Світлодіоди в птахівництві
У своїй доповіді на тему «Як зробити курчат щасливими» на конференції Strategies in Light у 2014 році президент Once Innovations Брайан Вілкокс дослідив переконливі наукові докази твердження про те, що світлодіодне освітлення пропонує економічні переваги, які виходять за рамки нижчих витрат на енергію, а фактично забезпечують сприятливі результати — і таким чином збільшився прибуток — у птахівництві та виробництві. Тут ми докладніше розглянемо додаток для домашньої птиці.
Незважаючи на те, що світлодіоди мають перевагу перед іншими сільськогосподарськими освітлювальними приладами з точки зору їх здатності ефективно і правильно імітувати сонячне світло, їх здатність виробляти настроюваний, регульований спектр може бути їхньою найбільшою особливістю. Потреби тварин у спектрі та їхня спектральна чутливість відрізняються від потреб людини. Фермери можуть створити освітлювальне середовище для своїх тварин у своїх хлівах, яке покращує здоров’я та добробут, а отже покращує розвиток, одночасно зменшуючи витрати на енергію та корм, оптимізуючи використання спектра, освітлення та модуляції.
Освітлення пташників є одним із найбільш перспективних застосувань сільськогосподарських світлодіодів, здебільшого через значні відмінності між тим, як люди та птахи поглинають, сприймають і реагують на фотони. Технології на основі світлодіодів можуть використовувати переваги цих відмінностей для зниження вартості світильників, збільшення ваги та розвитку опорно-рухового апарату, сприяння більш ранній зрілості курей-несучок, призначених для кладки яєць, покращення конверсії корму, зміни виробництва мелатоніну, підвищення продуктивності та якості яєць, контролю репродуктивні цикли та продовження репродуктивного життя.
Трихроманти, чутливі до енергій червоного, зеленого та синього спектру, є людьми. Чутливість людини досягає свого піку в районі 550 нанометрів (зелений), і вона поступово знижується в міру просування до червоного та синього спектрів. Люди поглинають фотони через фотопігменти родопсин (палички), йодопсин (колбочки) і меланопсин, які повністю залежать від рецепції сітківки.
Сітківка птаха також може поглинати фотони завдяки меланопсину, паличкам і колбочкам. Однак вони також приймають фотони через активні фоторецептори, які знаходяться в шишкоподібній залозі, яка розташована у верхній частині мозку (епіфіз). Дивно, але вони також приймають фотони через глибокі фоторецептори мозку (рецепція гіпоталамуса).
Квадрохроманти – свійська птиця. Пікова чутливість птахів до зеленого кольору досягла 550 нм, як і люди. Однак вони також мають підвищену чутливість до ультрафіолетового (УФ), червоного та синього світла. Вважається, що причиною цього є їхнє походження. Завдяки зеленому листю, що вкриває крони дерев, тропічні ліси Південної Азії фільтрують світло. З максимумами при 450 нм (у 12 разів більше, ніж у людини) і 640 нм, птиця розвинула підвищену чутливість до синього та червоного (у 4 рази більше, ніж у людини). Але, мабуть, найяскравіша відмінність між птахами та людьми полягає в тому, що птахи можуть бачити ультрафіолетове світло очима (пік при 385 нм). Причини здатності домашніх птахів сприймати УФ-випромінювання в основному досліджуються. Двома основними підозрюваними є здатність до розпізнавання їжі та зграї.
Кожен відтінок по-різному впливає на фізіологію птиці. Стимулюючи проліферацію сателітних клітин у скелетних м’язах, зелене світло, наприклад, значно прискорює швидкість росту в молодому віці. Синє світло підвищує рівень андрогенів у плазмі, що сприяє розвитку в більш пізньому віці. Низькочастотне синє світло гальмує рух. Це також знижує частоту канібалізму серед людей похилого віку (особливо у курчат-бройлерів, вирощених для споживання людиною). Завдяки більш потужній стимуляції вивільнення тестостерону при спільному застосуванні зелене та синє світло стимулюють утворення міоволокон. Загалом було показано, що синє світло може збільшити конверсію корму до 4 відсотків, знизити вартість фунта до 3 відсотків і збільшити загальну живу вагу до 5 відсотків.
На початку періоду вирощування червоне світло стимулює та заохочує статеву активність, а також прискорює темпи росту курчат та індиків. Крім того, він покращує моторику, що зменшує проблеми з ногами наприкінці фази виховання. Червоне світло зменшує споживання корму на одне знесене яйце, зберігаючи той самий розмір яйця, вагу жовтка та альбуміну, вагу та товщину шкаралупи. Загалом було показано, що червоне світло може подовжити період піку продуктивності, підвищити несучість до 38 яєць на курку та, можливо, зменшити споживання їжі до 20 відсотків.
Енергоефективність є важливою умовою успіху.
Велика частка загального споживання енергії використовується для освітлення сільського господарства. Сільськогосподарські підприємства зосереджені у вузькому географічному регіоні, мають схожі системи освітлення, швидко модифікуються та добре реагують на стимули. Згідно з даними Американської ради з енергоефективної економіки (ACEEE), сільськогосподарська галузь у Північній Америці, особливо на Середньому Заході, має щорічний потенціал економії енергії в 1 мільярд (мільярд) доларів США. До цього прирівнюються два атомні енергетичні реактори. За словами Кейт Фарлі з ACEEE, 7 відсотків витрат на фермі пов’язані з енергією. З субсидіями, грантами та іншими стимулами перехід від ламп розжарювання до світлодіодного освітлення може призвести до економії енергії в розмірі 2000 доларів США на комору. Ці скорочення значно підвищать прибутковість кожного амбару для фермерів.
Тільки подумайте про економію енергії на всьому ринку. Шість із 10 найкращих виробників яєць розташовані на Середньому Заході, де по всій країні є понад 2500 фабрик з виробництва яєць. Кожна діяльність рівня використовує в середньому 800 ламп розжарювання на об’єкт. Якщо замінити ці лампи на світлодіоди, можна було б заощадити 800 ламп (9 Вт - 3 Вт)/світло 16 годин/добу 365 днів/рік, або 28 032 кВт/год за операцію. В Айові, Огайо та Індіані, 42 відсотках виробничих операцій, споживання енергії було скорочено на 70 мільйонів (мільйонів) кВт-год тільки в цих трьох штатах.
Оскільки ринок бройлерів споживає в чотири рази більше енергії, ніж ринок несучок, економія набагато відчутніша. Основна їх частина знаходиться в південно-східних і південно-центральних штатах, і багато з них все ще використовують неефективне освітлення. Виходячи з 4 сараїв на ферму, 132 світильників на сарай, 100 Вт на світло, 18 годин на день, 52 дні на стадо та 5,5 стад на рік, споживання енергії лампи розжарювання для бройлерних ферм складає в середньому 271 814 кВт-год на ферму на рік.
Економію електроенергії розрахував доктор Джоуї Брей з Університету Стівена Ф. Остіна в Накогдочесі, штат Техас, шляхом порівняння світлодіодної технології AgriShift від Once Innovations із поточними лампами розжарювання та лампами HPS у виробничій установці. Відповідно до досліджень Брея щодо бройлерів, типова бройлерна ферма, яка використовує звичайну систему розжарювання/HPS, споживала 3837 кВт-год на стадо щорічно. Світлодіоди AgriShift зменшили споживання енергії на одній фермі більш ніж на 95 відсотків на ферму, кожне стадо, до 109 кВт-год. Застосування цього в усьому секторі може призвести до національного заощадження енергії від 2 до 5 мільярдів кВт/год, або еквівалент повної потужності однієї атомної електростанції. Щоб отримати додаткові відомості про Once Innovations і AgriShift, перегляньте розділ «Світлодіодне рішення для сільського господарства використовує автономний дизайн змінного струму».
Енергозбереження для підприємств, які виробляють свинину, заслуговує на увагу. На Середньому Заході є 1,8 мільйона світлових розеток, більшість з яких є КЛЛ, і вісім із 10 найбільших свинарських штатів знаходяться там. Середній Захід міг би заощадити 540 млн кВт-год, перейшовши на світлодіодні ліхтарі для свиней, що заощадить 52,2 млн кВт-год (CFL) - 25.2 млн кВт-год (SSL)=27М кВт-год - 20 годин на день {{ 10}} днів.
Норми та знижки
Високі початкові витрати були перешкодою, незважаючи на покращену ефективність, ефективність і зниження загальної вартості володіння сільськогосподарським освітлювальним обладнанням на основі світлодіодів. Частково це пояснюється відсутністю стандартів ефективності для сектору сільськогосподарського освітлення, що ускладнює споживачам світлодіодних сільськогосподарських освітлювальних приладів отримати переваги від комунальних знижок на енергозберігаючі лампи розжарювання та освітлювальні прилади CFL, які використовуються в житлових і комерційних приміщеннях. .
Ефективність освітлення та критерії, які стосуються людей у житлових і комерційних приміщеннях, знаходяться в центрі уваги поточних стандартів освітлення. Комерційні освітлювальні прилади мають марку DesignLights Consortium (DLC), а енергоефективні споживчі освітлювальні прилади мають логотип Energy Star. На жаль, не існує стандарту продуктивності чи етикетки, яка б порівнювала сільськогосподарське освітлювальне обладнання. Через це комунальним підприємствам важко включити ці пристрої у свої програми знижок, що ставить їх у явну економічну втрату. Фермери все ще можуть отримати знижку, модернізувавши споживчі та комерційні освітлювальні прилади загального призначення для своїх сараїв (що може вимагати розміщення їх у міцних або вологих світильниках), але стандартні освітлювальні вироби, виготовлені спеціально для тварин і сараїв середовища зазвичай не підходять.
Постачальники та користувачі (наприклад, фермери) освітлювальних приладів для сільського господарства потребують програми, яка спеціально класифікує освітлювальні прилади з точки зору сільськогосподарських характеристик. Така схема надасть клієнтам і постачальникам електроенергії знання, необхідні для оцінки варіантів освітлення ферми, водночас вирівняючи умови для отримання знижок. Він може бути частиною Energy Star або DLC або навіть працювати окремо. Ідеальний стандарт відповідав би важливим характеристикам продуктивності, включаючи довговічність, продуктивність, надійність і безпеку, і забезпечував узгодженість між різними утилітами. Стандарт уже розробляється, і багато комунальних підприємств уже виявили зацікавленість у участі.
рушійною силою майбутнього сільського господарства
Основна частина науково-дослідної діяльності зараз зосереджена на свинарстві та птахівництві, але технологія Once Innovations зокрема може бути використана в аквакультурі, молочному скотарстві та конярстві. Наприклад, червоне світло невидиме для таких тварин, як свині, велика рогата худоба та коні, тому вночі світло тьмяніє до червоного спектру, щоб дозволити виконувати технічне обслуговування, не турбуючи худобу. Людські лікарні застосовують подібну стратегію, дозволяючи персоналу блукати вночі без використання білого світла, яке б зменшувало синтез мелатоніну та порушувало сон пацієнтів. (Для отримання додаткової інформації про освітлення, яке використовується в охороні здоров’я, у цьому випуску див. розділ «Твердотільні лампи підкреслюють справжні відтінки сучасної охорони здоров’я».)
Крім того, спеціалізовані спектри можна використовувати для управління середовищем проживання риб і ракоподібних у ставках. Університетське дослідження, що оцінює вплив світлодіодного освітлення на виробництво крабів, триває, тоді як комерційні ставки в Китаї та Белізі встановили системи освітлення AquaShift як приклад. Потенціал глобального ринку твердотільного сільськогосподарського освітлення становить понад 17 мільярдів доларів. Це буде лише зростати, оскільки виробники світлодіодів відкриють нові методи використання світла для покращення добробуту тварин, підвищення сільськогосподарської продукції та зниження витрат на енергію.
