養鶏における LED
2014 年の Strategies in Light 会議での「ひよこを幸せにする方法」に関する講演で、Once Innovations 社長の Brian Wilcox は、LED 照明がエネルギー コストの削減を超えて実際に好ましい結果を生み出すという経済的利益を提供するという主張の説得力のある科学的証拠を調査しました。したがって、家禽の管理と生産において収益が増加しました。 ここでは、家禽のアプリケーションを詳しく見ていきます。
LED は、日光を効果的かつ正確に模倣する能力の点で、他の農業用照明の選択肢よりも優れていますが、カスタマイズ可能で調整可能なスペクトルを生成する能力が最大の特徴かもしれません。 動物のスペクトルのニーズとそのスペクトル感度は、人間とは異なります。 農家は、スペクトル、放射照度、および変調の使用を最適化することにより、健康と福祉を改善する畜舎で動物の照明環境を作成し、エネルギーと飼料のコストを削減しながら開発を改善することができます。
鶏舎の照明は、農業用 LED の最も有望な用途の 1 つです。これは主に、人と鳥が光子を吸収、認識、および反応する方法が大きく異なるためです。 LEDベースの技術は、これらの違いを利用して、照明器具のコストを削減し、体重増加と筋骨格の発達を促進し、産卵を目的とした産卵鶏の早期成熟を誘導し、飼料変換を強化し、メラトニン生産を変更し、卵の生産量と品質を高め、制御します。生殖周期を改善し、生殖寿命を延ばします。
赤、緑、青のスペクトル エネルギーに敏感なトリクロマントは人間です。 人間の感度は 550 ナノメートル付近 (緑) でピークに達し、赤と青のスペクトルに近づくにつれて徐々に低下します。 人間は、光色素であるロドプシン (桿体)、ヨードプシン (錐体)、およびメラノプシンを介して光子を吸収しますが、これらは網膜の受容に完全に依存しています。
鳥の網膜も、メラノプシン、桿体、錐体のおかげで光子を吸収できます。 しかし、それらはまた、脳の上部に位置する松果体にあるアクティブな光受容体を介して光子を取り込みます (松果体受容)。 驚くべきことに、それらは脳深部の光受容器 (視床下部受容) を介して光子も取り込みます。
クアッドクロマントは家禽です。 鶏は、人間と同様に、550 nm で緑色に対するピーク感度を進化させました。 ただし、紫外線 (UV)、赤、青の光に対する感度も高くなります。 その原因は彼らの祖先にあると考えられています。 樹冠を覆う緑の葉のために、南アジアの熱帯雨林は光にフィルター効果をもたらします。 450 nm (人間の感度の 12 倍) と 640 nm での最大値で、家禽は青と赤に対する感度が向上しました (人間の感度の 4 倍)。 しかし、おそらく鳥と人間の最も顕著な違いは、鳥が目で紫外線 (ピークは 385 nm) を見ることができることです。 家禽が紫外線を感知する能力の原因は、主に研究されています。 食物と群れの認識能力は、2 つの主要な容疑者です。
家禽の生理機能は、それぞれの色合いによって異なる影響を受けます。 骨格筋のサテライト細胞の増殖を促進することにより、例えば緑色の光は、若い年齢での成長率を大幅に加速します. 青色光は血漿アンドロゲンレベルを上昇させ、後の年齢での発達を促進します. 低周波ブルーライトは動きを阻害します。 また、高齢者の間での共食いの発生率を低下させます (特に、人間が消費するために飼育されたブロイラー ニワトリ)。 一緒に使用するとテストステロン放出がより強力に刺激されるため、緑と青の光は筋線維の形成を促進します。 合計すると、青色光は飼料変換率を最大 4% 増加させ、1 ポンドあたりのコストを最大 3% 削減し、全体の生体重を最大 5% 増加させる可能性があることが示されています。
飼育期間の開始時に、赤色光は性的活動を刺激して促進するだけでなく、ニワトリや七面鳥の成長率も高めます。 さらに、運動性が向上し、飼育段階の終了時に脚の問題が軽減されます。 レッドライトは、同じ卵の大きさ、卵黄とアルブミンの重量、殻の重量、および厚さを維持しながら、産卵あたりの飼料消費量を減らします. 全体として、赤色光は産卵のピーク期間を延長し、雌鶏 1 羽あたり最大 38 個の産卵を改善し、おそらく食物摂取量を最大 20% 削減する可能性があることが示されています。
成功にはエネルギー効率が不可欠です。
総エネルギー使用量の大部分は、農業用照明に使用されています。 農業施設は狭い地理的地域に集中しており、同等の照明システムを備えており、迅速に変更され、インセンティブにうまく反応します。 米国エネルギー効率経済評議会 (ACEEE) によると、北米、特に中西部の農業には、年間 10 億ドルのエネルギー節約の可能性があります。 原子炉 2 基分に相当します。 ACEEE の Kate Farley によると、農場での支出の 7% はエネルギーに関連しています。 補助金、助成金、およびその他のインセンティブにより、白熱灯から LED 照明に切り替えると、納屋あたり 2000 ドルのエネルギーを節約できる可能性があります。 これらの削減により、農家の各納屋の収益性が大幅に向上します。
市場全体でのエネルギー節約について考えてみてください。 上位 10 の卵生産者のうち 6 つは中西部にあり、全国に 2,500 を超える鶏卵工場があります。 各レイヤ アクティビティでは、施設ごとに平均 800 個の白熱灯が使用されます。 これらのライトを LED に交換した場合、800 ライト (9W - 3W)/ライト 16 時間/日 365 日/年、または 1 回の操作で 28,032 kWh の節約になります。 アイオワ州、オハイオ州、インディアナ州の 42% の地層事業では、これら 3 つの州だけで 7,000 万 kWh のエネルギー使用量が削減されました。
ブロイラー市場は産卵鶏市場の 4 倍のエネルギーを消費するため、節減効果ははるかに顕著です。 それらの大部分は南東部と南中部の州で見られ、それらの多くはまだ非効率的な照明を使用しています. 4 畜舎/農場、132 灯/畜舎、100W/灯、18 時間/日、52 日/鶏群、および 5.5 鶏群/年に基づくと、ブロイラー農場の白熱灯エネルギー使用量は、1 農場あたり年間平均 271,814 kWh です。
エネルギー節約量は、テキサス州ナコドチェスにあるスティーブン F. オースティン大学のジョーイ ブレイ博士によって、Once Innovations の AgriShift LED 技術と現在の白熱灯および HPS 照明を生産セットアップで比較することによって計算されました。 Bray のブロイラーに関する調査によると、従来の白熱灯/HPS システムを使用する典型的なブロイラー農場は、鶏群あたり年間 3837 kWh を使用していました。 AgriShift LED は、同じ農場でのエネルギー消費を、農場ごとに 95% 以上削減し、わずか 109 kWh に抑えました。 これをセクター全体に適用すると、20 億から 50 億 kWh、つまり 1 つの原子力発電所の全出力に相当するエネルギーを国内で節約できる可能性があります。 Once Innovations と AgriShift の詳細については、「自律型 AC 設計を活用した LED 農業ソリューション」を参照してください。
豚肉を生産する企業のエネルギー節約も同様に注目に値します。 中西部には合計 180 万の照明ソケットがあり、その大部分は CFL であり、豚の上位 10 州のうち 8 州がそこにあります。 中西部では、LED 豚用照明に切り替えることで 5 億 4,000 万 kWh を節約でき、これにより 5,220 万 kWh (CFL) - 25.2M kWh (SSL)=27M kWh - 20 時間/日 {{ 10日間。
規範と割引
LED ベースの農業用照明機器の効率性と有効性が向上し、総所有コストが削減されたにもかかわらず、高い初期費用が障壁となっています。 これは、農業用照明部門には性能基準がないため、LED ベースの農業用照明製品の消費者が、住宅や商業環境で使用される省エネ型白熱灯や CFL 照明製品のユーティリティ リベートの恩恵を受けることが難しくなっていることが一因です。 .
住宅用および商業用アプリケーションの人々に関連する照明の性能と基準は、現在の照明基準の焦点です。 商用照明製品には DesignLights Consortium (DLC) マークがあり、エネルギー効率の高い消費者向け照明製品には Energy Star ロゴが表示されます。 残念ながら、農業用照明器具に匹敵する性能基準やラベルはありません。 このため、公益事業者は、これらのデバイスをリベート プログラムに含めることが難しく、明らかに経済的に不利な立場に置かれています。 農家は、納屋用の汎用の消費者向けおよび商業用照明製品を後付けすることでリベートを受け取ることができますが（頑丈なまたは濡れた場所に定格された器具にそれらを囲む必要がある場合があります）、動物と納屋のために特別に作られた既製の照明製品環境は通常、適格ではありません。
農業用照明製品のサプライヤーとユーザー (農家など) が必要とするのは、農業用照明アイテムを特にランク付けするプログラムです。 このようなスキームは、リベートの競争条件を平準化しながら、農場の照明オプションを評価するために必要な知識を顧客と電力プロバイダーに提供します。 Energy Star または DLC の一部として含まれている場合もあれば、個別に動作する場合もあります。 理想的な標準は、耐久性、パフォーマンス、信頼性、安全性などの重要なパフォーマンス特性を処理し、さまざまなユーティリティ間で一貫性を提供します。 規格はすでに策定中であり、多数の電力会社がすでに参加に関心を示しています。
農業の未来を牽引
現在、研究開発活動の大部分は養豚業と養鶏業に集中していますが、Once Innovations の技術は特に水産養殖、乳牛、馬産業でも使用される可能性があります。 たとえば、赤い光は豚、牛、馬などの動物には見えないため、夜間は光を赤のスペクトルに暗くして、家畜を動揺させずにメンテナンスを行うことができます。 人間の病院も同様の戦略を採用しており、メラトニン合成を低下させ、患者の睡眠を妨げる白色光を使用せずに、職員が夜間に歩き回ることを可能にしています. (ヘルスケアで使用される照明の詳細については、この号の「ソリッド ステート照明が現代のヘルスケアの本当の色合いを引き出す」を参照してください。)
さらに、調整されたスペクトルを利用して、魚や甲殻類の池の生息地を管理できます。 LED 照明がカニの生産に与える影響を評価する大学の研究が進行中であり、中国とベリーズの商業用池には例として AquaShift 照明システムが設置されています。 固体農業用照明には、170 億ドル以上の世界市場の可能性があります。 LED メーカーが光を使用して動物の健康状態を改善し、農業の生産性を高め、エネルギー コストを削減する新しい方法を発見するにつれて、この傾向はさらに高まるでしょう。
