LEDs in der Geflügelhaltung
In seinem Vortrag „Wie man Küken glücklich macht“ auf der Strategies in Light-Konferenz 2014 untersuchte Brian Wilcox, Präsident von Once Innovations, überzeugende wissenschaftliche Beweise für die Behauptung, dass LED-Beleuchtung wirtschaftliche Vorteile bietet, die über niedrigere Energiekosten hinausgehen, um tatsächlich günstige Ergebnisse zu erzielen – und dadurch erhöhte Einnahmen – in der Geflügelhaltung und -produktion. Hier schauen wir uns die Anwendung Geflügel genauer an.
Während LEDs einen Vorteil gegenüber anderen landwirtschaftlichen Beleuchtungsoptionen in Bezug auf ihre Fähigkeit haben, Sonnenlicht effektiv und korrekt nachzuahmen, kann ihre Fähigkeit, ein anpassbares, einstellbares Spektrum zu erzeugen, ihr größtes Merkmal sein. Die Bedürfnisse der Tiere und ihre spektralen Empfindlichkeiten unterscheiden sich von denen der Menschen. Landwirte können für ihre Tiere in ihren Ställen eine Beleuchtungsumgebung schaffen, die die Gesundheit und das Wohlbefinden verbessert und somit die Entwicklung verbessert und gleichzeitig die Energie- und Futterkosten senkt, indem sie die Nutzung des Spektrums, der Bestrahlungsstärke und der Modulation optimieren.
Die Beleuchtung von Geflügelställen ist eine der vielversprechendsten Anwendungen für landwirtschaftliche LEDs, hauptsächlich aufgrund der erheblichen Unterschiede zwischen der Art und Weise, wie Menschen und Vögel Photonen absorbieren, wahrnehmen und darauf reagieren. LED-basierte Technologien können diese Unterschiede nutzen, um die Kosten von Leuchten zu senken, die Gewichtszunahme und die Muskel-Skelett-Entwicklung zu steigern, eine frühere Reife bei Legehennen, die Eier legen sollen, zu induzieren, die Futterverwertung zu verbessern, die Melatoninproduktion zu ändern, die Eileistung und -qualität zu erhöhen und die Kontrolle Fortpflanzungszyklen und verlängern das reproduktive Leben.
Trichromanten, die empfindlich auf die Energien des roten, grünen und blauen Spektrums reagieren, sind Menschen. Die menschliche Empfindlichkeit erreicht ihren Höhepunkt bei etwa 550 Nanometer (grün) und nimmt allmählich ab, wenn sie sich in Richtung des roten und blauen Spektrums bewegt. Der Mensch nimmt Photonen über die Photopigmente Rhodopsin (Stäbchen), Iodopsin (Zapfen) und Melanopsin auf, die vollständig von der Netzhautrezeption abhängig sind.
Dank Melanopsin, Stäbchen und Zapfen kann auch die Netzhaut eines Vogels Photonen absorbieren. Sie nehmen jedoch auch Photonen über aktive Fotorezeptoren in der Zirbeldrüse auf, die sich auf dem Gehirn befindet (Zirbeldrüse-Empfang). Erstaunlicherweise nehmen sie auch Photonen über tiefe enzephale Photorezeptoren auf (hypothalamischer Empfang).
Quad-Chromanten sind Hausgeflügel. Geflügel entwickelte eine Spitzenempfindlichkeit gegenüber Grün bei 550 nm, ähnlich wie beim Menschen. Sie haben jedoch auch eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber ultraviolettem (UV), rotem und blauem Licht. Als Ursache wird ihre Abstammung vermutet. Aufgrund der grünen Blätter, die die Baumkronen bedecken, haben die tropischen Regenwälder Südasiens eine filternde Wirkung auf das Licht. Mit Maxima bei 450 nm (12-fache menschliche Empfindlichkeit) und 640 nm entwickelte Geflügel dadurch eine erhöhte Empfindlichkeit für Blau und Rot (4-fache menschliche Empfindlichkeit). Aber der vielleicht auffälligste Unterschied zwischen Vögeln und Menschen ist, dass Vögel UV-Licht mit ihren Augen sehen können (Spitzenwert bei 385 nm). Die Ursachen für die Fähigkeit von Hausvögeln, UV-Licht wahrzunehmen, werden größtenteils erforscht. Futter- und Herdenerkennungsfähigkeit sind die beiden Hauptverdächtigen.
Die Physiologie von Geflügel wird von jedem Farbton unterschiedlich beeinflusst. Durch die Förderung der Proliferation von Satellitenzellen im Skelettmuskel beschleunigt beispielsweise grünes Licht die Wachstumsrate in jungen Jahren erheblich. Blaues Licht erhöht den Androgenspiegel im Plasma, was die Entwicklung im späteren Alter fördert. Niederfrequentes blaues Licht hemmt Bewegungen. Es verringert auch das Auftreten von Kannibalismus bei älteren Menschen (insbesondere bei Masthähnchen, die für den menschlichen Verzehr gezüchtet werden). Aufgrund der stärkeren Stimulierung der Testosteronfreisetzung bei gemeinsamer Anwendung fördern grünes und blaues Licht die Bildung von Muskelfasern. Insgesamt hat sich gezeigt, dass blaues Licht die Futterverwertung um bis zu 4 Prozent steigern, die Kosten pro Pfund um bis zu 3 Prozent senken und das Gesamtlebendgewicht um bis zu 5 Prozent erhöhen kann.
Zu Beginn der Aufzuchtperiode stimuliert und fördert rotes Licht die sexuelle Aktivität und erhöht die Wachstumsraten bei Hühnern und Puten. Außerdem verbessert es die Beweglichkeit, was Beinprobleme am Ende der Aufzuchtphase reduziert. Rotes Licht verringert den Futterverbrauch pro gelegtem Ei, während die Eigröße, das Eigelb- und Albumingewicht, das Schalengewicht und die gleiche Dicke beibehalten werden. Insgesamt hat sich gezeigt, dass Rotlicht die Spitzenproduktionszeit verlängern, die Legeleistung um bis zu 38 Eier pro Henne verbessern und die Futteraufnahme möglicherweise um bis zu 20 Prozent reduzieren kann.
Energieeffizienz ist entscheidend für den Erfolg.
Ein großer Teil des gesamten Energieverbrauchs wird für landwirtschaftliche Beleuchtung verwendet. Landwirtschaftliche Betriebe sind in einer engen geografischen Region gebündelt, haben vergleichbare Beleuchtungssysteme, werden schnell umgebaut und reagieren gut auf Anreize. Laut dem American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) verfügt die Agrarindustrie in Nordamerika, insbesondere im Mittleren Westen, über ein jährliches Energieeinsparpotenzial von 1 Milliarde (Milliarde) US-Dollar. Zwei Kernkraftwerke werden damit gleichgesetzt. 7 Prozent der landwirtschaftlichen Ausgaben werden laut Kate Farley von ACEEE mit Energie in Verbindung gebracht. Mit Subventionen, Zuschüssen und anderen Anreizen könnte der Wechsel von Glühlampen- zu LED-Beleuchtung zu Energieeinsparungen von 2000 $ pro Stall führen. Diese Reduzierungen würden die Rentabilität jedes Stalls für die Landwirte erheblich steigern.
Denken Sie nur an die Energieeinsparungen im gesamten Markt. Sechs der Top-10-Eierproduzenten befinden sich im Mittleren Westen, wo es landesweit mehr als 2500 Eierlegerfabriken gibt. Jede Schichtaktivität verwendet durchschnittlich 800 Glühlampen pro Einrichtung. Es würde eine Einsparung von 800 Lampen (9 W - 3 W)/Lampe 16 Stunden/Tag 365 Tage/Jahr oder 28.032 kWh pro Betrieb geben, wenn diese Lampen durch LEDs ersetzt würden. In Iowa, Ohio und Indiana, 42 Prozent der Legehennenbetriebe, konnte in nur diesen drei Staaten eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 70 Mio. kWh verzeichnet werden.
Da der Masthähnchenmarkt viermal so viel Energie verbraucht wie der Legehennenmarkt, sind die Einsparungen deutlich spürbarer. Der Großteil von ihnen ist in den südöstlichen und südlichen Zentralstaaten zu finden, und viele von ihnen verwenden immer noch ineffiziente Beleuchtung. Basierend auf 4 Ställen/Betrieb, 132 Lampen/Stall, 100 W/Licht, 18 Stunden/Tag, 52 Tage/Herde und 5,5 Herden/Jahr beträgt der Energieverbrauch von Glühlampen für Masthähnchenbetriebe durchschnittlich 271.814 kWh pro Betrieb und Jahr.
Die Energieeinsparungen wurden von Dr. Joey Bray von der Steven F. Austin University in Nacogdoches, Texas, berechnet, indem die AgriShift-LED-Technologie von Once Innovations mit aktuellen Glüh- und HPS-Leuchten in einem Produktionsaufbau verglichen wurde. Laut Bray's Forschung über Masthähnchen verbrauchte ein typischer Masthähnchenbetrieb mit einem konventionellen Glühlampen-/HPS-System jährlich 3837 kWh pro Herde. AgriShift-LEDs reduzierten den Energieverbrauch auf demselben Betrieb um mehr als 95 Prozent pro Betrieb und Herde auf nur 109 kWh. Die Anwendung auf den gesamten Sektor könnte zu nationalen Energieeinsparungen von 2 bis 5 Milliarden kWh oder dem Äquivalent der vollen Leistung eines Kernkraftwerks führen. Weitere Informationen zu Once Innovations und AgriShift finden Sie unter „LED-Landwirtschaftslösung nutzt autonomes AC-Design“.
Die Energieeinsparungen für Unternehmen, die Schweinefleisch produzieren, sind ebenso bemerkenswert. Der Mittlere Westen hat insgesamt 1,8 Millionen Steckdosen, von denen die meisten Kompaktleuchtstofflampen sind, und acht der 10 führenden Schweinestaaten befinden sich dort. Der Mittlere Westen könnte 540 Mio. kWh einsparen, indem er auf LED-Schweinelichter umsteigt, was 52,2 Mio. kWh (CFL) - 25,2 Mio. kWh (SSL)=27 Mio. kWh - 20 Stunden/Tag einsparen würde {{ 10 Tage.
Normen und Rabatte
Trotz der verbesserten Effizienz, Effizienz und reduzierten Gesamtbetriebskosten von LED-basierten landwirtschaftlichen Beleuchtungsgeräten waren hohe Anschaffungskosten ein Hindernis. Dies liegt teilweise daran, dass es keine Leistungsstandards für den landwirtschaftlichen Beleuchtungssektor gibt, was es für Verbraucher von LED-basierten landwirtschaftlichen Beleuchtungsprodukten schwierig macht, von Versorgungsrabatten für energiesparende Glüh- und CFL-Beleuchtungsprodukte zu profitieren, die in Wohn- und Gewerbeumgebungen verwendet werden .
Beleuchtungsleistung und -kriterien in Bezug auf den Menschen in Wohn- und Gewerbeanwendungen stehen im Mittelpunkt der aktuellen Beleuchtungsnormen. Gewerbliche Beleuchtungsprodukte tragen das DesignLights Consortium (DLC)-Zeichen, während energieeffiziente Verbraucherbeleuchtungsprodukte das Energy Star-Logo tragen. Leider gibt es keinen vergleichbaren Leistungsstandard oder Label für landwirtschaftliche Beleuchtungsgeräte. Aus diesem Grund fällt es Versorgungsunternehmen schwer, diese Geräte in ihre Rabattprogramme aufzunehmen, was ihnen einen klaren wirtschaftlichen Nachteil verschafft. Landwirte können immer noch einen Rabatt erhalten, indem sie allgemeine Verbraucher- und kommerzielle Beleuchtungsprodukte für ihre Ställe nachrüsten (was möglicherweise das Einschließen in robuste oder für feuchte Standorte geeignete Leuchten erfordert), aber handelsübliche Beleuchtungsprodukte, die speziell für Tiere und Scheunen hergestellt werden Umgebungen sind in der Regel nicht förderfähig.
Ein Programm, das Beleuchtungsartikel in Bezug auf die landwirtschaftliche Leistung besonders einstuft, ist das, was Lieferanten und Benutzer (z. B. Landwirte) von landwirtschaftlichen Beleuchtungsprodukten benötigen. Ein solches System würde Kunden und Energieversorgern das Wissen vermitteln, das sie benötigen, um die Beleuchtungsoptionen für landwirtschaftliche Betriebe zu bewerten und gleichzeitig die Wettbewerbsbedingungen für Rabatte anzugleichen. Es kann als Teil von Energy Star oder DLC enthalten sein oder sogar separat betrieben werden. Der ideale Standard würde wichtige Leistungsmerkmale wie Haltbarkeit, Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit handhaben und Konsistenz über verschiedene Dienstprogramme hinweg bieten. Ein Standard wird bereits entwickelt und zahlreiche Energieversorger haben bereits Interesse an einer Teilnahme bekundet.
die Zukunft der Landwirtschaft vorantreiben
Der Großteil der F&E-Aktivitäten konzentriert sich jetzt auf die Schweine- und Geflügelindustrie, aber insbesondere die Technologie von Once Innovations kann auch in der Aquakultur, der Milchvieh- und der Pferdeindustrie eingesetzt werden. Zum Beispiel ist rotes Licht für Tiere wie Schweine, Rinder und Pferde unsichtbar, daher wird das Licht nachts auf ein rotes Spektrum gedimmt, damit Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, ohne das Vieh zu stören. Menschliche Krankenhäuser wenden eine ähnliche Strategie an, indem sie dem Personal ermöglichen, sich nachts ohne weißes Licht zu bewegen, das die Melatoninsynthese reduzieren und den Schlaf der Patienten stören würde. (Weitere Informationen zur Beleuchtung im Gesundheitswesen finden Sie in dieser Ausgabe unter „Festkörperbeleuchtung bringt die wahren Farbtöne des modernen Gesundheitswesens zum Vorschein“.)
Zusätzlich können maßgeschneiderte Spektren verwendet werden, um den Teichlebensraum für Fische und Krustentiere zu verwalten. Universitätsforschungen zur Bewertung der Auswirkungen der LED-Beleuchtung auf die Krabbenproduktion sind im Gange, während kommerzielle Teiche in China und Belize AquaShift-Beleuchtungssysteme als Beispiel installiert haben. Über 17 Milliarden US-Dollar an weltweitem Marktpotenzial bestehen für Festkörper-Landwirtschaftsbeleuchtung. Das wird nur steigen, wenn LED-Hersteller neue Methoden entdecken, um Licht zu nutzen, um das Wohlbefinden der Tiere zu verbessern, die landwirtschaftliche Produktion zu steigern und die Energiekosten zu senken.
