Полноспектральные светодиоды для растений


Сейчас, в конце зимы, почти в каждом доме окна светятся розовым светом фитоламп. В феврале многие садоводы начали выращивать рассаду, а короткий световой день заставляет искать варианты с подсветкой. Без фитолампы крепкую рассаду не вырастить, но далеко не всякое досвечивание даст нужный результат. Рассмотрим, какие фитолампы для растений годятся только для оранжерей, какие можно использовать для рассады, как их правильно выбирать и как применять максимально эффективно.

Содержание

  • Как выбрать фитолмапу для рассады
  • Каким должно быть соотношение цветов в спектре фитолампы
  • На каком расстоянии размещать фитолампу от рассады
  • Как рассчитать освещенность

Как правильно досвечивать рассаду

При выборе фитолампы для рассады проще всего определиться с ее формой. Тут все просто. Если горшочки с рассадой рядком стоят на полке специального стеллажа, или на подоконнике, или на другой узкой и длинной поверхности (а рассаду обычно выращивают именно так), то нужна фитолампа линейного типа. 


Иногда ряды рассады досвечивают двумя цокольными лампами (или несколькими).

Сложнее определиться с выбором источника освещения. Смысл досвечивания в том, чтобы ламп искусственного освещения в том, чтобы до начала светового дня или по его окончании они заменяли растениям солнечный свет, который состоит из волн разного цвета и разной длины. Для роста и развития растений наиболее важны красный и синий цвета спектра, поэтому для выращивания растений годятся далеко не все лампы.

Лампы накаливания – наихудший выбор для подсвечивания рассады и для растений вообще. Спектр излучения ламп накаливания ограничен, в основном, желтым и зеленым спектром; синего в нем нет. Вторая проблема в том, что значительная часть электроэнергии в этих лампах превращается в тепло. Приходится отодвигать их от растений как можно дальше, от этого и так невысокая эффективность досвечивания падает еще. Растения, которые выросли под обычной лампой накаливания, легко распознать: они тянутся к свету и всегда чрезмерно вытянутые.

С люминесцентными лампами обратная история, в их спектре преобладает синий, но они излучают мало света в красной и оранжевой областях, а красный рассаде все-таки нужен (а комнатным растениям просто необходим, особенно тропическим экзотам вроде лимонов и кофе).

Иногда в оранжереях комбинируют «люмки» холодного света и лампы накаливания, которые нагревают воздух.

Светодиодные фитолампы

В последние годы растет популярность фитолпамп, в которых используют светодиоды. Долгое время они считались «хорошими,  но дорогими», но несколько лет назад светодиоды резко подешевели. В спектре таких фитолап есть и синий, и красный, их называют биколорными. На упаковке обычно размещается спектограмма, которая  показывает длину волн и в синем спектре, и в красном. Оптимальной для рассады считается длина волн:


  • в синем спектре — 440-450 нм,
  • в красном спектре – 650-660 нм.

На FORUMHOUSE вопрос о спектакльном соотношении для досветки рассады и для освещения зимних садов дискутировался несколько лет. Кажется, теперь в этом вопросе поставлена точка, и оптимальная картина выглядит так:


Соотношение цветов в спектре фитолампы

Применение

Синий 2, красный 5

Досвечивание растений в оранжереях и зимних садах на протяжение всего срока их жизни. Большое количество красного цвета стимулирует рост зеленой массы, ускоряет и облегчает цветение, повышает урожайность.

Синий 1, красный 4

Обеспечивает быстрое прорастание и цветение, идеально подходит для выгонки луковичных.

Синий 1, красный 1.

Для выращивания зелени и листовых зеленых овощей. Красный цвет в спектре обеспечивает быстрый рост зеленой массы, синий тормозит цветение и наращивает корневую массу.

Синий 3, красный 1

Для выращивания рассады томатов и перцев. Благодаря высокому содержанию синего, развивается корневая система, а рост зеленой массы тормозиться. Рассад получается коренастой, с короткими междуузлиями. Такие лампы применяют и для того, чтобы затормозить вытягивание рассады.

Значение цветов спектра для растений
 

Хотя синий и красный – главные цвета в спектре для нормального роста и развития растений, но другие цвета в диапазоне от УФ-С (370- 410 нм) до ближнего ИК-А (700-780 нм) важны каждый по-своему. Чтобы успешно решать задачи выращивания рассады и комнатных растений при помощи фитоламп, надо знать, как воздействуют на них разные участки спектра.

  • УФ-С (370-410 нм) помогает вырабатывать гормоны, необходимее растению для жизни; способствует развитию зеленой массы и корневой системы.
  • Синий (410-480 нм) — в этом цвете растение развивает корневую систему, приобретает устойчивость к заморозкам, вырабатывает каротиноиды, и наращивает зеленую массу;
  • Голубой и зеленый (480-565 нм) – часть спектра, видимая человеческим глазом. Она необходима нижним ярусам листьев и стеблю растения. Бледные листья нижнего яруса сигнализируют о том, что в них нет хлорофилла, а стало быть, в спектре источника освещения нет голубого и зеленого;

  • Желтый и оранжевый (565-625 нм) — в этой части спектра у растений ускоряется процесс фотосинтеза, укрепляются листья, растения вырабатывают бета-каротин;
  • Красный и ИК-А (625-780 нм)  необходимы для созревания плодов, но перебор с этими цветами в спектре источника освещения может стать фатальным для растения и привести к перегреву, опаданию соцветий и тому же вытягиванию. По большей части красный и ИК жизненно необходимы для созревания плодов.

Главное преимущество светодиодных источников в том, что из них можно составлять любой спектр, задавать любые режимы и управлять ими. Здесь важно еще не ошибиться с мощностью диода. Продаются диоды мощности 1 Вт, 3 Вт или 5 В, и 3 Вт для рассады предпочтительнее – на освещение квадратного метра рассады уходит 10-20 таких светильников.

Пользователь FORUMHOUSE Лифтанутый, большой эксперт в вопросе досвечивания рассады, эмпирическим путем вывел формулу:  

Как рассчитать расстояние от рассады

Освещенность высчитают так: она обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности, и если передвинуть  лампу, которая висела в 25 см от рассады, на 50 см, то освещенность уменьшится в 4 раза. Также здесь важен угол расположения лампы: можно провести аналогию с солнцем, которое в зените светит ярче, чем повиснув над горизонтом. Корректировать расстояние фитолампы нужно, сверяясь с самочувствием рассады, но вот это вполне рабочая таблица:


Мощность лампы

Расстояние до растений

Охват площади (диаметр)

7-10

20-30 см

25-30 см

10-15 Вт

35-40 см

45-50 см

15-20 Вт

40-45 см

85-90 см

В среднем, досвечивать рассаду фитолампами рекомендуют по 8-13 часов в день. Чтобы весь свет доставлялся по назначению, над светильниками приклеивают фольгу.

Источник: www.forumhouse.ru

Нормы освещенности для растений

Основными понятиями являются длина световых волн и освещенность, которые индивидуальны для каждого растения. У различных видов флоры сформировались собственные предпочтения и требования к показателям. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений необходим направленный световой поток конкретной интенсивности и цветовой температуры.

Приведем для примера нормы освещенности для рассады некоторых культур:


Культура

Минимальная освещенность, тыс. люкс

Все виды капусты, салат кочанный и листовой

6

Томат, перец, баклажан, фасоль

5

Кабачок, патиссон, тыква

5

Огурец, арбуз, дыня

4

Величина освещенности применима только к светильникам белого света. Ее можно измерить самостоятельно с помощью специального прибора люксметра. Для оценки фитосветильников, работающих в узком диапазоне спектра, применяется иная величина, а именно фотосинтетическое активное излучение. Более подробно о нем будет рассказано ниже. Эту величину измерить самостоятельно нельзя и в данном случае необходимо руководствоваться характеристиками, указанными производителем в описании конкретного светильника.

Основное освещение, досветка фитосветильниками

Фитолампы используются в качестве основного освещения при следующих условиях:

  • пасмурные дни;
  • зимний период;
  • затененные парники или комнаты;
  • помещения без источника естественного освещения.

Досветку следует организовать, если растения не попадают под солнечные лучи. Период освещения во всех случаях не должен превышать 12 часов. Рекомендуется включать лампу с 9 до 21 часа, соблюдая безопасное расстояние между светильником и растением:

  1. Бахчевые культуры и огурцы – минимум 15-20 см.
  2. Баклажаны, перцы и томаты – минимум 10-15 см.

При невыполнении заданных условий мощный световой поток вызывает ожоги, что проявляется в пожелтении листьев. Результатом может стать продолжительная болезнь и гибель растения, поэтому нельзя допустить «пересвечивания». Увеличивается риск получения ожога и при использовании фитолампы дольше 12 часов.

Светодиодные фитосветильники

Светодиодные фитосветильники Fitoled

Светодиодные фитосветильники Fitoled

Повысить освещенность растений можно при помощи фольгированной или белой отражающей поверхности, которую необходимо установить со всех сторон, кроме пути следования света. Для парников, оранжерей и выращивания рассады нужно использовать фитолампы мощностью 40 Вт и 80 Вт. Светильники на 20 Вт лучше применять для досвечивания комнатных и экзотических растений.

Выращивание растений под фитолампой

Для успешного выращивания растений под фитолампами FitoLED стоит придерживаться следующих правил:


  1. 1. Выбирать фитосветильники в соответствии с вашими конкретными задачами и запросами растений. Например, светильники, которые подходят для выращивания рассады, не подойдут для обеспечения хорошего цветения и плодоношения растений в домашних условиях.
  2. 2. Соблюдать рекомендации производителя относительно высоты размещения светильников над растениями и площади освещаемой при этом поверхности.
  3. 3. Соблюдать временной режим досветки растений:

— в первые три дня с началом появления петелек стоит подсвечивать круглосуточно;

— впоследствии — с 9-00 до 21-00 (если иное не предусмотрено рекомендациями производителя фитосветильника),

Досвечивание фитосветильником необходимо проводить непрерывно в течение 12 часов. Краткосрочные перерывы (до 3-х часов в сутки) негативно сказываются на развитии растений.

  1. 4. Опрыскивания растений производить только при выключенных лампах во избежание ожогов листовых пластин. При опрыскивании бактериальными препаратами это правило так же обязательно к исполнению, так как свет, ко всему прочему, еще губительно действует на бактерии.

Полноспектральные светодиоды для растений

Светодиодные светильники для растений FitoLED

Основным преимуществом фитоламп FitoLED является длительный срок эксплуатации, который достигает 30 лет. В устройствах используются инновационные фитосветодиоды с длиной волны DeepBlue спектра 451 нм и длиной волны HyperRed спектра 660 нм, а также светодиоды последнего поколения Refond от ведущего немецкого производителя OSRAM. К дополнительным плюсам фитосветильников специалисты относят:

  • бюджетную стоимость в сравнении с ценовой политикой конкурентов;
  • удобную систему регулировки и крепления;
  • возможность выращивания растений при полном отсутствии естественного освещения;
  • влагозащищенный корпус, допускающий прямое попадание воды;
  • надежную профилактику распространенных заболеваний растений.

Полноспектральные светодиоды для растений

Фитосветильники успешно применяются в любительских и профессиональных теплицах, оранжереях, а также при производстве выращивания грибов. С помощью фитоламп выращиваются сезонные растения и рассада, а также овощи в горшках в течение года.

Для чего нужны фитосветодиодные светильники, в чем их преимущество

Для развития растений необходим дневной свет. В процессе фотосинтеза вырабатывается хлорофилл, но ему требуется не весь спектр солнечного излучения. Самыми полезными растениям диапазонами являются довольно узкие участки спектра в синей и красной областях. Остальное излучение расходуется впустую.


Каждый участок полезного растениям излучения воздействует по-разному. Так, синий свет ускоряет синтез белка, стимулирует рост зеленой массы, развитие новых побегов, способствует выработке хлорофилла Б.

Под красным светом вырабатывается хлорофилл А, усиливаются развитие корневой системы, рост растений вверх, цветение и созревание плодов.

В светодиодных фитосветильниках FitoLED применены новейшие излучатели последней разработки немецкой фирмы OSRAM. Компания является признанным лидером в разработке и производстве светильников всех типов, в том числе и светодиодных. Надежность и длительный срок службы светильников обеспечивается высоким качеством каждой детали.

Светодиоды, по сравнению с лампами накаливания имеют значительно низкую температуру. Этим обеспечивается меньший нагрев грунта, уменьшается испарение влаги, увеличивается интервал между поливами. Снижение температуры исключает необходимость использования вентиляторов для охлаждения, растения не получают тепловые ожоги.

Кроме того, светодиодные светильники безопасны в применении, в них нет ртутных паров, стеклянных колб и корпусов.

Использование светодиодных фитосветильников позволяет уменьшить использование удобрений и пестицидов, урожай становится более экологичным.

Принцип работы фитосветильников

В едином корпусе светильников размещены новейшие светодиоды HyperRed (красные) с длиной волны излучения 660 нм и DeepBlue (синие) на 451 нм. Излучение каждого диода в светильниках FitoLED когерентно в отличие от продукции большинства конкурентов, где излучение часто смещено в ту или другую сторону. Постоянная длина волны света, наиболее соответствующая потребностям растений, повышает эффективность выращивания урожая.

Как правильно выбрать

При покупке фитосветильников нужно обратить внимание на их технические характеристики. В обычных осветительных приборах важным являются значения силы света и светового излучения. Фитодиодные лампы выбирают по другим параметрам. Растениям не важна энергия фотонов света, им требуется максимально большее их количество, поступающее за единицу времени.

Самый важный параметр ламп для растений — фотосинтетическое активное излучение. Измерить его самостоятельно нельзя без соответствующих сложных приборов, поэтому приходится полагаться на данные производителя.

Комнатные растения

Название

Допустимые границы (μmol/s.m²)

          Норма (μmol/s.m²)

Герань

40-60

50

Орхидея

80-130

105

Горшечные розы

40-60

50

Дендробиум

130-260

195

Каланхое

60-105

82,5

Антуриум

60-80

70

Бромелия

40-60

50

 

Овощи

Название

Допустимые границы (μmol/s.m²)

Норма (μmol/s.m²)

Огурцы

100-200

150

Перцы

70-130

100

Томаты

170-200

185

Цветы

Название

Допустимые границы (μmol/s.m²)

Норма (μmol/s.m²)

Тюльпаны

25-40

32,5

Хризантемы

105-130

117,5

Герберы

80-105

92,5

Розы

170-200

185

Фрезии

70-105

87,5

Лилии

80-100

90

Орхидеи

80-105

92,5

На упаковке обозначено значение PPF — фотосинтетический поток фотонов, измеряемое в umol/c, чем оно выше, тем полезнее будет светильник для растений, тем больше они получат полезного излучения за единицу времени.

Режимы освещенности

На начальном этапе выращивания рассады фитосветильник размещается на расстоянии 10-15 см от саженца. По мере роста растения источник света необходимо поднимать на аналогичную высоту, что легко обеспечить регулируемым креплением. Рассада должна находиться равный период времени в режиме покоя и освещения. На каждый этап выделяется по 12 часов, но важно учитывать и наличие естественного освещения.

При отсутствии окна или размещении рассады на теневой стороне дома фитосветильник необходимо включать в 9 утра, а выключать в 21 час. Такие правила следует соблюдать, когда день дождливый или пасмурный. Если солнечные лучи попадают на рассаду в течение дня, на этот период фитолампу можно отставить. Максимально допустимый предел освещения нежелательно нарушать, чтобы не столкнуться с ожогами и гибелью растений.

Овощи зимой – практические советы

Для круглогодичного получения урожая необязательно сооружать плантацию – любые виды перцев и томатов можно вырастить в цветочном горшке на подоконнике обычной квартиры. Диаметр емкости желательно выбирать от 21 см.

А также:

  1. Уход за растениями должен быть качественным. Нельзя забывать про полив и регулярную подкормку будущего урожая.
  2. Для выращивания лучше выбирать сорта, которые подойдут для содержания на подоконниках городской квартиры.
  3. Полноценное освещение способны обеспечить только светодиодные фитосветильники. Достаточно модели с мощностью 40 Вт, чтобы получить необходимую силу светового потока и оптимальный спектр излучения. Дешевые китайские аналоги не разработаны для выращивания растений, поэтому предпочтение следует отдавать проверенным устройствам.

Полноспектральные светодиоды для растений

Для насыщения рассады и растений светом иногда бывает недостаточно солнечных лучей. Система искусственного освещения поддерживает растения на этапах укоренения, последующего формирования стеблей и листовых пластин, а также при закладке будущих плодов. Современные фитолампы успешно комбинируют синий и розовый свет, что гармонично влияет на развитие и рост рассады. Более подробную и наглядную информацию с практическими советами по выращиванию овощей зимой в домашних условиях вы найдете на нашем YouTube канале Семена Партнер в плейлисте Огород на подоконнике.

Источник: semena-partner.ru

Интенсивность фотосинтеза под красным светом максимальна, но под одним только красным растения гибнут либо их развитие нарушается. Например, корейские исследователи [1] показали, что при освещении чистым красным масса выращенного салата больше, чем при освещении сочетанием красного и синего, но в листьях значимо меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов. А биофак МГУ [2] установил, что в листьях китайской капусты под узкополосным красным и синим светом (по сравнению с освещением натриевой лампой) снижается синтез сахаров, угнетается рост и не происходит цветения.

Полноспектральные светодиоды для растений
Рис. 1 Леанна Гарфилд, Tech Insider — Aerofarms

Какое нужно освещение, чтобы при умеренном энергопотреблении получить полноценно развитое, большое, ароматное и вкусное растение?

В чем оценивать энергетическую эффективность светильника?

Основные метрики оценки энергетической эффективности фитосвета:

  • Photosynthetic Photon Flux (PPF), в микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов света в диапазоне 400–700 нм, которые излучил светильник, потребивший 1 Дж электроэнергии.
  • Yield Photon Flux (YPF), в эффективных микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов на 1 Дж электроэнергии, с учетом множителя — кривой McCree.

PPF всегда получается немного выше, чем YPF (кривая McCree нормирована на единицу и в большей части диапазона меньше единицы), поэтому первую метрику выгодно использовать продавцам светильников. Вторую метрику выгоднее использовать покупателям, так как она более адекватно оценивает энергетическую эффективность.

Эффективность ДНаТ

Крупные агрохозяйства с огромным опытом, считающие деньги, до сих пор используют натриевые светильники. Да, они охотно соглашаются повесить над опытными грядками предоставляемые им светодиодные светильники, но не согласны за них платить.

Из рис. 2 видно, что эффективность натриевого светильника сильно зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. Характерное оптимистичное значение YPF для натриевого светильника 600–1000 Вт составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Натриевые светильники 70–150 Вт имеют в полтора раза меньшую эффективность.

Рис. 2. Типичный спектр натриевой лампы для растений (слева). Эффективность в люменах на ватт и в эффективных микромолях серийных натриевых светильников для теплиц марок Cavita, E-Papillon, «Галад» и «Рефлакс» (справа)

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт и приемлемую цену, можно считать достойной заменой натриевого светильника.

Сомнительная эффективность красно-синих фитосветильников

В этой статье не приводим спектров поглощения хлорофилла потому, что ссылаться на них в обсуждении использования светового потока живым растением некорректно. Хлорофилл invitro, выделенный и очищенный, действительно поглощает только красный и синий свет. В живой клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу. Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой «McCree 1972» (рис. 3).

Рис. 3. V(λ) — кривая видности для человека; RQE — относительная квантовая эффективность для растения (McCree 1972); σr и σfr — кривые поглощения фитохромом красного и дальнего красного света; B(λ) — фототропическая эффективность синего света [3]

Отметим: максимальная эффективность в красном диапазоне раза в полтора выше, чем минимальная — в зеленом. А если усреднить эффективность по сколько-нибудь широкой полосе, разница станет еще менее заметной. На практике перераспределение части энергии из красного диапазона в зеленый энергетическую функцию света иногда, наоборот, усиливает. Зеленый свет проходит через толщу листьев на нижние ярусы, эффективная листовая площадь растения резко увеличивается, и урожайность, например, салата повышается [2].

Освещение растений белыми светодиодами

Энергетическая целесообразность освещения растений распространенными светодиодными светильниками белого света исследована в работе [3].

Характерная форма спектра белого светодиода определяется:

  • балансом коротких и длинных волн, коррелирующим с цветовой температурой (рис. 4, слева);
  • степенью заполненности спектра, коррелирующей с цветопередачей (рис. 4, справа).

Рис. 4. Спектры белого светодиодного света с одной цветопередачей, но разной цветовой температурой КЦТ (слева) и с одной цветовой температурой и разной цветопередачей R a (справа)

Различия в спектре белых диодов с одной цветопередачей и одной цветовой температуры едва уловимы. Следовательно, мы можем оценивать спектрозависимые параметры всего лишь по цветовой температуре, цветопередаче и световой эффективности — параметрам, которые написаны у обычного светильника белого света на этикетке.

Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов следующие:

1. В спектре всех белых светодиодов даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, крайне мало дальнего красного (рис. 5).

Рис. 5. Спектр белого светодиодного (LED 4000K R a = 90) и натриевого света (HPS) в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B), красному (A_r) и дальнему красному свету (A_fr)

В естественных условиях затененное пологом чужой листвы растение получает больше дальнего красного, чем ближнего, что у светолюбивых растений запускает «синдром избегания тени» — растение тянется вверх. Помидорам, например, на этапе роста (не рассады!) дальний красный необходим, чтобы вытянуться, увеличить рост и общую занимаемую площадь, а следовательно, и урожай в дальнейшем.

Соответственно, под белыми светодиодами и под натриевым светом растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

2. Синий свет нужен для реакции «слежение за солнцем» (рис. 6).

Полноспектральные светодиоды для растений
Рис. 6. Фототропизм — разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей на синюю компоненту белого света (иллюстрация из «Википедии»)

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700 К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если нужно, например, декоративные цветы развернуть в сторону людей, их следует подсветить с этой стороны интенсивным холодным светом, и растения развернутся.

3. Энергетическая ценность света определяется цветовой температурой и цветопередачей и с точностью 5 % может быть определена по формуле:

$YPF=frac{eta }{100}cdot left [ 1,15+frac{35cdot Ra-2360}{CCT}right ] эфф. мкмоль/Дж, $

где $eta$ — световая отдача в лм/Вт, $Ra$ — общий индекс цветопередачи, $CCT$ — коррелированная цветовая температура в градусах Кельвина.

Примеры использования этой формулы:

А. Оценим для основных значений параметров белого света, какова должна быть освещенность, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить, например, 300 эфф. мкмоль/с/м2:

Видно, что применение теплого белого света высокой цветопередачи позволяет использовать несколько меньшие освещенности. Но если учесть, что световая отдача светодиодов теплого света с высокой цветопередачей несколько ниже, становится понятно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

Б. Оценим применимость типичного светодиодного светильника общего назначения для выращивания микрозелени.

Пусть светильник размером 0,6 × 0,6 м потребляет 35 Вт, имеет цветовую температуру 4000 К, цветопередачу Ra = 80 и световую отдачу 120 лм/Вт. Тогда его эффективность составит YPF = (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) эфф. мкмоль/Дж = 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Что при умножении на потребляемые 35 Вт составит 52,5 эфф. мкмоль/с.

Если такой светильник опустить достаточно низко над грядкой микрозелени площадью 0,6 × 0,6 м = 0,36 м2 и тем самым избежать потерь света в стороны, плотность освещения составит 52,5 эфф. мкмоль/с / 0,36м2 = 145 эфф. мкмоль/с/м2. Это примерно вдвое меньше обычно рекомендуемых значений. Следовательно, мощность светильника необходимо также увеличить вдвое.

Прямое сравнение фитопараметров светильников разных типов

Сравним фитопараметры обычного офисного потолочного светодиодного светильника, произведенного в 2016 году, со специализированными фитосветильниками (рис. 7).

Рис. 7. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и светильника для общего освещения помещений

Видно, что обычный светильник общего освещения со снятым рассеивателем при освещении растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе. Видно также, что фитосветильник красно-синего света (производитель намеренно не назван) сделан на более низком технологическом уровне, раз его полный КПД (отношение мощности светового потока в ваттах к мощности, потребляемой из сети) уступает КПД офисного светильника. Но если бы КПД красно-синего и белого светильников были одинаковы, то фитопараметры тоже были бы примерно одинаковы!

Также по спектрам видно, что красно-синий фитосветильник не узкополосен, его красный горб широк и содержит гораздо больше дальнего красного, чем у белого светодиодного и натриевого светильника. В тех случаях, когда дальний красный необходим, использование такого светильника как единственного или в комбинации с другими вариантами может быть целесообразно.

Оценка энергетической эффективности осветительной системы в целом:

Автор использует ручной спектрометр UPRtek 350N (рис. 8), предоставленный компанией «Интех инжиниринг».

Полноспектральные светодиоды для растений
Рис. 8. Аудит системы фитоосвещения

Следующая модель UPRtek — спектрометр PG100N по заявлению производителя измеряет микромоли на квадратный метр, и, что важнее, световой поток в ваттах на квадратный метр.

Измерять световой поток в ваттах — превосходная функция! Если умножить освещаемую площадь на плотность светового потока в ваттах и сравнить с потреблением светильника, станет ясен энергетический КПД осветительной системы. А это единственный на сегодня бесспорный критерий эффективности, на практике для разных осветительных систем различающийся на порядок (а не в разы или тем более на проценты, как меняется энергетический эффект при изменении формы спектра).

Примеры использования белого света

Описаны примеры освещения гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 9).

Рис. 9. Слева направо и сверху вниз фермы: Fujitsu, Sharp, Toshiba, ферма по выращиванию лекарственных растений в Южной Калифорнии

Достаточно известна система ферм Aerofarms (рис. 1, 10), самая большая из которых построена рядом с Нью-Йорком. Под белыми светодиодными лампами в Aerofarms выращивают более 250 видов зелени, снимая свыше двадцати урожаев в год.

Рис. 10. Ферма Aerofarms в Нью-Джерси («Штат садов») на границе с Нью-Йорком

Прямые эксперименты по сравнению белого и красно-синего светодиодного освещения
Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало. Например, мельком такой результат показала МСХА им. Тимирязева (рис. 11).

Рис. 11. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа — под красно-синими (из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

Пекинский университет авиации и космонавтики в 2014 году опубликовал результаты большого исследования пшеницы, выращенной под светодиодами разных типов [4]. Китайские исследователи сделали вывод, что целесообразно использовать смесь белого и красного света. Но если посмотреть на цифровые данные из статьи (рис. 12), замечаешь, что разница параметров при разных типах освещения отнюдь не радикальна.

Рис 12. Значения исследуемых факторов в двух фазах роста пшеницы под красными, красно-синими, красно-белыми и белыми светодиодами

Однако основным направлением исследований сегодня является исправление недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Например, японские исследователи [5, 6] выявили увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого. На практике это означает, что, если эстетическая привлекательность растения во время роста неважна, отказываться от уже купленных узкополосных красно-синих светильников необязательно, светильники белого света можно использовать дополнительно.

Влияние качества света на результат

Фундаментальный закон экологии «бочка Либиха» (рис. 13) гласит: развитие ограничивает фактор, сильнее других отклоняющийся от нормы. Например, если в полном объеме обеспечены вода, минеральные вещества и СО 2, но интенсивность освещения составляет 30 % от оптимального значения — растение даст не более 30 % максимально возможного урожая.

Полноспектральные светодиоды для растений
Рис. 13. Иллюстрация принципа ограничивающего фактора из обучающего ролика на YouTube

Реакция растения на свет: интенсивность газообмена, потребления питательных веществ из раствора и процессов синтеза — определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ.

На рис. 14 показана реакция растения на изменение длины волны освещения. Измерялась интенсивность потребления натрия и фосфора из питательного раствора мятой, земляникой и салатом. Пики на таких графиках — признаки стимулирования конкретной химической реакции. По графикам видно что исключить из полного спектра ради экономии какие-то диапазоны, — все равно что удалить часть клавиш рояля и играть мелодию на оставшихся.

Рис. 14. Стимулирующая роль света для потребления азота и фосфора мятой, земляникой и салатом (данные предоставлены компанией Фитэкс)

Принцип ограничивающего фактора можно распространить на отдельные спектральные составляющие — для полноценного результата в любом случае нужен полный спектр. Изъятие из полного спектра некоторых диапазонов не ведет к значимому росту энергетической эффективности, но может сработать «бочка Либиха» — и результат окажется отрицательным.
Примеры демонстрируют, что обычный белый светодиодный свет и специализированный «красно-синий фитосвет» при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Но широкополосный белый комплексно удовлетворяет потребности растения, выражающиеся не только в стимуляции фотосинтеза.

Убирать из сплошного спектра зеленый, чтобы свет из белого превратился в фиолетовый, — маркетинговый ход для покупателей, которые хотят «специального решения», но не выступают квалифицированными заказчиками.

Корректировка белого света

Наиболее распространенные белые светодиоды общего назначения имеют невысокую цветопередачу Ra = 80, что обусловлено нехваткой в первую очередь красного цвета (рис. 4).

Недостаток красного в спектре можно восполнить, добавив в светильник красные светодиоды. Такое решение продвигает, например, CREE. Логика «бочки Либиха» подсказывает, что такая добавка не повредит, если это действительно добавка, а не перераспределение энергии из других диапазонов в пользу красного.

Интересную и важную работу проделал в 2013–2016 годах ИМБП РАН [7, 8, 9]: там исследовали, как влияет на развитие китайской капусты добавление к свету белых светодиодов 4000 К / Ra = 70 света узкополосных красных светодиодов 660 нм.

И выяснили следующее:

  • Под светодиодным светом капуста растет примерно так же, как под натриевым, но в ней больше хлорофилла (листья зеленее).
  • Cухая масса урожая почти пропорциональна общему количеству света в молях, полученному растением. Больше света — больше капусты.
  • Концентрация витамина С в капусте незначительно повышается с ростом освещенности, но значимо увеличивается с добавлением к белому свету красного.
  • Значимое увеличение доли красной составляющей в спектре существенно повысило концентрацию нитратов в биомассе. Пришлось оптимизировать питательный раствор и вводить часть азота в аммонийной форме, чтобы не выйти за ПДК по нитратам. А вот на чисто-белом свету можно было работать только с нитратной формой.
  • При этом увеличение доли красного в общем световом потоке почти не влияет на массу урожая. То есть восполнение недостающих спектральных компонент влияет не на количество урожая, а на его качество.
  • Более высокая эффективность в молях на ватт красного светодиода приводит к тому, что добавление красного к белому эффективно еще и энергетически.

Таким образом, добавление красного к белому целесообразно в частном случае китайской капусты и вполне возможно в общем случае. Конечно, при биохимическом контроле и правильном подборе удобрений для конкретной культуры.

Варианты обогащения спектра красным светом

Растение не знает, откуда к нему прилетел квант из спектра белого света, а откуда — «красный» квант. Нет необходимости делать специальный спектр в одном светодиоде. И нет необходимости светить красным и белым светом из одного какого-то специального фитосветильника. Достаточно использовать белый свет общего назначения и отдельным светильником красного света освещать растение дополнительно. А когда рядом с растением находится человек, красный светильник можно по датчику движения выключать, чтобы растение выглядело зеленым и симпатичным.

Но оправданно и обратное решение — подобрав состав люминофора, расширить спектр свечения белого светодиода в сторону длинных волн, сбалансировав его так, чтобы свет остался белым. И получится белый свет экстравысокой цветопередачи, пригодный как для растений, так и для человека.

Открытые вопросы

Можно выявлять роль соотношения дальнего и ближнего красного света и целесообразность использования «синдрома избегания тени» для разных культур. Можно спорить, на какие участки при анализе целесообразно разбивать шкалу длин волн.

Можно обсуждать — нужны ли растению для стимуляции или регуляторной функции длины волн короче 400 нм или длиннее 700 нм. Например, есть частное сообщение, что ультрафиолет значимо влияет на потребительские качества растений. В числе прочего краснолистные сорта салата выращивают без ультрафиолета, и они растут зелеными, но перед продажей облучают ультрафиолетом, они краснеют и отправляются на прилавок. И корректно ли новая метрика PBAR (plant biologically active radiation), описанная в стандарте ANSI/ASABE S640, Quantities and Units of Electromagnetic Radiation for Plants (Photosynthetic Organisms, предписывает учитывать диапазон 280–800нм.

Заключение

Сетевые магазины выбирают более лежкие сорта, а затем покупатель голосует рублем за более яркие плоды. И почти никто не выбирает вкус и аромат. Но как только мы станем богаче и начнем требовать большего, наука мгновенно даст нужные сорта и рецепты питательного раствора.

А чтобы растение синтезировало все, что для вкуса и аромата нужно, потребуется освещение со спектром, содержащим все длины волн, на которые растение прореагирует, т. е. в общем случае сплошной спектр. Возможно, базовым решением будет белый свет высокой цветопередачи.

Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке статьи сотруднику ГНЦ РФ-ИМБП РАН к. б. н. Ирине Коноваловой; руководителю проекта «Фитэкс» Татьяне Тришиной; специалисту компании CREE Михаилу Червинскому

Примечание1: Этот пост является переводом статьи White LED Lighting for Plants.

Примечание2: Следующая статья цикла: Оценить PPFD при освещении растения белыми светодиодами просто: 1000 лк = 15 мкмоль/с/м2

Источник: habr.com

Видео о практике использования фитоламп для выращивания растений:

1) Форумы и демагогия. Больше всего меня удивило общение на форумах. Там 90-95% людей которые даже светодиоды не пробовали, пытаются что-то утверждать (что они лучше или хуже), реально людей, кто пробовал, было несколько человек. Все остальное – пустой треп, теоретические доводы, заблуждения, флуд… Вывод пока такой: не хотите запутаться и получить дезинформацию – не читайте форумы. Например, многие думают, что можно люксометром сравнивать разные типы ламп на предмет эффективности для досветки растений. Нет! Люксометром можно сравнивать только одинаковые типы ламп и больше для других целей. Он не дает представления о спектральном свойстве света от фитолампы! Ох уж эти форумы… Реально понимающих людей и тех, кто хоть что-то пробовал, там почти нет! Кстати, однажды все-таки встретил отчет с фото, семьи которая пробовала светодиоды, результаты были средние, но проблема в том, что им за весомую сумму продали дешевые светодиоды малой мощности и не того класса. Короче, их продавцы обманули. Такие как у них были – надо было ставить вплотную к растениям.

Видео обзор о фитолампах и их производителях:

2) Китай или? Профессиональные американские или европейские фитолампы, у нас пока не доступны (и стоят они бешеных денег, просто не реальных), а те что есть – это китайские, выдаваемые под европейскими брендами!!! Поэтому смело покупайте китайские, и не переплачивайте за обман продавцов и дистрибуторов. У китайцев сейчас уже более пятидесяти фабрик, специализирующихся на теме фитосвета. И многие делают это очень хорошо. А как выбрать и на что смотреть – Вы будете знать, дочитав до конца эту статью. Светодиоды все равно у всех преимущественно сделанные в Китае! (а светильники можно собирать хоть в Подмосковье). Но отечественные пока не советую – дело в том, что те, которые я видел, были очень слабые по характеристикам, а выдавали их как «супер пупер». Или так же встречал под видом «наших» самые дешевые китайские, но уже с хорошей наценкой. Короче, развод покупателя.

3) ДНаТ или LED? Скажу коротко. Они очень близки по положительному эффекту для растений. ДНаТ хорош для роста, но опасен (сильный нагрев, большие токи), у моего друга ДНаТ взорвался за спиной (хорошо, что за спиной) и я вытаскивал мельчайшие осколки из его спины минут тридцать. Меня лично в ДНаТ и подобных больше всего удручает сложность установки (много требований, как это делать по уму – новичкам тяжело будет все учесть), наличие дополнительного оборудования и потерь, пожароопасность. В итоге по моим данным светодиоды будут на 30 – 50 % эффективнее в целом (опять же, если брать правильные фитолампы и ставить как нужно, а не как в голову придет). Светодиоды безопаснее и проще как ни крути (всегда боюсь пожала, когда техника работает долго и без присмотра).

4) А почему вообще светодиоды? Тут можно почитать теории, но найти ее сложно, мне пришлось даже посидеть с переводчиками и почитать доклады зарубежных ученых (наших спецов в этой области я не нашел). Резюмирую главное, что стоит запомнить и принять: А) растения воспринимают свет в диапазоне длины волны от 400 до 700 нм. Б) Есть два участка длин волн, на которых рост наиболее восприимчив: 420-470 и 620-670 н.м. В) Красный свет в диапазоне 620-670 (даже больше 660 н.м.) почти в 1,5 раза более эффективен, чем синий диапазон. Но стоит понимать, что это в рамках универсальности. Иногда некоторым растениям на разных стадиях приоритеты меняются. Г) Интенсивность фотосинтеза выше в красном диапазоне, т.к. она пропорциональна числу квантов (а не энергии). Число квантов на Ватт в красном свете попросту больше!
В итоге мы имеем такие данные. А что светодиоды? Да все дело в том, что светодиоды можно создавать с очень определенными свойствами излучения и узким диапазоном, тратя драгоценную энергию именно на тот спектр, который дает наибольший эффект для растения! Это главное преимущество, на котором основаны светодиодные фитолампы. Все остальные преимущества светодиодов давно известны.

5) Дешевые светодиоды. Характеристики светодиодов очень различны. Не буду вдаваться в мелочи, расскажу суть. Лучше один мощный светодиод, чем 100 дешевых маломощных с сомнительными характеристиками! Запомните это. Бывают, конечно, случаи, когда удобно использовать не очень мощные, например, если Вы делаете установку выращивания с лотками и полками низкой высоты, тогда лучше использовать менее мощные, но распределенные по большей площади светодиоды. В хороших светодиодных фитолампах (светильниках) светодиоды должны быть номинальной мощностью от 1 до 5 Вт. И правило: дорогие хорошие светодиоды имеют более высокий КПД для Вас и вашего растения (и по энергоэкономии и по воздействию на растение).

6) Самодельные фитосветильники из светодиодов. Конечно можно взять и купить детали самому, взять в руки инструмент и сделать светильник. Но есть множество подводных камней, из-за которых 99% пробующих останутся недовольны результатом…
1. Хорошие светодиоды можно купить редко и у специализированных компаний, а не на развалах или интернет-магазинах барахла по рублю!
2. Светодиодам нужен драйвер управления. От его работы будет зависеть очень многое. Так вот с этими драйверами проблемы на рынке. Дешевых точно не найдете. Мой приятель делает лампы для авто и в итоге был вынужден собирать драйвера сам!
3. Конструкция и охлаждение. Опять обращусь к опыту моего приятеля: приходится фрезеровать самому радиаторы и ОЧЕНЬ много проблем у него было из-за «горения» светодиодов, связанного с неправильной работой системы охлаждения. Во многих светодиодах очень плохие подложки охлаждения и получить от них хороший результат иногда невозможно – будет перегрев и будут гореть и драйвера и светодиоды. Этим нужно заниматься в комплексе и выбирать светодиоды очень досконально. На это уйдет очень много времени в кустарных условиях.

В итоге с Китаем Вы все равно не сможете конкурировать. Заниматься этим есть смысл, только если специализироваться в этой области и делать все в коммерческих масштабах.

7) Какие параметры важны? На что смотреть при покупке? А вот что на самом деле важно: характеристики PAR и система охлаждения светодиодной фитолампы! Про систему охлаждения расскажу ниже. А что такое PAR, если по-простому и понятным языком? Это значение показывает нам как раз эффективность энергетики лампы в процессе роста растения (фотосинтеза). Как много нужного нам «микро моль» даст определенная лампа на определенной дистанции от растения. Меряется это значение специальным прибором – спектрорадиографом (а никаким не люкс-метром!)! Большинство производителей ламп старого типа (классических), которые привыкли ставить для растений, даже не предоставляют данные о значении PAR. Делайте выводы! (например, у многих профессиональных заводов в Китае, делающих лампы для растений – они есть).

8) Качество и долговечность. Качество, конечно, у всех разное. Я сейчас как раз тестирую множество образцов китайского прома. Одни хочется выбросить сразу, другие хоть как эталон продавай! Ждите обзоров и тестов. Или пишите мне, подскажу, что смогу. А долговечность ламп со светодиодами во многом зависит от того, как сделана система охлаждения. Светодиод хоть и выделяет не столько тепла, как другие типы ламп, но все равно выделяет и очень концентрированно (т.к. он сам очень маленький). В итоге должны быть достойные радиаторы и отвод тепла. В лампочках под цоколь Е27 должен быть хороший алюминиевый радиатор (внешний). А в модулях встроены в добавок вентиляторы! Как проверить хороша ли лампа или нет – после нескольких часов работы померить ее температуру. Чем ниже температура на корпусе радиатора или лампы – тем лучше. В нормальном режиме она в пределах 60С. Если за 100С – эта лампа долго не прослужит (не 50 000 – 100 000 часов точно, а меньше).

9) Какие реально плюсы у светодиодов? Коротко подведу итог, какие плюсы я получил для себя:
— безопасность;
— экономичность;
— эффективность в удобном корпусе;
— долговечность;

Надеюсь теперь Вы знаете больше и лучше будете ориентироваться в светодиодном фитосвете. В любом случае – если остались вопросы или возражения, пишите и звоните мне, буду рад!


  1. Светодиодные фитолампы против ДНАТ
  2. Исследования по увеличению КПД люминесцентных ламп
  3. 10 преимуществ светодиодных фитоламп
  4. 100 фактов о фитолампах и фитосвете

Источник: Minifermer.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.