LED diódy v chove hydiny
Prezident Once Innovations Brian Wilcox vo svojej prednáške na tému „Ako urobiť kurčatá šťastnými“ na konferencii Strategies in Light v roku 2014 preskúmal presvedčivé vedecké dôkazy pre tvrdenie, že LED osvetlenie ponúka ekonomické výhody, ktoré presahujú nižšie náklady na energiu a skutočne prinášajú priaznivé výsledky – a tým sa zvýšili príjmy — v chove a produkcii hydiny. Tu sa bližšie pozrieme na aplikáciu pre hydinu.
Zatiaľ čo LED diódy majú výhodu oproti iným možnostiam poľnohospodárskeho osvetlenia, pokiaľ ide o ich schopnosť efektívne a správne napodobňovať slnečné žiarenie, ich najväčšou vlastnosťou môže byť ich schopnosť produkovať prispôsobiteľné a nastaviteľné spektrum. Potreby spektra zvierat a ich spektrálna citlivosť sú iné ako u ľudí. Poľnohospodári môžu pre svoje zvieratá vo svojich maštaliách vytvoriť také osvetľovacie prostredie, ktoré zlepšuje zdravie a pohodu, a tým zlepšuje vývoj a zároveň znižuje náklady na energiu a krmivo, a to optimalizáciou využitia spektra, žiarenia a modulácie.
Osvetlenie chlievov pre hydinu je jedným z najsľubnejších použití poľnohospodárskych LED diód, najmä kvôli významným rozdielom medzi tým, ako ľudia a vtáky absorbujú, vnímajú a reagujú na fotóny. Technológie založené na LED môžu využiť tieto rozdiely na zníženie nákladov na svietidlá, zvýšenie prírastku hmotnosti a vývoj pohybového aparátu, navodenie skoršej dospelosti nosníc určených na znášanie vajec, zlepšenie konverzie krmiva, zmenu produkcie melatonínu, zvýšenie produkcie a kvality vajec, kontrolu reprodukčné cykly a predĺžiť reprodukčný život.
Trichromanty, ktoré sú citlivé na energiu červeného, zeleného a modrého spektra, sú ľudia. Ľudská citlivosť dosahuje vrchol okolo 550 nanometrov (zelená) a postupne klesá, keď sa pohybuje smerom k červenému a modrému spektru. Ľudia absorbujú fotóny prostredníctvom fotopigmentov rodopsín (tyčinky), jodopsín (čípky) a melanopsín, ktoré sú plne závislé od príjmu sietnicou.
Vtáčia sietnica môže tiež absorbovať fotóny vďaka melanopsínu, tyčinkám a čapiciam. Prijímajú však aj fotóny prostredníctvom aktívnych fotoreceptorov, ktoré sa nachádzajú v epifýze, ktorá sa nachádza na vrchu mozgu (prijímanie epifýzy). Úžasne prijímajú aj fotóny cez hlboké encefalické fotoreceptory (hypotalamický príjem).
Quad-chromanty sú domáca hydina. U hydiny sa vyvinula maximálna citlivosť na zelenú pri 550 nm, podobne ako u ľudí. Majú však zvýšenú citlivosť na ultrafialové (UV), červené a modré svetlo. Predpokladá sa, že za to môže ich pôvod. Vďaka zeleným listom pokrývajúcim koruny stromov majú tropické dažďové pralesy v južnej Ázii filtračný účinok na svetlo. S maximami pri 450 nm (12-násobok ľudskej citlivosti) a 640 nm sa u hydiny vyvinula zvýšená citlivosť na modrú a červenú (4-násobok ľudskej citlivosti). Ale možno najvýraznejším rozdielom medzi vtákmi a ľuďmi je to, že vtáky môžu vidieť UV svetlo svojimi očami (vrchol pri 385 nm). Príčiny schopnosti domácich vtákov vnímať UV svetlo sa väčšinou skúmajú. Schopnosť rozpoznávania potravy a kŕdľa sú dvaja primárni podozriví.
Fyziológiu hydiny ovplyvňuje každý odtieň inak. Napríklad zelené svetlo tým, že podporuje proliferáciu satelitných buniek v kostrovom svale, výrazne urýchľuje rýchlosť rastu v mladom veku. Modré svetlo zvyšuje hladinu androgénov v plazme, čo podporuje vývoj v neskoršom veku. Nízkofrekvenčné modré svetlo bráni pohybu. Znižuje tiež výskyt kanibalizmu u starších ľudí (najmä u brojlerových kurčiat chovaných na ľudskú spotrebu). Vďaka silnejšej stimulácii uvoľňovania testosterónu pri súčasnom použití zelené a modré svetlo podporuje tvorbu svalových vlákien. Celkovo sa ukázalo, že modré svetlo môže zvýšiť konverziu krmiva až o 4 percentá, znížiť náklady na libru až o 3 percentá a zvýšiť celkovú živú hmotnosť až o 5 percent.
Na začiatku obdobia chovu červené svetlo stimuluje a povzbudzuje sexuálnu aktivitu, ako aj zvyšuje rýchlosť rastu kurčiat a moriek. Okrem toho zlepšuje pohyblivosť, čo znižuje problémy s nohami na konci fázy odchovu. Červené svetlo znižuje spotrebu krmiva na jedno znesené vajce pri zachovaní rovnakej veľkosti vajec, hmotnosti žĺtka a albumínu, hmotnosti škrupiny a hrúbky. Celkovo sa ukázalo, že červené svetlo môže predĺžiť obdobie najvyššej produkcie, zlepšiť produkciu vajec až o 38 vajec na sliepku a možno znížiť príjem potravy až o 20 percent.
Energetická účinnosť je nevyhnutná pre úspech.
Veľká časť celkovej spotreby energie sa využíva na osvetlenie v poľnohospodárstve. Poľnohospodárske zariadenia sú zoskupené v úzkom geografickom regióne, majú porovnateľné systémy osvetlenia, rýchlo sa menia a dobre reagujú na podnety. Poľnohospodársky priemysel v Severnej Amerike, najmä na Stredozápade, má podľa Americkej rady pre energeticky efektívnu ekonomiku (ACEEE) ročný potenciál úspory energie vo výške 1 miliardy USD (miliardu). Tomu sa rovnajú dva jadrové reaktory. Podľa Kate Farley z ACEEE je 7 percent výdavkov na farme spojených s energiou. S dotáciami, grantmi a inými stimulmi môže prechod zo žiarovky na LED osvetlenie viesť k úspore energie 2 000 USD na stodolu. Tieto zníženia by výrazne zvýšili ziskovosť každej stodoly pre farmárov.
Len si spomeňte na úspory energie na celom trhu. Šesť z 10 najväčších producentov vajec sa nachádza na Stredozápade, kde je viac ako 2 500 tovární na výrobu vajec po celej krajine. Každá aktivita vrstvy používa v priemere 800 žiaroviek na zariadenie. Ak by sa tieto svetlá nahradili LED, ušetrilo by sa 800 svetiel (9W - 3W)/svetlo 16 hodín/deň 365 dní/rok alebo 28 032 kWh na prevádzku. V Iowe, Ohiu a Indiane, 42 percent operácií na vrstve, došlo k zníženiu spotreby energie o 70 miliónov (miliónov) kWh len v týchto troch štátoch.
Keďže trh s brojlermi spotrebuje štyrikrát viac energie ako trh nosníc, úspory sú oveľa výraznejšie. Väčšina z nich sa nachádza v juhovýchodných a južných centrálnych štátoch a mnohé z nich stále používajú neefektívne osvetlenie. Na základe 4 maštalí/farma, 132 svetiel/stodola, 100 W/svetlo, 18 hodín/deň, 52 dní/kŕdeľ a 5,5 kŕdľov/rok, spotreba energie žiarovky na farmách s brojlermi je v priemere 271 814 kWh na farmu za rok.
Úspory energie vypočítal Dr. Joey Bray z Univerzity Stevena F. Austina v Nacogdoches v Texase porovnaním technológie AgriShift LED od Once Innovations so súčasnými žiarovkami a HPS svetlami vo výrobnom nastavení. Podľa Brayovho výskumu na brojleroch spotrebovala typická brojlerová farma využívajúca konvenčný systém žhavenia/HPS 3837 kWh na kŕdeľ ročne. LED diódy AgriShift znížili spotrebu energie na tej istej farme o viac ako 95 percent na farmu v každom kŕdli, na iba 109 kWh. Uplatnenie tohto v celom sektore by mohlo viesť k národným úsporám energie vo výške 2 až 5 miliárd kWh alebo ekvivalentu plného výkonu jednej jadrovej elektrárne. Viac informácií o Once Innovations a AgriShift nájdete v časti „LED poľnohospodárske riešenie využíva autonómny dizajn AC“.
Úspory energie pre podniky, ktoré vyrábajú bravčové mäso, sú rovnako pozoruhodné. Stredozápad má celkovo 1,8 milióna svetelných zásuviek, z ktorých väčšina sú CFL, a je tam osem z 10 najlepších štátov ošípaných. Stredozápad by mohol ušetriť 540 miliónov kWh prechodom na LED svetlá pre svine, čo by ušetrilo 52,2 milióna kWh (CFL) - 25,2 milióna kWh (SSL)=27M kWh - 20 hodín/deň {{ 10 dní.
Normy a zľavy
Vysoké počiatočné náklady boli prekážkou napriek zlepšenej účinnosti, účinnosti a zníženým celkovým nákladom na vlastníctvo poľnohospodárskych osvetľovacích zariadení na báze LED. Je to čiastočne preto, že neexistujú žiadne výkonnostné štandardy pre sektor poľnohospodárskeho osvetlenia, čo sťažuje spotrebiteľom produktov poľnohospodárskeho osvetlenia na báze LED využívať zľavy na energeticky úsporné žiarovky a CFL produkty používané v obytných a komerčných prostrediach. .
Svetelný výkon a kritériá, ktoré sa týkajú ľudí v obytných a komerčných aplikáciách, sú stredobodom súčasných štandardov osvetlenia. Komerčné osvetľovacie výrobky majú značku DesignLights Consortium (DLC), zatiaľ čo energeticky účinné spotrebiteľské svietidlá majú logo Energy Star. Žiaľ, neexistuje výkonnostná norma alebo označenie, ktoré by sa porovnávalo s poľnohospodárskymi osvetľovacími zariadeniami. Z tohto dôvodu je pre energetické spoločnosti ťažké zahrnúť tieto zariadenia do svojich programov zliav, čo ich jednoznačne ekonomicky znevýhodňuje. Poľnohospodári môžu stále získať zľavu tým, že dodatočne vybavia svoje maštale univerzálnymi spotrebiteľskými a komerčnými osvetľovacími výrobkami (čo si môže vyžadovať ich uzavretie do robustných svietidiel alebo svietidiel s hodnotením pre mokré umiestnenie), ale bežne dostupné osvetľovacie výrobky vyrobené špeciálne pre zvieratá a maštale prostredia zvyčajne nie sú vhodné.
Dodávatelia a užívatelia (napríklad poľnohospodári) poľnohospodárskych svetelných produktov požadujú program, ktorý osobitne hodnotí osvetľovacie predmety z hľadiska výkonu v poľnohospodárstve. Takáto schéma by zákazníkom a poskytovateľom energie poskytla znalosti, ktoré potrebujú na vyhodnotenie možností osvetlenia fariem, pričom by sa vyrovnali podmienky pre zľavy. Môže byť súčasťou programu Energy Star alebo DLC alebo dokonca fungovať samostatne. Ideálny štandard by zvládal dôležité výkonnostné charakteristiky vrátane odolnosti, výkonu, spoľahlivosti a bezpečnosti a poskytoval by konzistentnosť medzi rôznymi nástrojmi. Norma sa už pripravuje a mnohé spoločnosti už prejavili záujem o účasť.
hnacou silou budúcnosti poľnohospodárstva
Väčšina výskumných a vývojových aktivít sa teraz sústreďuje na chov ošípaných a hydiny, ale najmä technológia Once Innovations sa môže použiť aj v akvakultúre, chove dobytka a koní. Napríklad červené svetlo je neviditeľné pre zvieratá, ako sú ošípané, hovädzí dobytok a kone, takže v noci je svetlo stlmené do červeného spektra, aby bolo možné vykonať údržbu bez rozrušenia dobytka. Ľudské nemocnice prijali podobnú stratégiu, ktorá umožňuje personálu pohybovať sa v noci bez použitia bieleho svetla, ktoré by znížilo syntézu melatonínu a narušilo spánok pacientov. (Ďalšie informácie o osvetlení používanom v zdravotníctve nájdete v tomto vydaní v časti „Osvetlenie v pevnej fáze prináša skutočné odtiene súčasnej zdravotnej starostlivosti“.)
Okrem toho je možné použiť prispôsobené spektrá na riadenie biotopu rybníka pre ryby a kôrovce. Univerzitný výskum hodnotiaci vplyv osvetlenia LED na produkciu krabov práve prebieha, zatiaľ čo komerčné rybníky v Číne a Belize nainštalovali ako príklad osvetľovacie systémy AquaShift. Pre polovodičové poľnohospodárske osvetlenie existuje globálny trhový potenciál v hodnote viac ako 17 miliárd USD. To sa bude len zvyšovať, keď výrobcovia LED objavia nové metódy využitia svetla na zlepšenie pohody zvierat, zvýšenie poľnohospodárskej produkcie a zníženie nákladov na energiu.
