Schlüsselpunkte bei der Auswahl und Installation eines LED-Beleuchtungssystems für Züchter
Dieser Artikel soll dem Leser einen allgemeinen Überblick über LED-Beleuchtungssysteme, ihre Funktionsweise und die Unterschiede zwischen den verschiedenen in der Geflügelindustrie verfügbaren Systemen geben. Die Kenntnis der grundlegenden Prinzipien und der Mechanik ist wichtig, wenn man überlegt, welches System am besten für die eigenen Bedürfnisse geeignet ist.
Einige wichtige Fragen, die Sie dem potenziellen Anbieter stellen sollten:
1. Wirkungsgrad - Lumen pro Watt des Systems.
2. Gleichmäßigkeit des Lichts - Dunkle Flecken und Schatten führen zu Bodeneiern.
3. Lebensdauer - Wie viele Stunden kann ich von dem Produkt erwarten?
4. Flexibilität beim Dimmen - Kann ich von 80 Lux auf 2 Lux ohne Flimmern dimmen?
5. Einfache Installation - Es ist wichtig, die Installationskosten in Ihr Budget einzuplanen.
6. Betriebskosten - Basierend auf den Installationskosten, der Effizienz, der Wartung und der Lebensdauer
Einige wichtige Begriffe zur Beleuchtung:
- Lumen (lm): Sichtbares Licht, das von einer Quelle ausgestrahlt wird.
- Lux (Lx) oder Fußkerze (fc): Maß für das Licht in einer Entfernung.
- Colour Temperature - Kelvin (K): >5,000K are called cool colors (bluish white), neutral white is around 4,000K-5000K, while <3,000K are called warm colors (yellowish white through red). Warm colors 2700K (red spectrum) of light are best for pullet rearing and production, while broilers will perform equally over a range of colors as high as 5000K (blue /green spectrum).
- Lumen pro Watt: Sichtbares Licht, das für jedes verbrauchte Watt Leistung erzeugt wird.
- Gleichmäßigkeit: Eine gute Gleichmäßigkeit bedeutet, dass das Licht gleichmäßig verteilt ist, ohne Schatten oder dunkle Flecken.
- Eine Licht emittierende Diode (LED): Eine Halbleiter-Lichtquelle, die Licht abgibt, wenn ein Strom durch sie fließt.
- LM70-Lebensdauer: Der Standard für die Bestimmung der LED-Lebensdauer basiert auf den Stunden, die benötigt werden, um auf 70 % der ursprünglichen Lichtleistung abzufallen.
LED LEUCHTEN DESIGN ESSENTIALS
Die LED
Die LED oder Leuchtdiode mag die wichtigste Komponente der Leuchte sein, aber sie ist nur eine von vielen Komponenten, die erforderlich sind, um ein Produkt für den Dauerbetrieb in einem Geflügelstall geeignet zu machen. Wie bei allem anderen auch, zahlt man für das, was man bekommt. Teurere Marken-LEDs bieten eine längere Lebensdauer und einen höheren Wirkungsgrad.
Der Fahrer
LED-Chips arbeiten in der Regel mit Gleichspannung. LED-Leuchten benötigen daher einen Treiber, der die eingehende Wechselspannung in die erforderliche Gleichspannung umwandelt. Treiber sind entweder in die Leuchte integriert, wie es bei LED-Glühbirnen oder -Röhren der Fall ist, oder sie sind extern, wobei ein einziger Treiber mehrere Leuchten versorgt. Wenn eine LED-Leuchte ausfällt, ist das fast immer ein Problem des Treibers und nicht der LED-Chips. Daher ist es sinnvoll, in einem Geflügelstall einen externen Treiber zu verwenden. Außerdem können externe Treiber, die mehrere Leuchten versorgen, industrietauglich sein und bieten viele Vorteile gegenüber internen Treibern.
Das Gehäuse
Geflügelställe werden regelmäßig mit Hochdruckreinigern und chemischen Reinigungsmitteln gewaschen. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass das von Ihnen gewählte Produkt für diese Umgebung ausgelegt ist. Die Produkte sollten mindestens die Schutzart IP67, idealerweise aber IP69 aufweisen, die direkte Wasserstrahlen abdeckt.
Der Dimmer
Der Dimmer ist kein echtes Leuchtenteil, aber ein wichtiger Teil des Systems ist die Dimmfunktion des Produkts. Es ist wichtig, dass die Leuchte gleichmäßig und ohne Flimmern von 0 bis 100 % dimmt. Vergewissern Sie sich, dass der Dimmer über einen 0 bis 10V-Eingang verfügt, der von einem Umgebungscomputer oder einer SPS gesteuert werden kann.
Der Kühlkörper
Die Lebensdauer einer LED hängt direkt von ihrer Betriebstemperatur ab. Je kühler sie betrieben wird, desto länger hält sie. Vermeiden Sie daher LED-Kugeln in einem "Marmeladenglas" oder einer versiegelten Abdeckung, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu vermeiden. Die Größe des Kühlkörpers im Verhältnis zur Ausgangsleistung ist ebenfalls sehr wichtig. Achten Sie immer auf einen großen Aluminiumkühlkörper.
Die Lebensdauer der LED basiert auf einer Lumenerhaltung (LM) von LM70, d. h. der voraussichtlichen Anzahl von Stunden, die die LED benötigt, um 70 % ihrer ursprünglichen Lichtleistung zu erreichen. Je heißer eine LED läuft, desto schneller nimmt ihre Lichtleistung ab. Um den LM70-Wert zu ermitteln, testen die Hersteller die Chips über einen längeren Zeitraum und beobachten, wie die Lichtleistung abnimmt, um dann anhand dieser Daten die erwartete Lebensdauer zu ermitteln. Diese Daten sollten verfügbar sein und können als Kaufkriterium herangezogen werden. Unten sehen Sie ein Beispiel für die Ergebnisse eines Lumen-Abwertungstests für eine LED. Eine Temperatursonde wird auf der Aluminiumplatine der LED angebracht, um die maximale Gehäusetemperatur zu messen, und eine zweite Sonde 20 mm vom Kühlkörper entfernt, um die Umgebungstemperatur zu messen.
BEDEUTUNG DER GLEICHMÄSSIGKEIT UND VERTEILUNG DES LICHTS
Bei der Installation eines Beleuchtungssystems für Produktionshallen geht es in erster Linie darum, alle potenziellen Schatten zu beseitigen. Wo es Schatten gibt, gibt es Bodeneier.
Manuelle freistehende Nistkastensysteme
Die Planung der Beleuchtung für Nistkastensysteme kann eine Herausforderung sein. Die besten Ergebnisse werden in der Regel erzielt, wenn Schatten minimiert werden, die Gleichmäßigkeit erhalten bleibt und eine Beleuchtungsstärke von etwa 80 Lux erreicht wird. Ein häufiger Fehler besteht darin, weniger und stärkere Leuchten zu verwenden, um die erforderlichen durchschnittlichen Lux-Werte zu erreichen, was jedoch zu mehr Schatten durch die Nistkästen führt. In einem 12 m breiten manuellen Nistkasten kann beispielsweise mit zwei Lichtreihen eine ausreichende Lux-Zahl erreicht werden, aber das Ergebnis sind zu viele Schatten um die Nistkästen. Dieses Problem wird durch die Verwendung von 4 LED-Reihen mit optimierten Abständen gelöst, wodurch die Schatten und damit die Überschwemmungen drastisch reduziert werden. Die angestrebte Gleichmäßigkeit in den nistfreien Bereichen des manuellen Nisthauses beträgt 80 %.
Das Gemeinschaftsnest und das US-Stilsystem
Die Installation dieser Systeme ist in der Regel einfacher und wirft kaum Schattenprobleme auf. Ein Gemeinschaftsnest mit der in den USA üblichen Anordnung (1/3 Kratzfläche und 2/3 Lamellen) würde in der Regel 4 Lichtreihen haben. Die äußeren Reihen sollten nahe an den Seitenwänden angebracht werden, um diesen normalerweise dunklen Bereich zu beleuchten, während die beiden inneren Reihen normalerweise über der Stufe zu den Lamellen angebracht werden, um einen Schatten im Stufenbereich zu vermeiden. Einige Designer bereiten die Beleuchtungsanordnung so vor, dass die Lux-Werte in der Nähe des Nestes abnehmen. Dadurch werden die Vögel eher in die Dunkelheit und zum Nest gelockt. Streben Sie eine 80%ige Gleichmäßigkeit im Kratzbereich an, was nicht immer möglich ist, wenn das Licht in Richtung der Nester abnimmt.
Ein erfahrener LED-Lieferant für die Landwirtschaft benötigt die Abmessungen des Hauses (Länge, Breite und Dachhöhe) sowie die Grundrisse von Nistkästen und Futtertrichtern. Anhand dieser Informationen wird ein Simulationsmodell erstellt, mit dem eine Beleuchtungsanordnung mit minimalen Schatten und einer gleichmäßigen Verteilung des Lichts mit den erforderlichen Lux-Werten entworfen wird (siehe Beispiele unten).
INTERNE VERSUS EXTERNE TREIBER
LED-Chips arbeiten mit einer niedrigen Gleichspannung. Das Stromnetz liefert 110/220 V Wechselstrom, der in der Regel von einem LED-Treiber in 12, 24, 36 oder 48 V Gleichstrom umgewandelt wird. Treiber (Transformatoren) regeln die Stromzufuhr zu einer einzelnen LED oder zu einer Reihe von LEDs. Inzwischen gibt es auch LEDs mit direktem Wechselstrom (AC), die jedoch für die Beleuchtung von Geflügel nicht empfohlen werden. Diese Chips werden in einem 50-Hz-Netz bei jeder Halbwelle oder 1/100stel Sekunde dunkel, wenn die Spannung bei oder nahe 0 V liegt. Dies kann von den Vögeln als Flackern wahrgenommen werden und kann Stress verursachen.
Integrierte Treiber werden in eine einzelne LED-Leuchte eingebaut, während externe Treiber mehrere LED-Leuchten versorgen können. Integrierte Treiber bieten nur begrenzten Schutz gegen Kurzschlüsse, Überstrom, Überspannung und elektromagnetische Störungen (EMI), die durch das Schalten von Elektromotoren verursacht werden (ein moderner Hühnerstall hat viele Elektromotoren). Die meisten Ausfälle von LED-Glühbirnen sind auf das Versagen der integrierten Treiber zurückzuführen und nicht auf die LEDs selbst.
Führende Hersteller von Geflügelbeleuchtungen haben alle die Vorteile der Verwendung externer Treiber erkannt. Es ist wichtig, die folgenden Merkmale und Vorteile zu beachten:
- Spannungsabfall - bei der Wahl eines Niederspannungssystems ist zu beachten, dass es zu einem Spannungsabfall über die Länge des Hauses kommen kann. Je niedriger die Spannung, desto anfälliger ist das System. Ein 12-V-System ist besonders anfällig für Spannungsabfälle, die dazu führen können, dass die Vorderseite des Hauses heller ist als die Rückseite. Ein 48-Volt-System ist im Vergleich zu einem 12-Volt-System 3-mal weniger anfällig. Ein Spannungsabfall kann mit dem richtigen Kabelquerschnitt abgemildert werden. Ein seriöser Anbieter wird den Spannungsabfall bei der Erstellung von Schaltplänen und Installationsanweisungen immer berücksichtigen.
- Sicherheit - Spannungen unter 50 V gelten als sicher und erfordern keine Konformitätsbescheinigung für die Installation auf der Gleichstromseite der Anlage. Niederspannungssysteme verfügen über einen externen Treiber, der im Kontrollraum des Hauses montiert ist und den gesamten Stromkreis mit Niederspannung versorgt, wodurch die Gefahr eines Stromschlags ausgeschlossen wird.
- Waschen und Desinfizieren - Wechselstromversorgungsschaltungen sind im Gegensatz zu Niederspannungssystemen anfällig für Kurzschlüsse, die durch Wasser in einer Leitung nach einem Waschzyklus verursacht werden, was oft zum Ausfall aller LED-Lampen in einem Schaltkreis führt.
- Stabilität - Die Verwendung eines externen Treibers (anstelle der kleinen integrierten Einheiten) bedeutet, dass ein industrielleres Gerät für die Stromversorgung vieler Leuchten verwendet werden kann. Die größeren externen Treiber haben einen weitaus besseren Schutz gegen Spannungsspitzen und werden nicht durch EMI beeinträchtigt.
- Leistungsfaktorkorrektur (PFC) - PFC erhöht den Leistungsfaktor einer Last und verbessert so die Effizienz des Verteilungssystems, an das sie angeschlossen ist. Es ist wichtig, ein System mit Leistungsfaktorkorrektur zu wählen, um maximale Effizienz zu gewährleisten.
- Dimmen - Durch die Verwendung eines externen Treibers kann der Dimmer zwischen dem Treiber und den LEDs positioniert werden, wodurch Kompatibilitätsprobleme im Zusammenhang mit dem "Dimmen" integrierter Treiber vermieden werden.
DIE BEDEUTUNG DES DIMMENS
Ein Züchterhaus kann bis zu 200 Lampen haben, die alle gleichmäßig ohne Flackern gedimmt werden müssen. Um auf sehr niedrige Lux-Werte (80 Lux bis hinunter zu 2 Lux) abzusenken, muss das System auf mindestens 2,5 % dimmen können. Für eine echte Simulation der Dämmerung muss das System bis auf 0 % herunterdimmen können. Viele LED-Systeme, die in der Landwirtschaft verkauft werden, behaupten, dass sie auf 0 % herunterdimmen können, aber das ist oft nicht der Fall. In Wirklichkeit schalten sich viele bei etwa 5 bis 10 % ab.
Die beiden gebräuchlichsten Methoden zum Dimmen von LEDs sind die Konstantstromreduzierung (auch bekannt als analoges Dimmen) und die Pulsbreitenmodulation (PWM).
Analoges Dimmen (konstante Stromabsenkung)
Analoges Dimmen oder (Konstantstromreduzierung) eignet sich für Glühbirnen oder Röhren mit integrierten Treibern, die mit Hochspannungswechselstrom versorgt werden. Bei diesen Systemen drosselt der Dimmer den Strom zu den integrierten Treibern, die wiederum den Strom zu den LEDs drosseln. Diese Form des Dimmens ist anfällig für Kompatibilitätsprobleme, vor allem dann, wenn Sie viele Leuchten an einem einzigen Dimmer betreiben. Die minimalen Dimmwerte sind auf 5 bis 10 % begrenzt. Außerdem schalten sich einige Geräte bei niedrigen Werten vor anderen Geräten ein oder aus, was das Dusk-to-Dawn-Dimmen problematisch macht.
Impulsbreitenmodulation (PWM)
PWM ist eine sehr verbreitete Methode zum Dimmen von LED-Leuchten, bei der sie sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden (pulsierend), so dass sie optisch wie ein gleichmäßig gedimmtes Licht erscheinen. Die Helligkeit wird eingestellt, indem der Prozentsatz der Zeit, in der die Lichter eingeschaltet sind (100 %), an die Zeit angepasst wird, in der sie ausgeschaltet sind (0 %) Der Dimmer befindet sich zwischen dem Treiber und den LEDs. Die üblicherweise verwendete Frequenz liegt bei über 700 Hz, was weit über der Flimmerschwelle liegt, die ein Vogel (+-100 Hz) erkennen kann.
Schlussfolgerung:
Verwenden Sie das richtige Werkzeug für die Arbeit. Wenden Sie sich an ein Unternehmen, das sich auf die Beleuchtung von Geflügel spezialisiert hat, damit Ihre Beleuchtung von Anfang an richtig funktioniert. Entscheiden Sie sich für einen Kühlkörper aus Aluminium. Halten Sie sich an die Grundregeln - warmweißes Licht für Züchter, je gleichmäßiger, desto besser, keine Schatten, 80 Lux Zielintensität und sanftes Dimmen ohne Flackern.
Anmerkung der Autoren: Besonderen Dank an Philip Malherbe von Sunbird Poultry Lighting für die Bilder und die technische Hilfe
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