LED's in de pluimveehouderij
In zijn lezing over "How to make chicks happy" op de Strategies in Light-conferentie van 2014, onderzocht Brian Wilcox, president van Once Innovations, overtuigend wetenschappelijk bewijs voor de bewering dat LED-verlichting economische voordelen biedt die verder gaan dan lagere energiekosten om daadwerkelijk gunstige resultaten te produceren - en dus hogere inkomsten - in het beheer en de productie van pluimvee. Hier gaan we dieper in op de pluimveetoepassing.
Hoewel LED's een voorsprong hebben op andere landbouwverlichtingskeuzes wat betreft hun vermogen om zonneschijn effectief en correct na te bootsen, is hun vermogen om een aanpasbaar, aanpasbaar spectrum te produceren misschien wel hun grootste kenmerk. De spectrumbehoeften van dieren en hun spectrale gevoeligheden zijn anders dan die van mensen. Boeren kunnen een verlichtingsomgeving voor hun dieren in hun stallen creëren die de gezondheid en het welzijn verbetert, waardoor de ontwikkeling wordt verbeterd en de energie- en voerkosten worden verlaagd, door het gebruik van spectrum, bestraling en modulatie te optimaliseren.
De verlichting van pluimveestallen is een van de meest veelbelovende toepassingen voor LED's in de landbouw, vooral vanwege de aanzienlijke verschillen tussen hoe mensen en vogels fotonen absorberen, waarnemen en erop reageren. Op leds gebaseerde technologieën kunnen van deze verschillen profiteren om de kosten van armaturen te verlagen, gewichtstoename en ontwikkeling van het bewegingsapparaat te bevorderen, legkippen die bedoeld zijn om eieren te leggen eerder volwassen te maken, voerconversie te verbeteren, de melatonineproductie te veranderen, de eierproductie en -kwaliteit te verhogen, controle voortplantingscycli en verlengt het reproductieve leven.
Tri-chromanten die gevoelig zijn voor de energieën van het rode, groene en blauwe spectrum zijn mensen. Menselijke gevoeligheid piekt rond 550 nanometer (groen), en neemt geleidelijk af naarmate het zich in de richting van het rode en blauwe spectrum beweegt. Mensen nemen fotonen op via de fotopigmenten rodopsine (staafjes), jodopsine (kegeltjes) en melanopsine, die volledig afhankelijk zijn van retinale ontvangst.
Het netvlies van een vogel kan ook fotonen absorberen dankzij melanopsine, staafjes en kegeltjes. Ze nemen echter ook fotonen op via actieve fotoreceptoren in de pijnappelklier, die zich bovenop de hersenen bevindt (receptie van de pijnappelklier). Verbazingwekkend genoeg nemen ze ook fotonen op via diepe encefalische fotoreceptoren (hypothalamische ontvangst).
Quad-chromants zijn gedomesticeerd pluimvee. Fowl ontwikkelde een piekgevoeligheid voor groen bij 550 nm, vergelijkbaar met mensen. Ze zijn echter ook gevoeliger voor ultraviolet (UV), rood en blauw licht. Aangenomen wordt dat hun afkomst hier de oorzaak van is. Door de groene bladeren die de boomkruinen bedekken, hebben de tropische regenwouden van Zuid-Azië een filterende werking op het licht. Met maxima bij 450 nm (12 keer menselijke gevoeligheid) en 640 nm, ontwikkelde gevogelte daardoor een verhoogde gevoeligheid voor blauw en rood (4x menselijke gevoeligheid). Maar misschien wel het meest opvallende onderscheid tussen vogels en mensen is dat vogels met hun ogen UV-licht kunnen zien (piek bij 385 nm). Er wordt vooral onderzoek gedaan naar de oorzaken van het vermogen van gedomesticeerde vogels om UV-licht waar te nemen. Het vermogen om voedsel en kuddes te herkennen zijn de twee hoofdverdachten.
De fysiologie van pluimvee wordt door elke tint anders beïnvloed. Door de proliferatie van satellietcellen in de skeletspier aan te moedigen, versnelt groen licht bijvoorbeeld de groeisnelheid op jonge leeftijd aanzienlijk. Blauw licht verhoogt de androgeenspiegels in het plasma, wat de ontwikkeling op latere leeftijd bevordert. Laagfrequent blauw licht remt beweging. Het verlaagt ook de incidentie van kannibalisme bij ouderen (vooral bij vleeskuikens die voor menselijke consumptie worden gehouden). Vanwege een krachtigere stimulatie van de afgifte van testosteron wanneer ze samen worden gebruikt, stimuleren groen en blauw licht de vorming van spiervezels. In totaal is aangetoond dat blauw licht de voerconversie met wel 4 procent kan verhogen, de kosten per pond met wel 3 procent kan verlagen en het totale levend gewicht met wel 5 procent kan verhogen.
Aan het begin van de opfokperiode stimuleert en stimuleert rood licht de seksuele activiteit en verhoogt het de groeisnelheid bij kippen en kalkoenen. Bovendien verbetert het de beweeglijkheid, wat pootproblemen aan het einde van de opfokfase vermindert. Rood licht verlaagt de voerconsumptie per gelegd ei met behoud van dezelfde eiergrootte, dooier- en albuminegewicht, schaalgewicht en dikte. Over het algemeen is aangetoond dat rood licht de piekproductieperiode kan verlengen, de eierproductie met maximaal 38 eieren per kip kan verbeteren en de voedselinname met wel 20 procent kan verminderen.
Energie-efficiëntie is essentieel voor succes.
Een groot deel van het totale energieverbruik wordt gebruikt voor landbouwverlichting. Landbouwbedrijven zijn geclusterd in een smalle geografische regio, hebben vergelijkbare verlichtingssystemen, zijn snel aangepast en reageren goed op prikkels. Volgens de American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) heeft de landbouwsector in Noord-Amerika, met name in het middenwesten, een jaarlijks energiebesparingspotentieel van $1 miljard (miljard). Daaraan worden twee kernreactoren gelijkgesteld. Volgens Kate Farley van de ACEEE houdt 7 procent van de uitgaven op de boerderij verband met energie. Met subsidies, subsidies en andere stimulansen kan de overstap van gloeilampen naar LED-verlichting leiden tot een energiebesparing van $ 2000 per stal. Deze verlagingen zouden de winstgevendheid van elke stal voor boeren aanzienlijk verhogen.
Denk maar aan de energiebesparing in de hele markt. Zes van de top 10 eierproducenten bevinden zich in het middenwesten, waar er in het hele land meer dan 2500 eierlegfabrieken zijn. Elke laagactiviteit gebruikt gemiddeld 800 gloeilampen per faciliteit. Er zou een besparing zijn van 800 lampen (9W - 3W)/licht 16 uur/dag 365 dagen/jaar, of 28.032 kWh per bewerking, als deze lampen zouden worden vervangen door LED's. In Iowa, Ohio en Indiana, 42 procent van de laagproductie, is er in deze drie staten een vermindering van het energieverbruik met 70 miljoen (miljoen) kWh.
Aangezien de vleeskuikenmarkt vier keer zoveel energie verbruikt als de leghennenmarkt, vallen de besparingen veel meer op. Het grootste deel van hen is te vinden in de staten Zuidoost en Zuid-Centraal, en velen van hen gebruiken nog steeds inefficiënte verlichting. Op basis van 4 stallen/bedrijf, 132 lampen/stal, 100W/licht, 18 uur/dag, 52 dagen/koppel en 5,5 koppels/jaar, bedraagt het energieverbruik van gloeilampen voor vleeskuikenbedrijven gemiddeld 271.814 kWh per bedrijf per jaar.
De energiebesparingen werden berekend door Dr. Joey Bray van Steven F. Austin University in Nacogdoches, Texas door de AgriShift LED-technologie van Once Innovations af te zetten tegen de huidige gloeilampen en HPS-lampen in een productieopstelling. Volgens Bray's onderzoek naar vleeskuikens verbruikt een typisch vleeskuikenbedrijf dat een conventioneel gloeilamp-/HPS-systeem gebruikt 3837 kWh per koppel per jaar. AgriShift LED's verminderden het energieverbruik op hetzelfde bedrijf met meer dan 95 procent per bedrijf per koppel, tot slechts 109 kWh. Als dit sectorbreed wordt toegepast, kan er landelijk 2 tot 5 miljard kWh aan energie worden bespaard, ofwel het equivalent van het volledige vermogen van één kerncentrale. Zie "LED-landbouwoplossing maakt gebruik van autonoom AC-ontwerp" voor meer informatie over Once Innovations en AgriShift.
De energiebesparingen voor bedrijven die varkensvlees produceren zijn net zo opmerkelijk. Het Midwesten heeft in totaal 1,8 miljoen stopcontacten, waarvan de meeste CFL zijn, en acht van de top 10 varkensstaten zijn daar. Het Midwesten zou 540 miljoen kWh kunnen besparen door over te schakelen op LED-zwijnenverlichting, wat 52,2 miljoen kWh (CFL) - 25,2 miljoen kWh (SSL)=27M kWh - 20 uur/dag zou besparen {{ 10 dagen.
Normen en kortingen
Hoge initiële kosten vormden een belemmering ondanks de verbeterde efficiëntie, werkzaamheid en lagere totale eigendomskosten van LED-gebaseerde landbouwverlichtingsapparatuur. Dit komt deels omdat er geen prestatienormen zijn voor de landbouwverlichtingssector, waardoor het voor consumenten van op leds gebaseerde landbouwverlichtingsproducten moeilijk is om te profiteren van kortingen op energiebesparende gloeilampen en CFL-verlichtingsproducten die worden gebruikt in residentiële en commerciële omgevingen. .
Verlichtingsprestaties en -criteria met betrekking tot mensen in residentiële en commerciële toepassingen staan centraal in de huidige verlichtingsnormen. Commerciële verlichtingsproducten hebben het DesignLights Consortium (DLC)-keurmerk, terwijl energiezuinige consumentenverlichtingsproducten het Energy Star-logo dragen. Helaas is er geen prestatienorm of label dat vergelijkbaar is met agrarische verlichtingsapparatuur. Hierdoor vinden nutsbedrijven het moeilijk om deze apparaten op te nemen in hun kortingsprogramma's, wat hen een duidelijk economisch nadeel geeft. Boeren kunnen nog steeds een korting krijgen door algemene consumenten- en commerciële verlichtingsproducten voor hun stallen aan te brengen (waarvoor ze mogelijk moeten worden ingesloten in robuuste of natte-locatie-geclassificeerde armaturen), maar kant-en-klare verlichtingsproducten die speciaal voor dieren en stal zijn gemaakt omgevingen komen doorgaans niet in aanmerking.
Een programma dat verlichtingsartikelen met name rangschikt op landbouwprestaties, is wat leveranciers en gebruikers (zoals boeren) van landbouwverlichtingsproducten nodig hebben. Een dergelijk schema zou klanten en energieleveranciers de kennis bieden die ze nodig hebben om landbouwverlichtingsopties te evalueren, terwijl het speelveld voor kortingen gelijk wordt. Het kan worden opgenomen als onderdeel van Energy Star of DLC of zelfs afzonderlijk werken. De ideale standaard zou belangrijke prestatiekenmerken behandelen, waaronder duurzaamheid, prestaties, betrouwbaarheid en veiligheid, en consistentie bieden tussen verschillende hulpprogramma's. Er is al een standaard in ontwikkeling en tal van nutsbedrijven hebben al aangegeven geïnteresseerd te zijn in deelname.
aansturen van de toekomst van de landbouw
Het grootste deel van de R&D-activiteiten is nu geconcentreerd op de varkens- en pluimvee-industrie, maar met name de technologie van Once Innovations kan ook worden gebruikt in de aquacultuur, de melkvee- en de paardenindustrie. Rood licht is bijvoorbeeld onzichtbaar voor dieren zoals varkens, runderen en paarden, dus 's nachts wordt het licht gedimd tot een rood spectrum om onderhoud uit te voeren zonder het vee van streek te maken. Menselijke ziekenhuizen hanteren een vergelijkbare strategie, waardoor personeel 's nachts kan ronddwalen zonder het gebruik van wit licht dat de melatoninesynthese zou verminderen en de slaap van patiënten zou verstoren. (Zie "Solid-state verlichting brengt de echte tinten van de hedendaagse gezondheidszorg naar boven" in deze uitgave voor aanvullende informatie over verlichting die in de gezondheidszorg wordt gebruikt.)
Bovendien kunnen op maat gemaakte spectra worden gebruikt om de vijverhabitat voor vissen en schaaldieren te beheren. Universitair onderzoek naar de impact van LED-verlichting op de krabproductie is aan de gang, terwijl commerciële vijvers in China en Belize AquaShift-verlichtingssystemen als voorbeeld hebben geïnstalleerd. Meer dan $ 17 miljard aan wereldwijd marktpotentieel bestaat voor solid-state landbouwverlichting. Dat zal alleen maar toenemen naarmate LED-fabrikanten nieuwe methoden ontdekken om licht te gebruiken om het dierenwelzijn te verbeteren, de landbouwproductie te verhogen en de energiekosten te verlagen.
