Đèn LED trong chăn nuôi gia cầm
Trong bài nói chuyện của mình về "Làm thế nào để làm cho gà con hạnh phúc" tại hội nghị Strategies in Light năm 2014, Brian Wilcox, chủ tịch của Once Innovations đã khám phá bằng chứng khoa học thuyết phục cho tuyên bố rằng ánh sáng LED mang lại lợi ích kinh tế vượt xa chi phí năng lượng thấp hơn để thực sự tạo ra kết quả thuận lợi — và do đó tăng doanh thu — trong quản lý và sản xuất gia cầm. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về ứng dụng gia cầm.
Mặc dù đèn LED có lợi thế hơn các lựa chọn chiếu sáng nông nghiệp khác về khả năng bắt chước ánh nắng mặt trời một cách hiệu quả và chính xác, nhưng khả năng tạo ra quang phổ có thể tùy chỉnh, có thể điều chỉnh có thể là tính năng tuyệt vời nhất của chúng. Nhu cầu quang phổ của động vật và độ nhạy quang phổ của chúng khác với con người. Nông dân có thể tạo môi trường chiếu sáng cho động vật trong chuồng trại để cải thiện sức khỏe và phúc lợi, do đó cải thiện sự phát triển đồng thời giảm chi phí năng lượng và thức ăn, bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng quang phổ, bức xạ và điều chế.
Chiếu sáng chuồng gia cầm là một trong những cách sử dụng hứa hẹn nhất đối với đèn LED nông nghiệp, chủ yếu là do sự khác biệt đáng kể giữa cách con người và chim hấp thụ, cảm nhận và phản ứng với các photon. Các công nghệ dựa trên đèn LED có thể tận dụng những điểm khác biệt này để giảm chi phí của bộ đèn, tăng khả năng tăng cân và phát triển cơ xương, tạo ra sự trưởng thành sớm hơn ở gà đẻ dự định đẻ trứng, tăng cường chuyển hóa thức ăn, thay đổi sản xuất melatonin, tăng sản lượng và chất lượng trứng, kiểm soát chu kỳ sinh sản và kéo dài thời gian sinh sản.
Tri-chromatant nhạy cảm với năng lượng quang phổ đỏ, lục và lam là con người. Độ nhạy của con người đạt cực đại khoảng 550 nanomet (màu xanh lá cây) và nó giảm dần khi di chuyển về phía quang phổ màu đỏ và xanh lam. Con người hấp thụ photon thông qua các sắc tố quang học rhodopsin (dạng que), iodopsin (hình nón) và melanopsin, những sắc tố này hoàn toàn phụ thuộc vào sự tiếp nhận của võng mạc.
Võng mạc của chim cũng có thể hấp thụ photon nhờ melanopsin, que và nón. Tuy nhiên, chúng cũng thu nhận các photon thông qua các tế bào cảm quang đang hoạt động được tìm thấy trong tuyến tùng, nằm trên đỉnh não (sự tiếp nhận của tuyến tùng). Thật đáng ngạc nhiên, chúng cũng thu nhận các photon thông qua các cơ quan cảm nhận ánh sáng sâu trong não (tiếp nhận ở vùng dưới đồi).
Quad-chromants là gia cầm trong nước. Gà đã tiến hóa độ nhạy cao nhất với màu lục ở bước sóng 550 nm, tương tự như con người. Tuy nhiên, chúng cũng tăng độ nhạy cảm với tia cực tím (UV), ánh sáng đỏ và xanh lam. Tổ tiên của họ được cho là nguyên nhân của việc này. Do những chiếc lá xanh bao phủ tán cây, các khu rừng mưa nhiệt đới ở Nam Á có tác dụng lọc ánh sáng. Với cực đại ở bước sóng 450 nm (độ nhạy gấp 12 lần con người) và 640 nm, gà nhờ đó đã tiến hóa để tăng độ nhạy với màu xanh lam và đỏ (độ nhạy gấp 4 lần con người). Nhưng có lẽ điểm khác biệt nổi bật nhất giữa chim và người là chim có thể nhìn thấy tia UV bằng mắt (cực đại ở bước sóng 385 nm). Nguyên nhân khiến chim nuôi trong nhà có khả năng cảm nhận tia UV hầu hết đang được nghiên cứu. Thức ăn và khả năng nhận dạng đàn là hai nghi phạm chính.
Sinh lý của gia cầm bị ảnh hưởng khác nhau bởi mỗi màu sắc. Chẳng hạn, bằng cách khuyến khích sự phát triển của các tế bào vệ tinh trong cơ xương, ánh sáng xanh giúp tăng tốc đáng kể tốc độ tăng trưởng khi còn trẻ. Ánh sáng xanh lam làm tăng nồng độ androgen trong huyết tương, giúp thúc đẩy sự phát triển ở độ tuổi muộn hơn. Ánh sáng xanh tần số thấp ức chế chuyển động. Nó cũng làm giảm tỷ lệ ăn thịt đồng loại ở người già (đặc biệt là ở gà thịt được nuôi để làm thức ăn cho người). Do kích thích giải phóng testosterone mạnh hơn khi được sử dụng cùng nhau, ánh sáng xanh lá cây và xanh dương khuyến khích sự hình thành các sợi cơ. Nhìn chung, người ta đã chứng minh rằng ánh sáng xanh lam có thể tăng chuyển đổi thức ăn lên tới 4 phần trăm , giảm chi phí trên mỗi pound tới 3 phần trăm và tăng tổng trọng lượng sống lên tới 5 phần trăm .
Khi bắt đầu giai đoạn nuôi con, ánh sáng đỏ kích thích và khuyến khích hoạt động tình dục cũng như tăng tốc độ tăng trưởng ở gà và gà tây. Ngoài ra, nó cải thiện khả năng vận động, giúp giảm các vấn đề về chân khi kết thúc giai đoạn nuôi lớn. Đèn đỏ làm giảm mức tiêu thụ thức ăn trên mỗi quả trứng được đẻ trong khi vẫn duy trì cùng kích thước trứng, trọng lượng lòng đỏ và albumin, trọng lượng vỏ và độ dày. Nhìn chung, người ta đã chứng minh rằng đèn đỏ có thể kéo dài thời kỳ sản xuất cao điểm, cải thiện sản lượng trứng lên tới 38 quả trứng trên mỗi con gà mái và có thể giảm lượng thức ăn ăn vào tới 20 phần trăm .
Hiệu quả năng lượng là điều cần thiết cho sự thành công.
Một phần lớn trong tổng năng lượng sử dụng được sử dụng cho chiếu sáng nông nghiệp. Các cơ sở nông nghiệp được tập trung trong một khu vực địa lý hẹp, có hệ thống chiếu sáng tương đương, được sửa đổi nhanh chóng và phản ứng tốt với các ưu đãi. Ngành nông nghiệp ở Bắc Mỹ, đặc biệt là ở Trung Tây, có tiềm năng tiết kiệm năng lượng hàng năm trị giá 1 tỷ đô la (tỷ), theo Hội đồng Hoa Kỳ về Nền kinh tế Tiết kiệm Năng lượng (ACEEE). Hai lò phản ứng điện hạt nhân được đánh đồng với điều đó. Theo Kate Farley của ACEEE, 7% chi tiêu tại trang trại có liên quan đến năng lượng. Với các khoản trợ cấp, trợ cấp và các ưu đãi khác, việc chuyển từ đèn sợi đốt sang đèn LED có thể giúp tiết kiệm năng lượng $2000 mỗi chuồng. Những khoản giảm này sẽ làm tăng đáng kể lợi nhuận của mỗi chuồng cho nông dân.
Chỉ cần nghĩ về tiết kiệm năng lượng trong toàn bộ thị trường. Sáu trong số 10 nhà sản xuất trứng hàng đầu nằm ở Trung Tây, nơi có hơn 2500 nhà máy sản xuất trứng trên toàn quốc. Mỗi hoạt động lớp sử dụng trung bình 800 đèn sợi đốt cho mỗi cơ sở. Sẽ tiết kiệm được 800 bóng đèn (9W - 3W)/ánh sáng 16 giờ/ngày, 365 ngày/năm hoặc 28.032 kWh mỗi lần vận hành, nếu các đèn này được thay thế bằng đèn LED. Ở Iowa, Ohio và Indiana, 42 phần trăm hoạt động của lớp, mức sử dụng năng lượng đã giảm 70 triệu (triệu) kWh chỉ ở ba tiểu bang này.
Vì thị trường gà thịt tiêu thụ năng lượng gấp bốn lần so với thị trường gà đẻ, nên mức tiết kiệm đáng chú ý hơn nhiều. Phần lớn trong số họ được tìm thấy ở các bang Đông Nam và Nam Trung Bộ, và nhiều người trong số họ vẫn sử dụng hệ thống chiếu sáng kém hiệu quả. Dựa trên 4 chuồng/trang trại, 132 đèn/chuồng, 100W/đèn, 18 giờ/ngày, 52 ngày/đàn và 5,5 đàn/năm, mức sử dụng năng lượng ánh sáng sợi đốt cho trang trại gà thịt trung bình là 271.814 kWh/trang/năm.
Mức tiết kiệm năng lượng được tính toán bởi Tiến sĩ Joey Bray của Đại học Steven F. Austin ở Nacogdoches, Texas bằng cách so sánh công nghệ đèn LED AgriShift của Once Innovations với đèn sợi đốt và đèn HPS hiện tại trong thiết lập sản xuất. Theo nghiên cứu của Bray về gà thịt, một trang trại gà thịt điển hình sử dụng hệ thống đèn sợi đốt/HPS thông thường sử dụng 3837 kWh mỗi đàn hàng năm. Đèn LED AgriShift giảm mức tiêu thụ năng lượng trên cùng một trang trại hơn 95% mỗi trang trại, mỗi đàn, chỉ còn 109 kWh. Áp dụng điều này trong toàn ngành có thể giúp tiết kiệm năng lượng quốc gia từ 2 đến 5 tỷ kWh, hoặc tương đương với toàn bộ sản lượng của một nhà máy điện hạt nhân. Xem "Giải pháp nông nghiệp LED thúc đẩy thiết kế AC tự trị" để biết thêm thông tin về Once Innovations và AgriShift.
Tiết kiệm năng lượng cho các doanh nghiệp sản xuất thịt lợn là đáng chú ý. Trung Tây có tổng số 1,8 triệu ổ cắm đèn, phần lớn trong số đó là CFL và 8 trong số 10 bang có nhiều lợn nhất đều ở đó. Vùng Trung Tây có thể tiết kiệm được 540M kWh bằng cách chuyển sang đèn heo LED, điều này sẽ tiết kiệm được 52,2M kWh (CFL) - 25.2M kWh (SSL)=27M kWh - 20 giờ/ngày {{ 10 ngày.
Định mức và giảm giá
Chi phí trả trước cao là một rào cản mặc dù hiệu suất, hiệu suất được cải thiện và giảm tổng chi phí sở hữu thiết bị chiếu sáng nông nghiệp dựa trên đèn LED. Điều này một phần là do không có bất kỳ tiêu chuẩn hiệu suất nào cho lĩnh vực chiếu sáng nông nghiệp, điều này khiến người tiêu dùng các sản phẩm chiếu sáng nông nghiệp dựa trên đèn LED khó được hưởng lợi từ các khoản giảm giá tiện ích cho các sản phẩm chiếu sáng sợi đốt và CFL tiết kiệm năng lượng được sử dụng trong môi trường dân dụng và thương mại .
Hiệu suất chiếu sáng và các tiêu chí liên quan đến con người trong các ứng dụng thương mại và dân cư là trọng tâm của các tiêu chuẩn chiếu sáng hiện hành. Các sản phẩm chiếu sáng thương mại có nhãn hiệu DesignLights Consortium (DLC), trong khi các sản phẩm chiếu sáng tiêu dùng tiết kiệm năng lượng hiển thị logo Energy Star. Đáng buồn thay, không có tiêu chuẩn hiệu suất hoặc nhãn so sánh cho thiết bị chiếu sáng nông nghiệp. Do đó, các tiện ích gặp khó khăn trong việc đưa các thiết bị này vào chương trình giảm giá của họ, điều này khiến họ gặp bất lợi rõ ràng về kinh tế. Nông dân vẫn có thể được giảm giá bằng cách trang bị thêm các sản phẩm chiếu sáng thương mại và tiêu dùng đa năng cho chuồng trại của họ (có thể yêu cầu đặt chúng trong các thiết bị cố định chắc chắn hoặc được xếp hạng ở vị trí ẩm ướt), nhưng các sản phẩm chiếu sáng bán sẵn được sản xuất dành riêng cho động vật và chuồng trại môi trường thường không đủ điều kiện.
Một chương trình đặc biệt xếp hạng các mặt hàng chiếu sáng theo hiệu suất nông nghiệp là điều mà các nhà cung cấp và người sử dụng (chẳng hạn như nông dân) các sản phẩm chiếu sáng nông nghiệp yêu cầu. Một kế hoạch như vậy sẽ cung cấp cho khách hàng và nhà cung cấp điện kiến thức họ cần để đánh giá các lựa chọn chiếu sáng trang trại đồng thời tạo sân chơi bình đẳng cho các khoản giảm giá. Nó có thể được đưa vào như một phần của Energy Star hoặc DLC hoặc thậm chí hoạt động riêng lẻ. Tiêu chuẩn lý tưởng sẽ xử lý các đặc tính hiệu suất quan trọng bao gồm độ bền, hiệu suất, độ tin cậy và an toàn đồng thời mang lại sự nhất quán giữa các tiện ích khác nhau. Một tiêu chuẩn đã được phát triển và nhiều tiện ích đã bày tỏ sự quan tâm đến việc tham gia.
thúc đẩy tương lai của nông nghiệp
Phần lớn các hoạt động R&D hiện tập trung vào ngành chăn nuôi lợn và gia cầm, nhưng công nghệ của Once Innovations nói riêng cũng có thể được sử dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi bò sữa và ngựa. Ví dụ, ánh sáng đỏ không nhìn thấy được đối với các động vật như lợn, gia súc và ngựa, do đó vào ban đêm, ánh sáng được làm mờ thành quang phổ đỏ để cho phép thực hiện công việc bảo dưỡng mà không làm gia súc khó chịu. Các bệnh viện của con người áp dụng một chiến lược tương tự, cho phép nhân viên đi lang thang vào ban đêm mà không sử dụng ánh sáng trắng, điều này sẽ làm giảm quá trình tổng hợp melatonin và làm gián đoạn giấc ngủ của bệnh nhân. (Xem "Ánh sáng thể rắn mang lại màu sắc thực sự của chăm sóc sức khỏe đương đại" từ số báo này để biết thêm thông tin về ánh sáng được sử dụng trong chăm sóc sức khỏe.)
Ngoài ra, quang phổ phù hợp có thể được sử dụng để quản lý môi trường sống trong ao của cá và động vật giáp xác. Nghiên cứu của trường đại học đánh giá tác động của đèn LED chiếu sáng đối với sản xuất cua đang được tiến hành, trong khi các ao thương mại ở Trung Quốc và Belize đã lắp đặt hệ thống chiếu sáng AquaShift làm ví dụ. Hơn 17 tỷ đô la tiềm năng thị trường toàn cầu tồn tại cho chiếu sáng nông nghiệp trạng thái rắn. Điều đó sẽ chỉ tăng lên khi các nhà sản xuất đèn LED khám phá ra các phương pháp mới để sử dụng ánh sáng nhằm cải thiện sức khỏe của động vật, tăng sản lượng nông nghiệp và giảm chi phí năng lượng.
