가금류 농장의 LED
2014 Strategies in Light 컨퍼런스에서 "병아리를 행복하게 만드는 방법"에 대한 강연에서 Once Innovations의 Brian Wilcox 사장은 LED 조명이 에너지 비용 절감을 넘어 실제로 유리한 결과를 생성하는 경제적 이점을 제공한다는 주장에 대한 설득력 있는 과학적 증거를 탐구했습니다. 따라서 가금류 관리 및 생산에서 수익이 증가했습니다. 여기서는 가금류 응용 프로그램을 자세히 살펴보겠습니다.
LED는 햇빛을 효과적이고 정확하게 모방하는 능력 면에서 다른 농업용 조명 선택보다 우위에 있지만 사용자 지정 가능하고 조정 가능한 스펙트럼을 생성하는 능력이 LED의 가장 큰 특징일 수 있습니다. 동물의 스펙트럼 요구 사항과 스펙트럼 감도는 인간과 다릅니다. 농부는 건강과 복지를 개선하는 외양간에서 동물을 위한 조명 환경을 조성할 수 있으므로 스펙트럼, 조도 및 변조 사용을 최적화하여 에너지 및 사료 비용을 줄이면서 개발을 개선할 수 있습니다.
가금류 축사의 조명은 농업용 LED의 가장 유망한 용도 중 하나인데, 그 이유는 주로 사람과 새가 광자를 흡수, 인식 및 반응하는 방식이 크게 다르기 때문입니다. LED 기반 기술은 이러한 차이점을 활용하여 등기구 비용 절감, 체중 증가 및 근골격 발달 증가, 알을 낳기 위한 산란계의 조기 성숙 유도, 사료 전환율 향상, 멜라토닌 생산 변화, 계란 생산량 및 품질 향상, 제어 생식 주기를 늘리고 생식 수명을 연장합니다.
적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 에너지에 민감한 삼색성체는 인간입니다. 인간의 감도는 약 550나노미터(녹색)에서 최고조에 달하며 빨간색과 파란색 스펙트럼으로 이동함에 따라 점차 감소합니다. 인간은 광 색소인 로돕신(간상체), 요오돕신(추상체) 및 멜라놉신을 통해 광자를 흡수하며 이는 전적으로 망막 수용에 의존합니다.
새의 망막은 멜라놉신, 간상체, 원추체 덕분에 광자를 흡수할 수도 있습니다. 그러나 그들은 또한 뇌의 맨 위에 위치한 송과선에서 발견되는 활성 광수용체를 통해 광자를 받아들입니다(송과체 수신). 놀랍게도, 그들은 또한 깊은 뇌의 광수용체(시상하부 수용)를 통해 광자를 받아들입니다.
Quad-chromants는 국내 가금류입니다. 닭은 인간과 유사한 550nm에서 녹색에 대한 최고 감도를 진화시켰습니다. 그러나 자외선(UV), 적색 및 청색광에 대한 민감도도 증가했습니다. 그들의 조상이 이것의 원인으로 추정됩니다. 나무 캐노피를 덮고 있는 녹색 잎 때문에 남아시아의 열대 우림은 빛을 필터링하는 효과가 있습니다. 450nm(인간 감도의 12배) 및 640nm에서 최대값을 사용하여 닭은 파란색과 빨간색(인간 감도의 4배)에 대한 감도가 증가하도록 진화했습니다. 그러나 아마도 새와 인간 사이의 가장 두드러진 차이점은 새가 눈으로 UV 광선(385nm에서 피크)을 볼 수 있다는 것입니다. 가금류가 자외선을 감지하는 능력의 원인은 대부분 연구되고 있습니다. 음식과 무리 인식 능력이 두 가지 주요 용의자입니다.
가금류의 생리는 각 색조에 따라 다르게 영향을 받습니다. 예를 들어, 녹색 빛은 골격근에서 위성 세포의 증식을 촉진함으로써 어린 나이에 성장 속도를 크게 가속화합니다. 청색광은 혈장 안드로겐 수치를 높여 노년기에 발달을 촉진합니다. 저주파 청색광은 움직임을 억제합니다. 또한 노인들 사이에서 식인 풍습의 발생률을 낮춥니다(특히 사람이 먹기 위해 사육한 육계). 녹색과 청색광을 함께 사용하면 테스토스테론 분비를 더욱 강력하게 자극하기 때문에 근섬유 형성을 촉진합니다. 전반적으로 청색광은 사료 전환율을 최대 4%, 파운드당 비용을 최대 3% 낮추고 전체 생체중을 최대 5% 증가시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.
사육 기간이 시작될 때 적색광은 닭과 칠면조의 성장 속도를 높일 뿐만 아니라 성적 활동을 자극하고 장려합니다. 또한 운동성을 향상시켜 양육 단계가 끝날 때 다리 문제를 줄입니다. 적색등은 동일한 계란 크기, 노른자 및 알부민 무게, 껍질 무게 및 두께를 유지하면서 낳은 알당 사료 소비를 줄입니다. 전반적으로 적색광은 최대 생산 기간을 연장하고 암탉 한 마리당 최대 38개의 계란 생산을 개선하며 음식 섭취량을 최대 20%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.
성공을 위해서는 에너지 효율성이 필수적입니다.
총 에너지 사용량의 상당 부분이 농업용 조명에 사용됩니다. 농업 시설은 좁은 지리적 지역에 밀집되어 있고 비슷한 조명 시스템을 갖추고 있으며 신속하게 수정되고 인센티브에 잘 반응합니다. 에너지 효율 경제를 위한 미국 위원회(ACEEE)에 따르면 북미, 특히 중서부의 농업 산업은 연간 10억 달러의 에너지 절약 잠재력을 가지고 있습니다. 두 개의 원자로가 이에 해당합니다. ACEEE의 Kate Farley에 따르면 농장 지출의 7%는 에너지와 관련이 있습니다. 보조금, 보조금 및 기타 인센티브를 통해 백열등에서 LED 조명으로 전환하면 헛간당 $2000의 에너지를 절약할 수 있습니다. 이러한 감소는 농민을 위한 각 축사의 수익성을 크게 증가시킬 것입니다.
전체 시장의 에너지 절약을 생각해 보십시오. 상위 10개 계란 생산업체 중 6개가 중서부에 위치하고 있으며 전국적으로 2,500개 이상의 계란 층 공장이 있습니다. 각 계층 활동은 시설당 평균 800개의 백열등을 사용합니다. 이러한 조명을 LED로 교체할 경우 800개의 조명(9W - 3W)/조명 16시간/일 365일/년 또는 작업당 28,032kWh를 절약할 수 있습니다. 계층 작업의 42%인 아이오와, 오하이오 및 인디애나에서는 이 세 주에서만 에너지 사용이 7천만(백만) kWh 감소했습니다.
육계 시장은 산란계 시장보다 4배 많은 에너지를 소비하기 때문에 절감 효과가 훨씬 더 두드러집니다. 그들 중 대부분은 남동부 및 중남부 주에서 발견되며 그 중 다수는 여전히 비효율적인 조명을 사용합니다. 4개 축사/농장, 132개/축사, 100W/조명, 18시간/일, 52일/계군, 5.5계군/년을 기준으로 육계 농장의 백열등 에너지 사용량은 농장당 연간 평균 271,814kWh입니다.
에너지 절약은 텍사스주 Nacogdoches에 있는 Steven F. Austin University의 Joey Bray 박사가 Once Innovations의 AgriShift LED 기술을 생산 환경의 현재 백열등 및 HPS 조명과 대조하여 계산했습니다. 육계에 대한 Bray의 연구에 따르면 기존의 백열등/HPS 시스템을 사용하는 일반적인 육계 농장은 연간 계군당 3837kWh를 사용했습니다. AgriShift LED는 동일한 농장의 에너지 소비를 각 농장당 95% 이상 줄여 단 109kWh로 줄였습니다. 이를 전체 부문에 적용하면 국가 에너지 절감 효과가 20억~50억kWh 또는 원자력 발전소 1기의 전체 출력에 해당합니다. Once Innovations 및 AgriShift에 대한 자세한 내용은 "LED 농업 솔루션이 자율 AC 설계를 활용합니다"를 참조하십시오.
돼지고기를 생산하는 기업의 에너지 절약은 주목할 만합니다. 중서부에는 총 180만 개의 전등 소켓이 있으며 그 중 대부분이 CFL이고 상위 10개 돼지 주 중 8개가 그곳에 있습니다. 중서부는 LED 돼지등으로 전환하여 540M kWh를 절약할 수 있습니다. 그러면 52.2M kWh(CFL) - 25.2M kWh(SSL)=27M kWh - 20 시간/일 {{ 10 일.
규범 및 할인
LED 기반 농업용 조명 장비의 향상된 효율성, 효율성 및 총소유비용 감소에도 불구하고 높은 초기 비용은 장벽이었습니다. 부분적으로는 농업용 조명 부문에 대한 성능 표준이 없기 때문에 LED 기반 농업용 조명 제품 소비자가 주거 및 상업 환경에서 사용되는 에너지 절약형 백열등 및 CFL 조명 제품에 대한 유틸리티 리베이트 혜택을 받기 어렵습니다. .
주거 및 상업 분야의 사람들과 관련된 조명 성능 및 기준은 현재 조명 표준의 초점입니다. 상업용 조명 제품에는 DLC(DesignLights Consortium) 마크가 있고 에너지 효율적인 소비자 조명 제품에는 Energy Star 로고가 표시되어 있습니다. 안타깝게도 농업용 조명 장비와 비교할 수 있는 성능 표준이나 라벨이 없습니다. 이 때문에 공익 사업체는 리베이트 프로그램에 이러한 장치를 포함시키는 것이 어렵다는 것을 알게 되었으며, 이는 분명히 경제적으로 불리한 위치에 놓이게 됩니다. 농부는 헛간용 범용 소비자 및 상업용 조명 제품을 개조하여 여전히 리베이트를 받을 수 있지만(견고하거나 습한 위치 등급의 고정 장치에 제품을 둘러싸야 할 수 있음) 동물 및 축사용으로 특별히 제작된 기성품 조명 제품은 환경은 일반적으로 적합하지 않습니다.
특히 농업 성과 측면에서 조명 항목의 순위를 매기는 프로그램은 농업 조명 제품의 공급자 및 사용자(예: 농부)가 요구하는 것입니다. 이러한 계획은 리베이트를 위한 경기장을 평준화하면서 농장 조명 옵션을 평가하는 데 필요한 지식을 고객과 전력 공급자에게 제공할 것입니다. Energy Star 또는 DLC의 일부로 포함되거나 별도로 작동할 수도 있습니다. 이상적인 표준은 내구성, 성능, 의존성 및 안전성을 포함한 중요한 성능 특성을 처리하고 다양한 유틸리티에서 일관성을 제공합니다. 표준이 이미 개발 중이며 수많은 유틸리티가 이미 참여에 대한 관심을 표명했습니다.
농업의 미래를 주도하다
대부분의 R&D 활동은 현재 돼지 및 가금류 산업에 집중되어 있지만 특히 Once Innovations의 기술은 양식, 젖소 및 말 산업에도 사용될 수 있습니다. 예를 들어 붉은 빛은 돼지, 소, 말과 같은 동물에게는 보이지 않기 때문에 밤에는 빛이 붉은 스펙트럼으로 어두워져 가축을 화나게 하지 않고 유지 관리를 할 수 있습니다. 인간 병원은 유사한 전략을 채택하여 직원이 멜라토닌 합성을 감소시키고 환자의 수면을 방해하는 백색광을 사용하지 않고 밤에 돌아다닐 수 있도록 합니다. (의료 분야에서 사용되는 조명에 대한 자세한 내용은 이번 호의 "고체 조명이 현대 의료 분야의 실제 색상을 구현합니다"를 참조하십시오.)
또한 맞춤형 스펙트럼을 활용하여 어류 및 갑각류의 연못 서식지를 관리할 수 있습니다. LED 조명이 게 생산에 미치는 영향을 평가하는 대학 연구가 진행 중이며, 중국과 벨리즈의 상업용 양식장에서는 한 예로 AquaShift 조명 시스템을 설치했습니다. 고체 농업용 조명에 대해 170억 달러 이상의 글로벌 시장 잠재력이 존재합니다. 이는 LED 제조업체가 빛을 사용하여 동물 복지를 개선하고 농업 생산량을 늘리며 에너지 비용을 낮추는 새로운 방법을 발견함에 따라 증가할 것입니다.
