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简析LED在家禽养殖中的优势及应用

2018-02-20 01:38
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LED光源高能效的窄带发射使照明技术在生命科学应用中具有重要的价值。在本文中,KEN MARRIN介绍如何在家禽饲养应用中采用固态照明,以降低电费和提高产量。

专家预计,到2030年,全球对食品的需求量将翻一番。为了满足这一需求,粮食生产者正在采用新技术,以较低的成本增加产量,同时减少对环境的压力。这些生产技术大多集中于加强传统投入,比如水、空气、营养物质和空间等。但是,光却是一个很大程度上未开发的生产投入。

通过使用LED照明,利用家禽、猪、奶牛、鱼类或甲壳类动物独特的光谱需求,农民可以减少压力和家禽死亡率,调节昼夜节律,大幅增加蛋、肉和其他蛋白质来源的产量,同时显著降低能源使用和其他投入成本。

固态照明(SSL)的利基应用包括农业专用的照明,这样的应用可产生巨大的收入潜力。飞利浦和欧司朗等主要大厂已经开发了用于农业和园艺业的光谱可调式LED灯,此外还有一些小型企业,如Once Innovations和NextGen Illumination等生产出了专用于家禽市场的LED灯。

许多畜牧养殖户仍然在其畜棚中使用60W、80W和100W的白炽灯。这些灯非常适合人类环境,但是白炽灯与阳光不一样,对人类来说最好的光线并不一定适合其他动物。日光的光谱与白炽灯的光谱明显不同。日光是所有颜色的组合。

图1. 日光光谱(a)与日落光谱(b)

图1a显示中午的日光中每种颜色的数量。在这一天的这个时候,蓝色和绿色比红色更亮。图1b显示一天结束时日光中的颜色数量。此时,红色比绿色和蓝色更亮。

白炽灯、荧光灯、高压钠灯、LED的比较

现代的畜棚照明系统试图模仿太阳的光谱,试图提供一个连续的光谱,包含所有的颜色,中间无间隙。白炽灯(图2a)有效地模拟了日落时的日光,产生一个连续的光谱,红色多,绿色少,蓝色只有一点点。但是,这个光谱并不能模拟午间的阳光。一些制造商试图在灯泡上涂层来改变光谱,但是这种方法不能产生连续的光谱。此外,白炽灯泡的效率也非常低,经常烧坏,并且需要达到防湿级别的灯具。当然,白炽灯很快也要被禁止生产了。

图2. 白炽灯光谱(a)与节能灯光谱(b)

紧凑型荧光灯(CFL)具有良好的效率并产生白光,但是,其光输出是针对人类视觉而设计的。通过产生和结合红色、绿色和蓝色的窄带来实现白光。因此,红色、蓝色和绿色峰值之间的光谱存在很大差距,并且在太阳光中存在的许多红色、蓝色和绿色波长会失去(图2b)。蓝光特别弱,大部分更深的红色都失去了。总的来说,紧凑型荧光灯在模仿自然光方面做得非常糟糕,也很难清洁(卷曲形状),含有少量有毒的汞,需要一个防潮的外壳,也不能很好地调色。

高压钠灯(HPS)具有出色的效率和高光输出,在红色和黄色中色谱最强,从而赋予灯泡独特的橙黄色或琥珀色。但是,与节能灯一样,许多色谱缺失,尤其是绿色和蓝色。此外,高压钠灯也很难变暗,预热缓慢,需要镇流器操作,具有较高的前期成本,并且可能含有钠和/或汞。

LED是农业照明方案中最高效和环保的产品,通过将蓝色LED与红色和绿色荧光粉结合,产生白光。光谱接近连续式的(图3),蓝色特别强,但也有充足的绿色和红色。虽然不完全是日光,但从人类的角度来看,LED光谱提供了近似的日光,没有像其他技术那样有光谱间隙。此外,它们也具有最长的使用寿命(长达10年,全天候运行),坚固耐用,不易受到震动的影响,并允许色移和颜色控制。LED具有较高的前期成本,但这些成本通过节能可以回收,从而使总体拥有成本降至最低。

图3. 标准的白光LED光谱

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