LED στην πτηνοτροφία
Στην ομιλία του με θέμα «Πώς να κάνετε τα κοτόπουλα ευτυχισμένα» στο συνέδριο Strategies in Light του 2014, ο πρόεδρος της Once Innovations, Brian Wilcox διερεύνησε συναρπαστικά επιστημονικά στοιχεία για τον ισχυρισμό ότι ο φωτισμός LED προσφέρει οικονομικά οφέλη που υπερβαίνουν το χαμηλότερο ενεργειακό κόστος για να παράγει πραγματικά ευνοϊκά αποτελέσματα — και αυξήθηκαν έτσι τα έσοδα — στη διαχείριση και την παραγωγή πουλερικών. Εδώ, θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην εφαρμογή πουλερικών.
Ενώ τα LED έχουν ένα πλεονέκτημα έναντι άλλων επιλογών αγροτικού φωτισμού όσον αφορά την ικανότητά τους να μιμούνται αποτελεσματικά και σωστά την ηλιοφάνεια, η ικανότητά τους να παράγουν ένα προσαρμόσιμο, ρυθμιζόμενο φάσμα μπορεί να είναι το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό τους. Οι ανάγκες του φάσματος των ζώων και οι φασματικές ευαισθησίες τους είναι διαφορετικές από του ανθρώπου. Οι αγρότες μπορούν να δημιουργήσουν ένα περιβάλλον φωτισμού για τα ζώα τους στους αχυρώνες τους που βελτιώνει την υγεία και την ευημερία, βελτιώνοντας έτσι την ανάπτυξη μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος ενέργειας και ζωοτροφών, βελτιστοποιώντας τη χρήση του φάσματος, της ακτινοβολίας και της διαμόρφωσης.
Ο φωτισμός των αχυρώνων πουλερικών είναι μια από τις πιο υποσχόμενες χρήσεις για γεωργικά LED, κυρίως λόγω των σημαντικών διαφοροποιήσεων μεταξύ του τρόπου με τον οποίο οι άνθρωποι και τα πουλιά απορροφούν, αντιλαμβάνονται και ανταποκρίνονται στα φωτόνια. Οι τεχνολογίες που βασίζονται σε LED μπορούν να επωφεληθούν από αυτές τις διαφορές για να μειώσουν το κόστος των φωτιστικών, να αυξήσουν την αύξηση βάρους και τη μυοσκελετική ανάπτυξη, να προκαλέσουν νωρίτερα ωρίμανση σε κοτόπουλα που προορίζονται για ωοτοκία, να βελτιώσουν τη μετατροπή της τροφής, να αλλάξουν την παραγωγή μελατονίνης, να αυξήσουν την παραγωγή και την ποιότητα των αυγών, τον έλεγχο αναπαραγωγικούς κύκλους και επιμηκύνουν την αναπαραγωγική ζωή.
Οι τρίχρωμοι που είναι ευαίσθητοι στις ενέργειες του κόκκινου, πράσινου και μπλε φάσματος είναι άνθρωποι. Η ανθρώπινη ευαισθησία κορυφώνεται γύρω στα 550 νανόμετρα (πράσινη) και σταδιακά μειώνεται καθώς κινείται προς το κόκκινο και το μπλε φάσμα. Οι άνθρωποι απορροφούν φωτόνια μέσω των φωτο-χρωστικών ροδοψίνη (ράβδοι), ιωδοψίνη (κώνοι) και μελανοψίνη, τα οποία εξαρτώνται πλήρως από τη λήψη του αμφιβληστροειδούς.
Ο αμφιβληστροειδής χιτώνας ενός πουλιού μπορεί επίσης να απορροφήσει φωτόνια χάρη στη μελανοψίνη, τις ράβδους και τους κώνους. Ωστόσο, προσλαμβάνουν επίσης φωτόνια μέσω ενεργών φωτοϋποδοχέων που βρίσκονται στην επίφυση, ο οποίος βρίσκεται στην κορυφή του εγκεφάλου (επίφυση λήψη). Παραδόξως, προσλαμβάνουν επίσης φωτόνια μέσω βαθιών εγκεφαλικών φωτοϋποδοχέων (υποθαλαμική λήψη).
Τα τετράχρωμα είναι οικόσιτα πουλερικά. Το πτηνό εξέλιξε μια κορυφαία ευαισθησία στο πράσινο στα 550 nm, παρόμοια με τον άνθρωπο. Ωστόσο, έχουν επίσης αυξημένη ευαισθησία στο υπεριώδες (UV), το κόκκινο και το μπλε φως. Η καταγωγή τους θεωρείται ότι είναι η αιτία αυτού. Λόγω των πράσινων φύλλων που καλύπτουν τις στέγες των δέντρων, τα τροπικά δάση της Νότιας Ασίας έχουν μια επίδραση φιλτραρίσματος στο φως. Με μέγιστα στα 450 nm (12 φορές την ανθρώπινη ευαισθησία) και τα 640 nm, τα πτηνά εξέλιξαν έτσι αυξημένη ευαισθησία στο μπλε και το κόκκινο (4 φορές την ανθρώπινη ευαισθησία). Αλλά ίσως η πιο εντυπωσιακή διάκριση μεταξύ των πτηνών και των ανθρώπων είναι ότι τα πουλιά μπορούν να δουν το υπεριώδες φως με τα μάτια τους (αιχμή στα 385 nm). Τα αίτια της ικανότητας των κατοικίδιων πτηνών να αισθάνονται το υπεριώδες φως διερευνώνται κυρίως. Η ικανότητα αναγνώρισης τροφής και κοπαδιού είναι οι δύο κύριοι ύποπτοι.
Η φυσιολογία των πουλερικών επηρεάζεται διαφορετικά από κάθε απόχρωση. Ενθαρρύνοντας τον πολλαπλασιασμό των δορυφορικών κυττάρων στους σκελετικούς μύες, το πράσινο φως, για παράδειγμα, επιταχύνει σημαντικά τον ρυθμό ανάπτυξης σε νεαρή ηλικία. Το μπλε φως αυξάνει τα επίπεδα ανδρογόνων στο πλάσμα, γεγονός που προάγει την ανάπτυξη σε μεταγενέστερη ηλικία. Το μπλε φως χαμηλής συχνότητας εμποδίζει την κίνηση. Μειώνει επίσης τη συχνότητα του κανιβαλισμού μεταξύ των ηλικιωμένων (ειδικά σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής που εκτρέφονται για ανθρώπινη κατανάλωση). Λόγω της πιο ισχυρής διέγερσης της απελευθέρωσης τεστοστερόνης όταν χρησιμοποιούνται μαζί, το πράσινο και το μπλε φως ενθαρρύνουν το σχηματισμό μυοϊνών. Συνολικά, έχει αποδειχθεί ότι το μπλε φως μπορεί να αυξήσει τη μετατροπή τροφοδοσίας έως και 4 τοις εκατό, χαμηλότερο κόστος ανά λίβρα έως και 3 τοις εκατό και να αυξήσει το συνολικό ζωντανό βάρος έως και 5 τοις εκατό.
Στην αρχή της περιόδου εκτροφής, το κόκκινο φως διεγείρει και ενθαρρύνει τη σεξουαλική δραστηριότητα, καθώς και αυξάνει τους ρυθμούς ανάπτυξης στα κοτόπουλα και τις γαλοπούλες. Επιπλέον, βελτιώνει την κινητικότητα, η οποία μειώνει τα προβλήματα στα πόδια στο τέλος της φάσης εκτροφής. Το κόκκινο φως μειώνει την κατανάλωση τροφής ανά αυγό, ενώ διατηρεί το ίδιο μέγεθος αυγού, βάρος κρόκου και λευκωματίνης, βάρος κελύφους και πάχος. Συνολικά, έχει αποδειχθεί ότι το κόκκινο φως μπορεί να παρατείνει την περίοδο αιχμής παραγωγής, να βελτιώσει την παραγωγή αυγών έως και 38 αυγά ανά κότα και ίσως να μειώσει την πρόσληψη τροφής έως και 20 τοις εκατό.
Η ενεργειακή απόδοση είναι απαραίτητη για την επιτυχία.
Μεγάλο μέρος της συνολικής χρήσης ενέργειας χρησιμοποιείται για αγροτικό φωτισμό. Οι γεωργικές εγκαταστάσεις συγκεντρώνονται σε μια στενή γεωγραφική περιοχή, διαθέτουν συγκρίσιμα συστήματα φωτισμού, τροποποιούνται γρήγορα και αντιδρούν καλά στα κίνητρα. Η γεωργική βιομηχανία στη Βόρεια Αμερική, ιδιαίτερα στις Μεσοδυτικές, έχει ετήσιο δυναμικό εξοικονόμησης ενέργειας 1 δισεκατομμυρίου δολαρίων, σύμφωνα με το Αμερικανικό Συμβούλιο για την Ενεργειακά Αποδοτική Οικονομία (ACEEE). Δύο πυρηνικοί αντιδραστήρες εξισώνονται με αυτό. Το 7 τοις εκατό των δαπανών στο αγρόκτημα, σύμφωνα με την Kate Farley της ACEEE, συνδέονται με την ενέργεια. Με επιδοτήσεις, επιχορηγήσεις και άλλα κίνητρα, η μετάβαση από φωτισμό πυρακτώσεως σε φωτισμό LED μπορεί να οδηγήσει σε εξοικονόμηση ενέργειας 2000 $ ανά αχυρώνα. Αυτές οι μειώσεις θα αύξαναν σημαντικά την κερδοφορία κάθε αχυρώνα για τους αγρότες.
Απλά σκεφτείτε την εξοικονόμηση ενέργειας σε ολόκληρη την αγορά. Έξι από τους 10 κορυφαίους παραγωγούς αυγών βρίσκονται στα Midwest, όπου υπάρχουν περισσότερα από 2500 εργοστάσια παραγωγής στρωμάτων αυγών σε όλη τη χώρα. Κάθε δραστηριότητα στρώματος χρησιμοποιεί 800 λαμπτήρες πυρακτώσεως κατά μέσο όρο ανά εγκατάσταση. Θα εξοικονομηθούν 800 φώτα (9W - 3W)/φως 16 ώρες/ημέρα 365 ημέρες/έτος ή 28.032 kWh ανά λειτουργία, εάν αυτά τα φώτα αντικατασταθούν με LED. Στην Αϊόβα, το Οχάιο και την Ιντιάνα, το 42 τοις εκατό των λειτουργιών του στρώματος, έχει σημειωθεί μείωση στη χρήση ενέργειας κατά 70 εκατομμύρια (εκατομμύρια) kWh μόνο σε αυτές τις τρεις πολιτείες.
Δεδομένου ότι η αγορά κοτόπουλων κρεατοπαραγωγής καταναλώνει τέσσερις φορές περισσότερη ενέργεια από την αγορά στρωμάτων, η εξοικονόμηση είναι πολύ πιο αισθητή. Το μεγαλύτερο μέρος τους βρίσκεται στις νοτιοανατολικές και νότιες κεντρικές πολιτείες και πολλές από αυτές εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αναποτελεσματικό φωτισμό. Με βάση 4 αχυρώνες/εκτροφείο, 132 φώτα/αχυρώνα, 100W/φως, 18 ώρες/ημέρα, 52 ημέρες/κοπάδι και 5,5 κοπάδια/έτος, η χρήση ενέργειας φωτός πυρακτώσεως για εκτροφεία κοτόπουλων κρεατοπαραγωγής ανέρχεται κατά μέσο όρο στις 271.814 kWh ανά φάρμα ετησίως.
Η εξοικονόμηση ενέργειας υπολογίστηκε από τον Δρ Joey Bray του Πανεπιστημίου Steven F. Austin στο Nacogdoches του Τέξας αντιπαραβάλλοντας την τεχνολογία LED AgriShift από την Once Innovations με τα τρέχοντα φώτα πυρακτώσεως και HPS σε μια εγκατάσταση παραγωγής. Σύμφωνα με την έρευνα του Bray για τα κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής, μια τυπική φάρμα κρεατοπαραγωγής που χρησιμοποιεί ένα συμβατικό σύστημα πυρακτώσεως/HPS χρησιμοποιούσε 3837 kWh ανά σμήνος ετησίως. Τα LED AgriShift μείωσαν την κατανάλωση ενέργειας στο ίδιο αγρόκτημα κατά περισσότερο από 95 τοις εκατό ανά αγρόκτημα κάθε κοπάδι, σε μόλις 109 kWh. Η εφαρμογή αυτού σε ολόκληρο τον τομέα μπορεί να οδηγήσει σε εθνική εξοικονόμηση ενέργειας από 2 έως 5 δισεκατομμύρια kWh, ή ισοδύναμο της πλήρους παραγωγής ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Once Innovations και το AgriShift, ανατρέξτε στην ενότητα "Η λύση LED agriculture αξιοποιεί τον αυτόνομο σχεδιασμό AC".
Η εξοικονόμηση ενέργειας για τις επιχειρήσεις που παράγουν χοιρινό κρέας είναι εξίσου αξιοσημείωτη. Το Midwest έχει συνολικά 1,8 εκατομμύρια υποδοχές φωτός, η πλειονότητα των οποίων είναι CFL, και οκτώ από τις 10 κορυφαίες πολιτείες χοίρων βρίσκονται εκεί. Η Midwest θα μπορούσε να εξοικονομήσει 540M kWh μεταβαίνοντας σε χοιρινά φώτα LED, τα οποία θα εξοικονομούσαν 52,2M kWh (CFL) - 25.2M kWh (SSL)=27M kWh - 20 ώρες/ημέρα {{ 10}} ημέρες.
Κανόνες και εκπτώσεις
Το υψηλό αρχικό κόστος αποτέλεσε εμπόδιο παρά τη βελτιωμένη απόδοση, την αποτελεσματικότητα και το μειωμένο συνολικό κόστος ιδιοκτησίας γεωργικού εξοπλισμού φωτισμού με βάση LED. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι δεν υπάρχουν πρότυπα απόδοσης για τον τομέα του γεωργικού φωτισμού, γεγονός που καθιστά δύσκολο για τους καταναλωτές προϊόντων γεωργικού φωτισμού με βάση LED να επωφεληθούν από εκπτώσεις χρησιμότητας για προϊόντα πυρακτώσεως και CFL εξοικονόμησης ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε οικιακούς και εμπορικούς χώρους .
Οι επιδόσεις και τα κριτήρια φωτισμού, καθώς σχετίζονται με άτομα σε οικιακές και εμπορικές εφαρμογές, αποτελούν το επίκεντρο των τρεχόντων προτύπων φωτισμού. Τα εμπορικά είδη φωτισμού έχουν το σήμα DesignLights Consortium (DLC), ενώ τα ενεργειακά αποδοτικά καταναλωτικά προϊόντα φωτισμού φέρουν το λογότυπο Energy Star. Δυστυχώς, δεν υπάρχει πρότυπο απόδοσης ή ετικέτα που να συγκρίνεται για τον εξοπλισμό γεωργικού φωτισμού. Εξαιτίας αυτού, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας δυσκολεύονται να συμπεριλάβουν αυτές τις συσκευές στα προγράμματα εκπτώσεων, γεγονός που τις θέτει σε σαφές οικονομικό μειονέκτημα. Οι αγρότες μπορούν ακόμα να λάβουν έκπτωση με την εκ των υστέρων τοποθέτηση προϊόντων γενικής χρήσης καταναλωτικού και εμπορικού φωτισμού για τους αχυρώνες τους (που μπορεί να απαιτούν εγκλεισμό σε στιβαρά ή βρεγμένα φωτιστικά), αλλά προϊόντα φωτισμού εκτός ραφιού κατασκευασμένα ειδικά για ζώα και αχυρώνες τα περιβάλλοντα συνήθως δεν είναι κατάλληλα.
Ένα πρόγραμμα που κατατάσσει ιδιαίτερα τα είδη φωτισμού ως προς τις γεωργικές επιδόσεις είναι αυτό που απαιτούν οι προμηθευτές και οι χρήστες (όπως οι αγρότες) προϊόντων γεωργικού φωτισμού. Ένα τέτοιο σύστημα θα παρείχε στους πελάτες και στους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας τις γνώσεις που χρειάζονται για την αξιολόγηση των επιλογών φωτισμού των αγροκτημάτων, ενώ παράλληλα θα εξισορροπούσε τους όρους ανταγωνισμού για τις εκπτώσεις. Μπορεί να συμπεριληφθεί ως μέρος του Energy Star ή DLC ή ακόμη και να λειτουργεί ξεχωριστά. Το ιδανικό πρότυπο θα χειριζόταν σημαντικά χαρακτηριστικά απόδοσης, όπως η ανθεκτικότητα, η απόδοση, η αξιοπιστία και η ασφάλεια και θα παρείχε συνέπεια σε διάφορα βοηθητικά προγράμματα. Ένα πρότυπο έχει ήδη αναπτυχθεί και πολλές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν ήδη εκδηλώσει ενδιαφέρον να συμμετάσχουν.
οδηγώντας το μέλλον της γεωργίας
Το μεγαλύτερο μέρος των δραστηριοτήτων Ε&Α επικεντρώνεται πλέον στις βιομηχανίες χοίρων και πουλερικών, αλλά η τεχνολογία της Once Innovations ειδικότερα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στις βιομηχανίες υδατοκαλλιέργειας, βοοειδών γαλακτοπαραγωγής και αλόγων. Για παράδειγμα, το κόκκινο φως είναι αόρατο σε ζώα όπως οι χοίροι, τα βοοειδή και τα άλογα, έτσι τη νύχτα, το φως μειώνεται σε κόκκινο φάσμα για να επιτρέψει τη συντήρηση χωρίς να αναστατώσει τα ζώα. Τα ανθρώπινα νοσοκομεία υιοθετούν μια παρόμοια στρατηγική, επιτρέποντας στο προσωπικό να περιφέρεται τη νύχτα χωρίς τη χρήση λευκού φωτός που θα μείωνε τη σύνθεση μελατονίνης και θα διαταράσσει τον ύπνο των ασθενών. (Βλ. "Ο φωτισμός στερεάς κατάστασης αναδεικνύει τις πραγματικές αποχρώσεις της σύγχρονης υγειονομικής περίθαλψης" από αυτό το τεύχος για πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τον φωτισμό που χρησιμοποιείται στην υγειονομική περίθαλψη.)
Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν προσαρμοσμένα φάσματα για τη διαχείριση του οικοτόπου της λίμνης για ψάρια και καρκινοειδή. Πανεπιστημιακή έρευνα που αξιολογεί την επίδραση του φωτισμού LED στην παραγωγή καβουριών βρίσκεται σε εξέλιξη, ενώ εμπορικές λίμνες στην Κίνα και το Μπελίζ έχουν εγκαταστήσει συστήματα φωτισμού AquaShift ως παράδειγμα. Πάνω από 17 δισεκατομμύρια δολάρια σε παγκόσμια αγορά υπάρχει δυναμικό για γεωργικό φωτισμό στερεάς κατάστασης. Αυτό θα αυξηθεί μόνο καθώς οι κατασκευαστές LED ανακαλύπτουν νέες μεθόδους χρήσης του φωτός για τη βελτίωση της ευημερίας των ζώων, την ενίσχυση της γεωργικής παραγωγής και τη μείωση του ενεργειακού κόστους.
