är avgörande för framgång.
En stor del av den totala energianvändningen används för jordbruksbelysning. Jordbruksanläggningar är samlade i en snäv geografisk region, har jämförbara belysningssystem, modifieras snabbt och reagerar väl på incitament. Jordbruksindustrin i Nordamerika, särskilt i Mellanvästern, har en årlig energibesparingspotential på 1 miljard dollar (miljard), enligt American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE). Två kärnkraftsreaktorer likställs med det. 7 procent av utgifterna på gården, enligt Kate Farley från ACEEE, är förknippade med energi. Med subventioner, bidrag och andra incitament kan byte från glödlampa till LED-belysning resultera i energibesparingar på $2000 per ladugård. Dessa minskningar skulle avsevärt öka lönsamheten för varje ladugård för jordbrukare.
Tänk bara på energibesparingarna på hela marknaden. Sex av de tio bästa äggproducenterna finns i Mellanvästern, där det finns mer än 2500 ägglagerfabriker i hela landet. Varje lageraktivitet använder i genomsnitt 800 glödlampor per anläggning. Det skulle bli en besparing på 800 lampor (9W - 3W)/ljus 16 timmar/dag 365 dagar/år, eller 28 032 kWh per operation, om dessa lampor ersattes med lysdioder. I Iowa, Ohio och Indiana, 42 procent av lagerverksamheten, har det skett en minskning av energianvändningen med 70 miljoner (miljoner) kWh i bara dessa tre delstater.
Eftersom broilermarknaden förbrukar fyra gånger så mycket energi som lagermarknaden är besparingarna mycket mer märkbara. Huvuddelen av dem finns i sydöstra och södra centrala staterna, och många av dem använder fortfarande ineffektiv belysning. Baserat på 4 ladugårdar/gård, 132 lampor/lada, 100W/ljus, 18 timmar/dag, 52 dagar/flock och 5,5 flockar/år, är energianvändningen av glödljus för broilergårdar i genomsnitt 271 814 kWh per gård och år.
Energibesparingarna beräknades av Dr. Joey Bray från Steven F. Austin University i Nacogdoches, Texas genom att kontrastera AgriShift LED-tekniken från Once Innovations med nuvarande glödlampor och HPS-ljus i en produktionsuppställning. Enligt Brays forskning om slaktkycklingar använde en typisk slaktkycklinggård som använder ett konventionellt glödlamps-/HPS-system 3837 kWh per flock årligen. AgriShift lysdioder minskade energiförbrukningen på samma gård med mer än 95 procent per gård varje flock, till endast 109 kWh. Att tillämpa detta inom hela sektorn kan resultera i nationella energibesparingar på 2 till 5 miljarder kWh, eller motsvarande ett kärnkraftverks fulla produktion. Se "LED-lantbrukslösning utnyttjar autonom AC-design" för mer information om Once Innovations och AgriShift.
Energibesparingarna för företag som producerar griskött är lika anmärkningsvärda. Mellanvästern har totalt 1,8 miljoner ljusuttag, varav majoriteten är CFL, och åtta av de 10 bästa svinstaterna finns där. Mellanvästern skulle kunna spara 540 miljoner kWh genom att byta till LED-svinljus, vilket skulle spara 52,2 miljoner kWh (CFL) - 25.2M kWh (SSL)=27M kWh - 20 timmar/dag {{ 10 dagar.
Normer och rabatter
Höga initiala kostnader har varit en barriär trots den förbättrade effektiviteten, effektiviteten och minskade totala ägandekostnaderna för LED-baserad lantbruksbelysningsutrustning. Detta beror delvis på att det inte finns några prestandastandarder för jordbruksbelysningssektorn, vilket gör det svårt för konsumenter av LED-baserade jordbruksbelysningsprodukter att dra nytta av rabatter för energibesparande glödlampor och CFL-belysningsprodukter som används i bostäder och kommersiella miljöer. .
Belysningsprestanda och kriterier när det gäller människor i bostäder och kommersiella tillämpningar är i fokus för nuvarande belysningsstandarder. Kommersiella belysningsvaror har märket DesignLights Consortium (DLC), medan energieffektiva konsumentbelysningsprodukter har Energy Star-logotypen. Tyvärr finns det ingen prestandastandard eller märkning som kan jämföras med belysningsutrustning för jordbruk. På grund av detta har verktygen svårt att inkludera dessa enheter i sina rabattprogram, vilket ger dem en klar ekonomisk nackdel. Jordbrukare kan fortfarande få rabatt genom att eftermontera allmänna konsument- och kommersiella belysningsprodukter för sina ladugårdar (vilket kan kräva att de innesluts i robusta eller våtlägesklassade armaturer), men belysningsprodukter från hyllan gjorda speciellt för djur och ladugårdar. miljöer är vanligtvis inte kvalificerade.
Ett program som särskilt rankar belysningsartiklar i termer av jordbruksprestanda är vad leverantörer och användare (som bönder) av jordbruksbelysningsprodukter kräver. Ett sådant system skulle ge kunder och elleverantörer den kunskap de behöver för att utvärdera gårdsbelysningsalternativ samtidigt som förutsättningarna för rabatter utjämnas. Den kan ingå som en del av Energy Star eller DLC eller till och med fungera separat. Den idealiska standarden skulle hantera viktiga prestandaegenskaper inklusive hållbarhet, prestanda, pålitlighet och säkerhet och ge konsekvens mellan olika verktyg. En standard håller redan på att utvecklas, och många verktyg har redan visat intresse för att delta.
driver jordbrukets framtid
Huvuddelen av FoU-verksamheten är nu koncentrerad till svin- och fjäderfäindustrin, men i synnerhet Once Innovations teknologi kan också användas inom vattenbruk, mjölkboskap och hästindustri. Till exempel är rött ljus osynligt för djur som svin, boskap och hästar, så på natten dämpas ljuset till ett rött spektrum för att tillåta underhåll utan att störa boskapen. Mänskliga sjukhus antar en liknande strategi, vilket gör att personal kan ströva omkring på natten utan att använda vitt ljus som skulle minska melatoninsyntesen och störa sömnen för patienterna. (Se "Solid-state belysning lyfter fram de verkliga nyanserna av modern sjukvård" från det här numret för ytterligare information om belysning som används inom sjukvården.)
Dessutom kan skräddarsydda spektra användas för att hantera dammens livsmiljö för fiskar och kräftdjur. Universitetsforskning som utvärderar effekten av LED-belysning på krabbaproduktionen pågår, medan kommersiella dammar i Kina och Belize har installerat AquaShift-belysningssystem som ett exempel. Över 17 miljarder dollar i global marknadspotential finns för solid-state jordbruksbelysning. Det kommer bara att öka när LED-tillverkare upptäcker nya metoder för att använda ljus för att förbättra djurens välbefinnande, öka jordbruksproduktionen och sänka energikostnaderna.
