I LED nell'allevamento avicolo
Nel suo discorso su "Come rendere felici i pulcini" alla conferenza Strategies in Light del 2014, Brian Wilcox, presidente di Once Innovations, ha esplorato prove scientifiche convincenti per l'affermazione che l'illuminazione a LED offre vantaggi economici che vanno oltre i costi energetici inferiori per produrre effettivamente risultati favorevoli - e quindi un aumento delle entrate - nella gestione e produzione di pollame. Qui, daremo un'occhiata più da vicino all'applicazione del pollame.
Mentre i LED hanno un vantaggio rispetto ad altre scelte di illuminazione agricola in termini di capacità di imitare in modo efficace e corretto la luce del sole, la loro capacità di produrre uno spettro personalizzabile e regolabile potrebbe essere la loro più grande caratteristica. Le esigenze di spettro degli animali e le loro sensibilità spettrali sono diverse da quelle degli umani. Gli allevatori possono creare un ambiente di illuminazione per i loro animali nelle loro stalle che migliora la salute e il benessere, migliorando quindi lo sviluppo riducendo i costi energetici e di alimentazione, ottimizzando l'uso dello spettro, dell'irraggiamento e della modulazione.
L'illuminazione delle stalle per pollame è uno degli usi più promettenti per i LED agricoli, soprattutto a causa delle significative variazioni tra il modo in cui le persone e gli uccelli assorbono, percepiscono e rispondono ai fotoni. Le tecnologie basate su LED possono sfruttare queste differenze per ridurre il costo degli apparecchi di illuminazione, aumentare l'aumento di peso e lo sviluppo muscoloscheletrico, indurre una maturità precoce nei polli ovaiole destinati a deporre le uova, migliorare la conversione del mangime, modificare la produzione di melatonina, aumentare la produzione e la qualità delle uova, controllare cicli riproduttivi e allungare la vita riproduttiva.
I tri-cromanti che sono sensibili alle energie dello spettro rosso, verde e blu sono umani. La sensibilità umana raggiunge picchi di circa 550 nanometri (verde) e diminuisce gradualmente man mano che si sposta verso gli spettri rosso e blu. Gli esseri umani assorbono i fotoni tramite i fotopigmenti rodopsina (bastoncini), iodopsina (coni) e melanopsina, che dipendono completamente dalla ricezione retinica.
La retina di un uccello può anche assorbire fotoni grazie a melanopsina, bastoncelli e coni. Tuttavia, assorbono anche i fotoni attraverso i fotorecettori attivi che si trovano nella ghiandola pineale, che si trova nella parte superiore del cervello (ricezione pineale). Sorprendentemente, assorbono anche i fotoni attraverso i fotorecettori encefalici profondi (ricezione ipotalamica).
I quad-cromanti sono pollame domestico. Fowl ha sviluppato una sensibilità di picco al verde a 550 nm, simile agli umani. Tuttavia, hanno anche una maggiore sensibilità alla luce ultravioletta (UV), rossa e blu. Si presume che la loro discendenza sia la causa di ciò. A causa delle foglie verdi che ricoprono le chiome degli alberi, le foreste pluviali tropicali dell'Asia meridionale hanno un effetto filtrante sulla luce. Con massimi a 450 nm (12 volte la sensibilità umana) e 640 nm, i polli hanno quindi sviluppato una maggiore sensibilità al blu e al rosso (4 volte la sensibilità umana). Ma forse la distinzione più evidente tra uccelli e umani è che gli uccelli possono vedere la luce UV con i loro occhi (picco a 385 nm). Le cause della capacità degli uccelli domestici di percepire la luce UV sono per lo più oggetto di ricerca. La capacità di riconoscimento del cibo e del gregge sono i due principali sospettati.
La fisiologia del pollame è influenzata in modo diverso da ogni tonalità. Incoraggiando la proliferazione delle cellule satellite nel muscolo scheletrico, la luce verde, ad esempio, accelera notevolmente il tasso di crescita in giovane età. La luce blu aumenta i livelli di androgeni nel plasma, il che favorisce lo sviluppo in età avanzata. La luce blu a bassa frequenza inibisce il movimento. Riduce anche l'incidenza del cannibalismo tra gli anziani (soprattutto nei polli da carne allevati per il consumo umano). A causa della stimolazione più potente del rilascio di testosterone quando usati insieme, la luce verde e quella blu incoraggiano la formazione di miofibre. In totale, è stato dimostrato che la luce blu può aumentare la conversione del mangime fino al 4%, ridurre il costo per libbra fino al 3% e aumentare il peso vivo complessivo fino al 5%.
All'inizio del periodo di allevamento, la luce rossa stimola e incoraggia l'attività sessuale e aumenta i tassi di crescita di polli e tacchini. Inoltre, migliora la motilità, che riduce i problemi alle gambe al termine della fase di allevamento. La luce rossa riduce il consumo di mangime per uovo deposto mantenendo la stessa dimensione dell'uovo, il peso del tuorlo e dell'albumina, il peso del guscio e lo stesso spessore. Nel complesso, è stato dimostrato che la luce rossa può prolungare il periodo di picco della produzione, migliorare la produzione di uova fino a 38 uova per gallina e forse ridurre l'assunzione di cibo fino al 20%.
L'efficienza energetica è essenziale per il successo.
Un'ampia quota del consumo totale di energia viene utilizzata per l'illuminazione agricola. Gli stabilimenti agricoli sono raggruppati in una ristretta regione geografica, hanno sistemi di illuminazione comparabili, vengono rapidamente modificati e reagiscono bene agli incentivi. Secondo l'American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE), l'industria agricola in Nord America, in particolare nel Midwest, ha un potenziale di risparmio energetico annuo di 1 miliardo di dollari (miliardi). Due reattori nucleari sono equiparati a questo. Il 7% delle spese in azienda, secondo Kate Farley dell'ACEEE, è associato all'energia. Con sovvenzioni, sovvenzioni e altri incentivi, il passaggio dall'illuminazione a incandescenza a quella a LED potrebbe comportare un risparmio energetico di $ 2000 per fienile. Queste riduzioni aumenterebbero notevolmente la redditività di ogni stalla per gli agricoltori.
Basti pensare al risparmio energetico dell'intero mercato. Sei dei primi 10 produttori di uova si trovano nel Midwest, dove ci sono più di 2500 fabbriche di uova a livello nazionale. Ogni attività di livello utilizza in media 800 luci a incandescenza per struttura. Ci sarebbe un risparmio di 800 luci (9W - 3W)/luce 16 ore/giorno 365 giorni/anno, o 28.032 kWh per operazione, se queste luci fossero sostituite con LED. In Iowa, Ohio e Indiana, il 42 percento delle operazioni di strato, c'è stata una riduzione del consumo energetico di 70 milioni (milioni) di kWh solo in questi tre stati.
Poiché il mercato dei polli da carne consuma quattro volte più energia del mercato delle ovaiole, i risparmi sono molto più evidenti. La maggior parte di essi si trova negli stati del sud-est e del centro-sud e molti di loro utilizzano ancora un'illuminazione inefficiente. Sulla base di 4 stalle/allevamento, 132 luci/fienile, 100 W/luce, 18 ore/giorno, 52 giorni/gregge e 5,5 greggi/anno, l'utilizzo di luce a incandescenza per allevamenti di polli da carne è in media di 271.814 kWh per allevamento all'anno.
I risparmi energetici sono stati calcolati dal Dr. Joey Bray della Steven F. Austin University di Nacogdoches, in Texas, confrontando la tecnologia LED AgriShift di Once Innovations con le attuali luci a incandescenza e HPS in una configurazione di produzione. Secondo la ricerca di Bray sui polli da carne, un tipico allevamento di polli da carne che utilizza un sistema convenzionale a incandescenza/HPS consuma 3837 kWh per gruppo all'anno. I LED AgriShift hanno ridotto il consumo energetico nella stessa azienda agricola di oltre il 95% per azienda agricola per gruppo, a soli 109 kWh. Applicandolo all'intero settore si potrebbe ottenere un risparmio energetico nazionale da 2 a 5 miliardi di kWh, o l'equivalente della produzione totale di una centrale nucleare. Vedere "La soluzione LED per l'agricoltura sfrutta la progettazione CA autonoma" per ulteriori informazioni su Once Innovations e AgriShift.
Notevole anche il risparmio energetico per le aziende che producono carni suine. Il Midwest ha 1,8 milioni di prese di luce totali, la maggior parte delle quali sono CFL, e ci sono otto dei primi 10 stati suini. Il Midwest potrebbe risparmiare 540 milioni di kWh passando alle luci a LED per suini, che risparmierebbero 52,2 milioni di kWh (CFL) - 25,2 milioni di kWh (SSL)=27 milioni di kWh - 20 ore/giorno {{ 10 giorni.
Norme e sconti
Gli elevati costi iniziali sono stati un ostacolo nonostante la maggiore efficienza, efficacia e il ridotto costo totale di proprietà delle apparecchiature di illuminazione agricola basate su LED. Ciò è in parte dovuto al fatto che non esistono standard di prestazione per il settore dell'illuminazione agricola, il che rende difficile per i consumatori di prodotti di illuminazione agricola basati su LED beneficiare di sconti sulle utenze per i prodotti di illuminazione a incandescenza e CFL a risparmio energetico utilizzati in ambienti residenziali e commerciali .
Le prestazioni e i criteri di illuminazione in relazione alle persone in applicazioni residenziali e commerciali sono al centro degli attuali standard di illuminazione. I prodotti per l'illuminazione commerciale hanno il marchio DesignLights Consortium (DLC), mentre i prodotti per l'illuminazione di consumo ad alta efficienza energetica mostrano il logo Energy Star. Purtroppo, non esiste uno standard di prestazione o un'etichetta che faccia un confronto per le apparecchiature di illuminazione agricole. Per questo motivo, le utility hanno difficoltà a includere questi dispositivi nei loro programmi di sconti, il che le pone in un chiaro svantaggio economico. Gli agricoltori possono ancora ricevere uno sconto aggiornando i prodotti di illuminazione commerciale e di consumo generici per i loro fienili (che potrebbe richiedere di racchiuderli in apparecchi robusti o classificati per ambienti umidi), ma i prodotti di illuminazione standard realizzati appositamente per animali e fienili gli ambienti in genere non sono idonei.
Un programma che classifichi in particolare gli articoli per l'illuminazione in termini di prestazioni agricole è ciò che richiedono i fornitori e gli utenti (come gli agricoltori) di prodotti per l'illuminazione agricola. Un tale schema fornirebbe ai clienti e ai fornitori di energia le conoscenze di cui hanno bisogno per valutare le opzioni di illuminazione dell'azienda agricola, livellando il campo di gioco per gli sconti. Può essere incluso come parte di Energy Star o DLC o anche funzionare separatamente. Lo standard ideale gestirebbe importanti caratteristiche prestazionali tra cui durabilità, prestazioni, affidabilità e sicurezza e fornirebbe coerenza tra varie utilità. È già in fase di sviluppo uno standard e numerose utility hanno già manifestato interesse a partecipare.
guidare il futuro dell'agricoltura
La maggior parte delle attività di R&S è ora concentrata sui settori dei suini e del pollame, ma la tecnologia di Once Innovations in particolare può essere utilizzata anche nei settori dell'acquacoltura, dei bovini da latte e dei cavalli. Ad esempio, la luce rossa è invisibile ad animali come suini, bovini e cavalli, quindi di notte la luce viene ridotta a uno spettro rosso per consentire la manutenzione senza turbare il bestiame. Gli ospedali umani adottano una strategia simile, consentendo al personale di muoversi di notte senza l'uso della luce bianca che ridurrebbe la sintesi di melatonina e interromperebbe il sonno dei pazienti. (Vedi "L'illuminazione a stato solido mette in risalto le vere sfumature dell'assistenza sanitaria contemporanea" da questo numero per ulteriori informazioni sull'illuminazione utilizzata nell'assistenza sanitaria.)
Inoltre, è possibile utilizzare spettri su misura per gestire l'habitat dello stagno per pesci e crostacei. Sono in corso ricerche universitarie che valutano l'impatto dell'illuminazione a LED sulla produzione di granchi, mentre stagni commerciali in Cina e Belize hanno installato i sistemi di illuminazione AquaShift come esempio. Esistono oltre 17 miliardi di dollari di potenziale di mercato globale per l'illuminazione agricola a stato solido. Ciò aumenterà solo quando i produttori di LED scopriranno nuovi metodi per utilizzare la luce per migliorare il benessere degli animali, aumentare la produzione agricola e ridurre i costi energetici.
