Как выбрать фитолампу
Многие садоводы задаются вопросами: какую фитолампу выбрать, как выбрать фитолампу для рассады на подоконнике, как выбрать фитолампу для комнатных растений. Для понимания данного вопроса, нужно разобрать несколько моментов и понять некоторые физические величины.
Плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD)
Исследователи и садоводы используют такую величину, как фотосинтетическая плотность потока фотонов, более известную как PPFD (photosynthetic photon flux density) — количество световых фотонов, которые попадают на поверхность за одну секунду. PPFD измеряется в микромолях на квадратный метр в секунду, или umol/m²/sec. Проще говоря: PPF похож на Люмены (Lm), а PPFD на Люксы (Lux) — это сила света, который достигает ваших растений.
Свет теряет силу по мере того, как он перемещается от источника к конечной точке (растущему растению). Падение интенсивности света (PPFD) с увеличением расстояния — описывается законом обратных квадратов.
Например: светодиодная фитолампа излучает свет, падающий на поверхность площадью 1 м²:
- на расстоянии 1 метр — 100% PPFD;
- на расстоянии 2 метра падает до 25% интенсивности;
- на расстоянии 3 метра падает до 11,11% интенсивности;
- на расстоянии 4 метра падает до 6,25% от первоначальной.
Чем ближе свет к растению, тем больше фотонов попадёт на листья. Небольшое снижение освещённости может оказать значительное влияние на уровни PPFD, которые достигают ваших растений. Кроме того, листья по бокам и углам светового следа и под навесом будут получать наименьшее количество света, так как эти области находятся дальше всего от источника света.
Какую фитолампу выбрать для рассады, вопрос не простой, но будьте осторожны с чрезвычайно высокими показаниями PPFD от производителей, так как показания, вероятно, были взяты нереально близко к источнику света.
Поскольку количество фотонов может сильно варьироваться в разных светильниках, потребителю важно знать среднее PPFD на определённых расстояниях. Некоторые производители фитосветильников для растений сообщают о светоотдаче в люменах (Lm) или люксах (Lx); есть производители, которые публично не сообщают значения PAR или они часто сообщаются как PAR: 10 Вт/м², о чём это говорит нам? Трудно разобраться.
Важно, чтобы эти показания были указаны, как показания PPFD в мкмоль/м²/с. Кроме того, потребителю необходимо знать о расстоянии и местоположении, на котором были сняты показания PPFD (например: 500 мкмоль/м²/c при 1 метре в центре). Наилучший PPFD, о котором сообщается, использует средний PPFD на определенных расстояниях (например: средний PPFD: 500 мкмоль/м²/c на расстоянии 1 метра).
Для справки :
Чтобы преобразовать люкс в PPFD, вы должны умножить значение люкса на коэффициент преобразования. Коэффициент преобразования изменяется в зависимости от источника света.
Например, солнечный свет имеет коэффициент преобразования 0,0185. Лампа HPS использует коэффициент преобразования 0,0122.
70 000 люкс * 0,0122 = 854 мкмоль/м²/с.
Чтобы преобразовать PPFD в lux, умножьте PPFD на другой коэффициент преобразования. Солнечный свет имеет коэффициент преобразования 54, в то время как лампа HPS имеет коэффициент преобразования 82.
400 мкмоль/м²/с * 82 = 32 800 люкс.
Для сравнения, полуденное солнце имеет значение приблизительно 110 000 люкс. В пересчёте на PPFD это составляет 1342 мкмоль/м²/с.
Сколько времени светить на растение
Для этого нужно ввести понятие — суточный PPFD, или дневной световой Интеграл (DLI PPFD) — это точечное измерение интенсивности света. Но что действительно волнует растения, так это общее количество фотосинтетически активных фотонов, которые они поглощают каждый день. Эта сумма известна как дневной световой Интеграл, или DLI, и измеряется в молях на м² в день, или mol/m²/d. Другими словами — сумма измерений PPFD, сделанных за 24-часовой период.
Количество фотонов, которые достигают листьев растений во время ежедневного фотопериода, является движущим фактором того, насколько быстро и эффективно растение может производить сахара для управления клеточными процессами.
Сколько PPFD нужно растениям во время рассады овощей и цветения?
Более высокий PPFD в течение более короткого периода может быть эквивалентен более низкому PPFD в течение более длительного периода. Но увеличение продолжительности дня не обязательно полезно для всех растений. Растения всё ещё нуждаются в тёмном периоде для обработки молекул на основе углерода, созданных во время фотосинтеза. Это является причиной того, что 24 часа светового воздействия не увеличивают темпы роста, а наоборот, препятствуют им.
Для правильного роста и цветения, растениям требуется в среднем 6 часов темноты во время вегетативной фазы и 12 часов темноты во время цикла цветения. Изменение соотношения дня и ночи может запутать ваши растения и повлиять на их развитие.
Минимальный DLI необходим для всех растений для правильного роста и цветения. Слишком много света может вызвать обесцвечивание и ожог листьев, так как внутренние процессы растения не в состоянии идти в ногу со всем дополнительным поступающим светом. Что нужно иметь в виду при выборе фитосветильника — это то, что больше света — это не обязательно хорошо.
Сколько же света (DLI) получает растение от солнца?
DLI = PPFD * (3600 * фотопериод) / 1000000
— 3600 секунд в одном часе;
— Фотопериод в часах;
— 1000000 umols = 1 моль.
Солнце при его ярком освещении выбрасывает около 2000 мкмоль/м²/с. DLI солнечного дня:
2000 umol/m²/s * (3600s * 12час) / 1000000 = 86 моля/в день
Идеальный солнечный день — 12 часов светит солнце. На практике такого не бывает. Растения, выращенные на открытом воздухе, не поглощают полностью 2000 мкмоль/м²/с в течение всего дня. Влияние сторон света, (ниже на фото показаны замеры на улице 11.12.2020г.), утренние и вечерние показатели PPFD намного ниже, поэтому средний PPFD в течение дня вряд ли превысит даже половину этого уровня.
DLI на поверхности нашей планеты может колебаться от 5 до 60 моль/м²/сут в зависимости от времени года, продолжительности дня, широты и облачности.
DLI в теплицах редко превышает 25 моль/м²/сут, отсюда и необходимость дополнительного освещения. Абсолютный минимум общего света может составлять 20 молей в день, как описано выше. Кривая производства урожая по отношению к количеству молей, поставляемых в день, резко возрастает между 20-30 молями, начинает выравниваться между 30-40 молями и более 40 начинает достигать точки уменьшения отдачи для вашего урожая. В идеале нужно обеспечить свои растения 40 молями света, если действительно хотите получить максимальный урожай.
Как выбрать фитолампу
Мы уже выяснили, что плодоносящим или овощным культурам требуется от 20 до 40 молей света в день. Так же имеем понимание, сколько света растения получат от дневного освещения — от 7 до 26 молей в день.
Таким образом, вычитая полученные от требуемого, получим необходимый DLI для досветки — 13-14 молей. С учётом погрешностей расчётов, предполагаю, что от 7 до 16 молей (mol/m²/d ) досветки будет достаточно.
Какую фитолампу выбрать
Рассмотрим на примере: светодиодная фитолампа ДСО 16.2 выдаёт на расстоянии 1 метра PPFD равного 63 (umol/m²/sec). В зависимости от высоты установки светильника (интенсивность света падает с увеличением расстояния), выбираем необходимую зависимость фотопериода от DLI (суточного PPFD).
Например: для суточного DLI в 7 mol/m²/d – можем использовать светильник с высотой установки 0.7 метра, при этом фотопериод составит 16 часов. Или высота установки светильника 0.5 метра с фотопериодом 8 часов.
технический директор ОКБ «ЛУЧ»
Оценить PPFD при освещении растения белыми светодиодами просто: 1000 лк = 15 мкмоль/с/м2
Статья «Освещение растений белыми светодиодами» вызывала живое обсуждение практических задач, и стало ясно — методы нужно упрощать.
Как элементарно пересчитать освещенность в единицы фотосинтетической активной радиации: PPFD, YPFD и радиометрическую плотность мощности? И что из этого действительно нужно?
Измерение и запись параметров осветительной установки
На заглавной фотографии показана построенная детьми осветительная установка, для которой, в отличие от многих коммерческих решений, известен полный набор параметров: К; Ra = 98; 165 мкмоль/с/м 2 ; 24×7>. Параметры могут быть не оптимальны, но их запись позволяет решение обсуждать, перенимать опыт, предлагать и пробовать другие варианты. Не делать такие записи в образовательном проекте некорректно и непедагогично.
Для оценки величины освещенности растения небелым светом требуется спектрометр . Освещенность белым светом измеряется гораздо более доступным люксметром . А так как форма спектра белого света с достаточной для агротехнических целей точностью описывается обычно известными цветовой температурой и цветопередачей [1], измерение освещенности в люксах позволяет оценить фотосинтетически активную радиацию в любых других единицах.
Когда белый свет не только оправдан, но и желателен
Под белым светом растения эволюционировали всю историю жизни на Земле, хорошо растут под ним и в искусственной среде. Эффективность современных белых светодиодных светильников, выраженная в мкмоль/Дж в актуальном диапазоне 400…700 нм, примерно соответствует лучшим специализированным ДНаТ и незначительно уступает светодиодным фитосветильникам с обедненным спектром [1]. Что делает использование белого света энергетически оправданным.
Проект Фитекс представил результаты эксперимента по выращиванию различных культур в одинаковых условиях, но под светом различного спектра. Эксперимент показал, что спектр на параметры урожая влияет. Чрезвычайно любопытно сравнить растения, выросшие под белым светом, под светом ДНаТ и узкополосным розовым (рис. 2).
Рис. 2 Салат, выращенный в одинаковых условиях, но под светом различного спектра. Изображения из видеозаписи, опубликованной проектом «Фитэкс» в материалах конференции «Технологии Агрофотоники» в марте 2018г.
По численным показателям первое место занял уникальный небелый спектр под коммерческим названием Rose, который по форме не сильно отличается от испытываемого теплого белого света высокой цветопередачи Ra=90. Сюрпризом оказалось, что еще меньше он отличается от спектра теплого белого света экстравысокой цветопередачи Ra=98 (того самого, что использован детьми в осветительной системе на заглавной фотографии). Основное различие в том, что у Rose небольшая доля энергии из центральной части удалена (перераспределена к краям):
Перераспределение энергии излучения из центра спектра к краям либо ни к чему не приводит, либо снижает эффективность фотосинтеза листьев нижнего яруса [2]. Зато свет становится розовым.
Розовый свет или желтый свет ДНаТ может быть использован в промышленных теплицах. Но когда люди делят общее с растениями помещение необходим белый свет. К примеру, в образовательных проектах растения должны быть наблюдаемы постоянно и нет альтернативы белому свету высокой цветопередачи, обеспечивающему зрительный комфорт человека и хорошие условия для развития растения [1].
Сравнение различных вариантов спектров для освещения растений
Прямое сравнение спектров источников света (рис. 3) показывает, что свет самых распространенных белых светодиодов 4000 К / Ra=80 богаче спектра ДНаТ и несколько уступает по содержанию красной компоненты типичному спектру розового света для освещения растений с прижившимся, но явно некорректным коммерческим названием «grow light full spectrum». Белый свет высокой цветопередачи по спектральному составу богаче остальных вариантов и ближе к сплошному спектру естественного света.
Рис. 3 Сравнение спектров белого светодиодного света и основных вариантов специализированного света для выращивания растений
По графикам видно, что рост цветопередачи белого света приводит к росту доли бесполезного для фотосинтеза света с длиной волны больше 700 нм. Но эта доля не превышает нескольких процентов и не выше, чем у «grow light full spectrum».
Спектральные составляющие, выполняющие только сигнальную функцию, и не входящие в спектр белого светодиодного света – прежде всего 400 нм и 730 нм, могут быть добавлены к белому свету с использованием отдельных светильников с узкополосными светодиодами. Проверка целесообразности такой добавки и определение ее оптимальной интенсивности для каждой выращиваемой культуры достаточно проста. Но первым делом должна быть удовлетворена основная потребность растения в свете – энергетическая.
LER: Luminaire Efficacy Rating
Параметр LER[лм/Вт] имеет ту же размерность, что и световая отдача η[лм/Вт], характеризующая светильник, но обозначает световой поток в люменах, соответствующий одному ватту радиометрической мощности излучения.
LER слабо зависит от цветовой температуры КЦТ, и имеет значимый разброс при фиксированной цветопередаче Ra (рис. 4). В качестве оценки LER можно пользоваться округленным значением LER = 300 лм/Вт.
Рис. 4 Зависимость LER белого светодиодного света от общего индекса цветопередачи
Зная величину LER, легко посчитать радиометрическую мощность по формуле W = F / LER и плотность радиометрической мощности W / S = E / LER, где W[Вт] — радиометрическая мощность, F [лм] — световой поток, S[м 2 ] — площадь, на которую падает световой поток, E[лк] — освещенность.
Если необходимо максимизировать радиометрическую мощность при заданном энергопотреблении, светильник может быть выбран по критерию максимального энергетического КПД, который рассчитывается по формуле: КПД = 100% · η / LER, где η[лм/Вт] — световая отдача светильника.
Радиометрическая плотность светового потока редко используется в рекомендациях по освещению растений. Оценка LER полезна пониманием, что радиометрическая плотность потока пропорциональна освещенности в люксах, а спектральными параметрами белого света в первом приближении можно пренебречь. Также оценка LER позволяет оценить КПД осветительной установки в целом по формуле КПД = 100% · E ·S / LER / P, где E[лк] — фактическая измеренная освещенность, создаваемая на площади S[м 2 ] осветительной установкой, потребляющей мощность P[Вт]. КПД — важный интегральный параметр контроля эффективности.
Энергетическая ценность единицы света
Энергетическая ценность света для растения определяется величиной PPF (Photosynthetic Photon Flux) в микромолях в секунду в диапазоне 400…700 нм, или более точно величиной YPF (Yield Photon Flux) с учетом поправки на кривую McCree 1972 [4]. Большинство приводимых в научной литературе данных, на которые приходится опираться при оценке осветительной системы оперируют значениями PPF, и это делает интересным анализ соотношения PPF и YPF.
Для белого света между PPF и YPF зависимость достаточно тесна, слабо зависит от цветопередачи и определяется цветовой температурой (рис. 5).
Рис. 5 Зависимость соотношения между PPF и YPF от цветовой температуры белого цвета
Для практических целей достаточно учесть, что зависимость почти линейна и PPF для 3000 К больше YPF примерно на 10%, а для 5000 К — на 15%. Что означает примерно на 5% большую энергетическую ценность для растения теплого света по сравнению с холодным при равной освещенности в люксах.
PPF и PPFD
Для типовых значений спектральных параметров PPF и PPFD получаются следующими:
Видно, что несколько большую энергетическую ценность для растения при равной освещенности имеет теплый свет и свет с высокой цветопередачей.
Величины в таблице отличаются от круглого значения 15 единиц не более чем на 7%, поэтому для практических целей можно использовать правило: поток 1000 лм соответствует PPF = 15 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует PPFD = 15 мкмоль/с/м 2 .
По данным из работы [3], специализированные ДНаТ для освещения теплиц мощностью 600…1000 Вт имеют эффективность около 1,6 мкмоль/Дж, 1000 лм светового потока соответствуют около PPF = 12 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует около PPFD = 12 мкмоль/с/м 2 . Таким образом белый свет для растения на четверть «калорийней» по сравнению со светом ДНаТ, и одинаковая освещенность в люксах означает больший PPF.
Также эти данные позволяют пересчитывать для ДНаТ люксы в мкмоль/с/м 2 и пользоваться опытом освещения растений в промышленных теплицах.
Оценка коэффициента использования светового потока
Коэффициентом использования светового потока k называется доля светового потока от осветительной установки, падающая на листья растений. Это значение может быть использовано, например, для оценки PPFD по формуле: PPFD[мкмоль/с/м 2 ] = k·15·F[клм]/S[м 2 ], где F — световой поток в килолюменах, S — освещаемая площадь в квадратных метрах.
Неопределенность величины k увеличивает ошибку оценки. Рассмотрим возможные значения k для основных типов осветительных систем:
1) Точечные и линейные источники
Освещенность, создаваемая точечным источником на локальном участке, падает обратно пропорционально квадрату расстояния между этим участком и источником. Освещенность, создаваемая линейными протяженными источниками над узкими грядками, падает обратно пропорционально расстоянию.
Падение освещенности происходит не из-за того, что свет «слабеет» с расстоянием, а из-за того, что с увеличением расстояния все большая доля света попадает не на листья. Это делает крайне невыгодным освещение одиночных растений или одиночных протяженных грядок высоко подвешенными светильниками. Сужающая световой поток оптика позволяет направить на растение большую долю светового потока, но в общем случае неизвестно какую.
Сильная зависимость освещенности от расстояния и неопределенность эффекта применения оптики не позволяют определить коэффициент использования k в общем случае.
2) Отражающие поверхности
При использовании закрытых объемов с идеально отражающими стенками весь световой поток попадает на растение. Однако реальный коэффициент отражения зеркальных или белых поверхностей меньше единицы. И это приводит к тому, что от отражательных свойств поверхностей и геометрии объема доля светового потока, падающего на растения, все же зависит. И определить k в общем случае невозможно.
3) Большие массивы источников над большими посадочными площадями
Большие массивы точечных или линейных светильников над большими площадями посадок энергетически выгодны. Квант, излученный в любом направлении, на какой-то лист да попадет, коэффициент k близок к единице.
К примеру, «детская» осветительная система на заглавной фотографии сочетает преимущества большого массива источников света (закрепленные на гладкой основе канцелярским скотчем светодиодные ленты) и отражающих поверхностей (покрашенные белой водно-дисперсионной краской стенки), фактическое значение коэффициента использования светового потока для него k>0,9.
Промежуточный вывод: для всех рассмотренных геометрий осветительной установки неопределенность доли света, идущего на растения, выше разницы между PPFD и YPFD, и выше погрешности, определяемой неизвестностью цветовой температуры и цветопередачи. Следовательно, для практической оценки интенсивности фотосинтетически активной радиации целесообразно выбирать достаточно грубую методику оценки освещенности, не учитывающую эти нюансы. И при возможности замерять фактическую освещенность люксметром.
Ошибка измерения освещенности
При прямых измерениях необходимо принять во внимание неравномерность освещенности, создаваемой осветительной установкой. Характерный пример: стандарт EN 12464-1 «The Lighting of Workplaces» требует отношение минимальной освещенности к средней не более 0,7. Что на практике означает разницу освещенностей различных участков до 30% и значимую ошибку средней величины при небольшом количестве измерений.
Кроме того, на несколько процентов от истинных значений могут отличаться показания люксметра в соответствии с его классом точности. Так ГОСТ 24940-2016 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности» требует использовать люксметры с погрешностью не более 10%, а наиболее распространенные в РФ модели люксметров «еЛайт02» и «ТКА-ПКМ» имеют погрешность 8%.
Влияние ошибки в значении PPFD на результат
В соответствии с законом ограничивающего фактора («Бочка Либиха») дефицитный фактор, которым может быть свет, влияет на урожай линейно. Однако оптимальный уровень PPFD обычно выбирается по критерию максимизации урожайности, а значит, на границе или за границей линейной зависимости. К примеру, в работе [5] определена оптимальная интенсивность освещения китайской капусты PPFD = 340 мкмоль/с/м 2 , и в качестве критерия использовался аргумент, что при больших уровнях освещенности урожайность с ростом освещенности растет настолько слабо, что увеличение освещенности экономически нецелесообразно. В частном сообщении авторы этой работы указали, что при усовершенствованной методике выращивания той же культуры линейный рост урожайности наблюдался при освещенностях вплоть до 500 мкмоль/с/м 2 .
Таким образом, ситуация значимого влияния уровня PPFD на урожайность сама по себе является признаком недостаточности уровня освещенности. Достаточное количество света нивелирует значимость ошибки в определении уровня освещенности и делает неоправданным использование высокоточных оценок.
Заключение
Наиболее адекватная оценка фотосинтетически активного потока белого света достигается, если измерить освещенность E с помощью люксметра, пренебречь влиянием спектральных параметров на энергетическую ценность света для растения, и оценивать PPFD белого светодиодного света по формуле:
Автор выражает благодарность за помощь в подготовке статьи сотруднику ГНЦ РФ-ИМБП РАН к.б.н. Ирине О. Коноваловой; техническому директору Gorshkoff.ru Николаю Н. Слепцову; специалисту компании CREE Михаилу Червинскому; светотехнику Анне Г. Савицкой; старшему научному сотруднику ИРЭ РАН к.ф.-м.н. Александру А. Шаракшанэ, ведущему сотруднику ИРЭ РАН и профессору МГМУ им И.М. Сеченова д.ф.-м.н. Андрею А. Аносову.
Литература
Литература
[1] Sharakshane A., 2017, Whole high-quality light environment for humans and plants. Life Sci. Space Res. doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
[2] Avercheva, O.V., Berkovich, Yu.A., Konovalova, I.O., Radchenko, S.G., Lapach, S.N., Bassarskaya, E.M., Kochetova, G.V., Zhigalova, T.V., Yakovleva, O.S., Tarakanov, I.G., 2016. Optimizing LED lighting for space plant growth unit: joint effects of photon flux density, red to white ratios and intermittent light pulses. Life Sci. Space Res. dx.doi.org/10.1016/j.lssr.2016.12.001
[3] Sharakshane A., 2017, White LED Lighting for Plants. Biorxiv.org, doi.org/10.1101/215095
(в русском переводе опубликовано по адресу: geektimes.ru/post/293045)
[4] McCree, K.J. (1972) Action Spectrum, Absorptance and Quantum Yield of Photosynthesis in Crop Plants. Agricultural Meteorology, 9, 191-216. http://doi.org/10.1016/0002-1571(71)90022-7
[5] Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Смолянина С.О., Помелова М.А., Ерохин А.Н., Яковлева О.С., Тараканов И.Г. Влияние параметров светового режима на накопление нитратов в надземной биомассе капусты китайской (Brassica chinensis L.) при выращивании со светодиодными облучателями. Агрохимия. 2015. № 11. С. 63–70.
Этот пост является адаптированным авторским переводом статьи «An easy estimate of the PFDD for a plant illuminated with white LEDs: 1000 lx = 15 μmol/s/m 2 «. Методы и подробности вычислений на русский язык не переводились. Но язык проще, добавлены примеры и картинки.
- Биотехнологии
- Энергия и элементы питания
- Физика
- DIY или Сделай сам
Руководство покупателя светодиодных светильников для выращивания растений
Было время, когда выбрать светильник для выращивания растений было просто — все, что вам нужно было знать, это то, какой марки и мощности вы хотите. Времена изменились. Коренным образом. Рынок наводнен вариантами освещения для выращивания растений, и может быть довольно сложно определить, какой свет лучше всего подходит для вас. Ниже приведены несколько советов о том, как узнать, как выглядит действительно отличный светодиодный светильник для выращивания растений.
Эффективность
Микромоль на джоуль
Промышленный стандарт для измерения эффективности освещения для выращивания — микромоль на джоуль (иногда обозначается как мкмоль / Дж, umol/j, мкмоль / Дж-1 или PPF / Вт). Это означает, что на каждый джоуль электрической энергии (джоуль = ватт * секунда) производится определенное количество микромолей фотонов. Один микромоль = 602 000 000 000 000 000 фотонов. Это головокружительно большое количество фотонов!
Диапазон высокоэффективных светодиодных светильников для выращивания растений составляет от 1,5 мкмоль / дж и выше (это число постоянно улучшается). Многие из наиболее эффективных светодиодных светильников для выращивания растений имеют малую мощность, и, как покупателю, вам, возможно, придется взвесить, ищете ли вы эффективность или интенсивность, потому что иногда одно может приносить в жертву другое. Лампы HPS высокого давления (натриевые лампы высокого давления) имеют плотность около 1,7 мкмоль / дж.
Эффективность розетки
Еще одним показателем, актуальным для энтузиастов светодиодных светильников для выращивания DIY, является эффективность розетки (WPE). Это соотношение количества вложенной энергии и количества производимого света. Это может быть выражено в процентах, например, 60% «КПД розетки», что означает, что 60% электричества, проходящего через светильник, преобразуется в свет. Остальное превращается в тепло, с которым нужно будет бороться как в самом светильнике для выращивания, так и в комнате, в которой находится свет.
Нетипично оценивать эффективность розетки светильника для выращивания растений, но в высококачественных диодах, сделанных специально для садоводства, иногда это указано. Например, высококачественные синие светодиоды с длиной волны 450 нм могут достигать КПД сетевой розетки до 60%, красные светодиоды на 660 нм с 50% WPE и зеленые 530 нм с 25% WPE. Эффективность сетевой розетки можно рассчитать, используя лучистый поток диода radiant flux (а не световой поток luminous flux, который является мерой того, насколько ярким свет кажется человеческому глазу, а не сколько фотонов он производит), разделенный на общую мощность электроэнергии, потребляемой диодом. Не забудьте при необходимости преобразовать милливатт в ватт (1000 милливатт = 1 ватт).
Достижение высокой эффективности
Бренды повышают свою эффективность за счет использования высококачественных диодов, использования их с низким энергопотреблением, отличного управления теплом и использования высокого процента наиболее эффективных длин волн диодов. Хотя некоторые светодиодные компании позиционируют себя как имеющие много светодиодов разных цветов, это часто может быть принесено в жертву эффективности при создании светильника, поскольку каждый цвет светодиода имеет разную эффективность. Например, 450 нм, 660 нм и белый свет с высоким кельвином (белые светодиоды — 450 нм с люминофорным покрытием) очень эффективны, а зеленые светодиоды не очень эффективны.
Интенсивность
Хотя нет сомнений в том, что спектр лампы важен, некоторые исследования показывают, что даже более важным, чем спектр, является интенсивность света. Есть несколько способов измерить интенсивность лампы для растений — одни хорошие, другие — плохие.
Мощность
Это наиболее распространенная мера интенсивности света для выращивания растений и мера электричества (ватт = ампер x вольт). Однако эта мера может вводить в заблуждение. Некоторые производители (лучшие) указывают фактическую мощность, которую использует устройство — мощность розетки. Другие, как правило, менее крупные бренды, дадут вам максимальную мощность светодиодов. В качестве простого примера, лампа для выращивания растений может называться 90 Вт, если в ней есть тридцать светодиодов по 3 Вт, однако обычной практикой является использование светодиодов на половинной мощности, чтобы снизить тепловыделение (и, следовательно, стоимость радиатора) и повысить эффективность. Итак, то, что называлось лампой для выращивания растений мощностью 90 Вт, на самом деле могло иметь мощность 45 Вт (или меньше!).
В итоге вам нужна фактическая потребляемая мощность, а не номинальная мощность светодиода. Было бы неплохо с подозрением относиться к слишком круглым числам — вы, скорее всего, получаете номинал диода, а не фактическое энергопотребление. Однако знать мощность диодов не бесполезно. Вы получите намного больше света от 3-ваттного диода, работающего на 1 ватт, чем от 1-ваттного диода, работающего на 1 ватт.
PPF
PPF (фотосинтетический поток фотонов) измеряет общее количество света, производимого лампой для растений, в микромолях фотонов, производимых в секунду (часто обозначаемых как мкмоль / с или umol/s). Это важное число, потому что, в отличие от PPFD (который будет объяснен ниже), им нельзя управлять, и он сообщает вам полное количество света, исходящего от светодиода.
PPFD
PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов) измеряет количество микромолей фотонов, падающих на квадратный метр в секунду (часто обозначается как мкмоль / м2 / с, umol/m2/s или мкмоль · м-2 · с-1).
Летом в полдень около 2000 мкмоль / м2 / с. Однако то, что на самом деле нужно вашим растениям, скорее всего, будет намного меньше. Фактически, потому что интенсивность Солнца такая яркая только в течение небольшой части дня и поскольку угол этой интенсивности меняется в течение дня, обеспечение такого большого количества света в течение длительного периода времени, скорее всего, нанесет вред вашему растению. «Кривая светового отклика» показывает, насколько эффективно растение использует свет разной интенсивности. В зависимости от растения на уровнях выше 800-1000 мкмоль / м2 / с эффективность использования света растением начинает снижаться. Это означает, что вы можете дать своему растению больше света, но вы можете не увидеть больших изменений в результате.
Стоит отметить, что некоторые светодиодные компании могут увеличить свои показатели PPFD, измеряя очень близко к источнику света или используя точечный свет, такой как отражатели или линзы. Светодиодная компания всегда должна сообщать, на каком расстоянии были взяты их числа PPFD (например, 30 см и т. д.).
PAR
Это вообще не измерение, а тип диапазона света, который может поглощаться растениями (и видимый человеком). Он колеблется от 400 до 700 нм.
Люмен
Это мера общей видимой яркости источника света, а не количество произведенных фотонов. Как говорится, «люмен для человека». Вы можете думать об этом как о яркости одной свечи (хотя реальное определение более сложное). По большому счету, люмены не являются полезной мерой интенсивности света для растений, поскольку они имеют больший вес, чем зеленый, и недостаточный вес красного и синего. Например, 1 Вт светового потока на 550 нм (зеленый, к которому человеческий глаз очень чувствителен) составляет 675 люмен. Один ватт светового потока на длине волны 660 нм (темно-красный) составляет всего 45 люмен. Красный свет будет легче поглощаться вашим растением в процессе фотосинтеза, чем зеленый, но ваш глаз будет видеть зеленый свет в 15 раз ярче, чем красный свет!
Люкс / Фут свеча (Foot candle)
Они измеряют, сколько света попадает на единицу площади. Сравните это с люменом, который представляет собой общую яркость, исходящую от источника света во всех направлениях. Люкс = один люмен на квадратный метр. Фут-свеча = один люмен на квадратный фут.
Спектр
При выборе спектра света для выращивания растений следует учитывать два основных фактора:
Фотосинтез — вам нужно выбрать свет, который способствует выработке энергии вашими растениями. Чтобы узнать больше об этом, стоит изучить кривую МакКри и пики поглощения фотопигментов.
Фотоморфогенез — «Фото» означает «свет», «морфо» означает «форма», «генезис» можно перевести как «создание». Итак, он использует свет для создания определенной формы растения. Однако свет может гораздо больше, чем просто изменить характер роста растения. Он может вызывать или задерживать цветение и плодоношение, изменять химический состав, а также другие разнообразные реакции.
Спектральные термины, относящиеся к белым светодиодам:
CRI
CRI (индекс цветопередачи) описывает, насколько «полный спектр» света, и обычно используется только для белых светодиодов. Максимальная шкала — 100. «Высокий индекс цветопередачи» означает, что свет создает обилие каждого цвета в пределах видимого спектра и, следовательно, «отображает» освещенные светом объекты в цвете, как бы они выглядели при полном дневном свете (что составляет 100 CRI). Высокий CRI может показаться более привлекательным, но бывают случаи, когда низкий CRI может быть более желательным, поскольку люминофоры с низким CRI могут быть более эффективными при получении света и более холодными (из-за сдвига Стокса). То, что обычно означает «высокий индекс цветопередачи», содержит больше красного и голубого, чем «низкий индекс цветопередачи». Не весь свет одинаков.
CCT
CCT (коррелированная цветовая температура) — это мера того, насколько «теплым» или «холодным» выглядит источник света. Шкала представляет собой вид светящегося объекта при разных температурах, измеряемых по шкале температур Кельвина (шкала, обычно используемая в физике и химии, сокращенно «K»). Например, если вы поместите железный стержень в печь и нагреете его до 2700K, его свечение будет таким же, как у лампы 2700K. Свет с более высоким значением Кельвина дает больше синего, а свет с низким уровнем Кельвина дает больше желтого, оранжевого и красного.
Площадь освещения/ Форм-фактор / Линзы / Отражатели
Одним из многих значительных преимуществ светодиодов является то, что они обеспечивают больший контроль концентрации и направленности света. Как производители, мы должны позаботиться о том, чтобы как можно больше наших растений было охвачено светом, чтобы увеличить фотосинтез всего растения. Есть два способа добиться этого, и выбор будет зависеть от конкретной ситуации и желаемого урожая.
Первый способ направить свет вглубь кроны вашего растения — это получить очень концентрированный световой луч. Это достигается за счет плотной упаковки диодов и использования отражателей и линз для направления света. Другой способ, который поначалу может показаться нелогичным, — использовать несколько источников очень рассеянного света. Позволяя свету падать на растение под разными углами, можно также добиться глубокого проникновения в растительный покров.
Эти разные подходы или какой-то промежуточный компромисс влияют на то, какую площадь ваш светильник для выращивания может эффективно покрыть и на его размер. Убедитесь, что вы измерили свое пространство для выращивания и что свет, на который вы смотрите, может правильно покрыть эту область.
Гарантия
Покупайте у компании, которая поддерживает свой продукт и гарантирует, что он будет работать долгие годы.
Управление температурным режимом
Чем холоднее светодиод остается, тем дольше он прослужит и тем выше будет его эффективность. Большинство производителей светодиодов рекомендуют рабочие температуры ниже 85°C (185°F). Для этого есть две широкие категории управления теплом:
Активное охлаждение — как следует из названия, это включает в себя расход энергии на снижение температуры света. Вентиляторы, обдувающие радиатор, являются наиболее распространенным методом.
Жидкостное охлаждение — еще один метод, который из-за высокой теплоемкости воды завоевал популярность в компьютерном и осветительном сообществе. Так же охлаждается двигатель вашего автомобиля! У качественных производителей есть меры безопасности, которые в маловероятном случае неисправности защищают светодиоды от перегрева и выключают свет.
Пассивное охлаждение — этот метод не требует энергии для охлаждения, но требует более высоких первоначальных затрат и более дорогого конечного продукта. Факторы, которые влияют на качественный радиатор, включают материал (например, алюминий), форму (например, ребристый), анодирование и производственный процесс (например, экструзию, холодную ковку и т. Д.).
Общая стоимость владения
Если вы планируете использовать свой свет какое-то время, светодиоды лучше, чем HID. Высококачественные светодиоды более эффективны, чем HID, и обладают гораздо большей способностью обеспечивать определенный, адаптированный спектр. Снижение энергопотребления полезно не только для вас, но и для окружающей среды. Не забывайте также о расходах и хлопотах, связанных с заменой лампочек для светильников HID от года до шести месяцев. Хорошая светодиодная лампа прослужит вам много лет, не требует обслуживания. Если этого было недостаточно, вам также не нужно чувствовать себя виноватым из-за использования света, который содержит ртуть и другие токсичные тяжелые металлы, такие как содержащиеся в HID и флуоресцентных.
Что такое jmol/j, umol/m2/s, DLI и что важнее для растения?!
Эффективность света для выращивания растений указывается в мкмоль/Дж. Это количество микромолей, которое прибор производит на джоуль. Другими словами, на каждый ватт, попадающий в светильник для выращивания, сколько фотонов выходит из прибора? Эффективность PPF также известна как эффективность PAR, эффективность PAR или просто эффективность.
Чтобы рассчитать эффективность PPF, производителю или вам нужны два набора чисел — PPF и мощность (Дж/с). Разделив PPF на мощность, вы получите мкмоль/Дж.
Например: 1100 мкмоль/с / 500 Дж/с = 2,2 мкмоль/Дж.
Кстати, если вы знаете эффективность PPF и мощность лампы для выращивания растений, вы можете рассчитать PPF. Для этого умножьте эффективность PPF на мощность.
Например: 2,5 мкмоль/Дж x 400 Дж/с = 1000 мкмоль/с.
Один Ватт = 1 Джоуль в секунду (Дж/с).
1,5 мкмоль/Дж считается эффективным. Все, что выше 2,0 мкмоль/Дж, считается очень эффективным. Для сравнения, многие светильники HPS на рынке имеют эффективность 1,3 мкмоль / Дж или меньше, а некоторые из лучших светильников HPS для выращивания растений достигают 1,7 мкмоль / Дж. Лучшие керамические металлогалогенные лампы для выращивания имеют эффективность чуть менее 2,0 мкмоль / Дж. В ближайшем будущем эффективность HPS и CMH увеличится, но эффективность светодиодов будет расти более быстрыми темпами. В 2014 году лучшие светодиодные лампы для выращивания растений имели эффективность около 1,7 мкмоль / Дж, но в настоящее время мы видим эффективность 2,2 мкмоль и выше. На момент написания этой статьи наиболее эффективный светодиодный светильник для выращивания растений, который мы можем найти, составляет около 2,87 мкмоль / Дж!
Эффективность — это то, почему мощность не имеет значения для определения интенсивности света светодиодного светильника для выращивания или любого другого светильника для выращивания растений. Более эффективные лампы для выращивания будут излучать больше полезного света, потребляя при этом меньше ватт.
Эффективность PAR не так важна для некоторых производителей. Фермеры с крупным производством и площадями в несколько гектар должны заботиться об эффективности больше, чем мелкие производители, поскольку разница менее 1 мкмоль / Дж будет иметь огромное влияние на их счет за электроэнергию. Для среднего домашнего гровера разница в стоимости между полуэффективным 2 мкмоль/Дж или очень эффективным 3 мкмоль/Дж светодиодным светом для выращивания растений может не быть огромным фактором, и оставаться в районе 10руб. в месяц, когда разница в стоимости ламп может составлять 50% а то и 100%.
Umol/j означает микромоль на Джоуль. Это измерение, чтобы определить, насколько эффективен свет при преобразовании электронов в фотоны.
PPF измеряет общее количество PAR, которое вырабатывается системой освещения каждую секунду. Это измерение производится с помощью специального прибора, называемого интегрирующей сферой, который улавливает и измеряет практически все фотоны, испускаемые системой освещения. Единица измерения PPF — микромоль в секунду (мкмоль/с).
PAR — Фотосинтетически активное излучение или ФАР — это диапазон длин волн от 400 до 700 нм.
Что такое фотон? Фотон — это частица света. В типичном источнике света присутствует МНОГО фотонов, поэтому мы используем число Авогадро, чтобы помочь нам понять головокружительный массив фотонов. Число Авогадро равно 6,022 x 10^23, что равно одному молю. Другими словами, в одном моль содержится 6,022 x 10 ^ 23 фотонов. Это число выражается с точностью до миллионной или микромоль (мкмоль), когда мы измеряем PAR, чтобы мы могли работать с целыми числами, а не с десятичными.
PPFD, исследователи и производители используют плотность фотосинтетического потока фотонов, более известную как PPFD, для измерения фотонов, которые фактически попадают в растение. PPFD измеряет, сколько фотонов попадает в область в секунду. PPFD выражается в микромолях на квадратный метр в секунду или в мкмоль/м2/с при использовании квантового датчика для точечного измерения.
Измерение, которое вы сделали, подходит только для этой конкретной точки — пространства. Он не сообщает вам PPFD по всей площади. Чтобы получить эти измерения, нужно будет снять несколько показаний на световом следе на разных расстояниях (сделать PAR карту).
PPFD — это точечное измерение интенсивности света, но что действительно волнует растения, так это общее количество фотосинтетически активных фотонов, которые они поглощают каждый день. Эта сумма известна как дневной световой интеграл, или DLI, и измеряется в молях на м2 в день или моль/м2/день. Другими словами, это сумма измерений PPFD, выполненных за 24-часовой период. Количество фотонов, попадающих на листья растений в течение дневного светового периода, является движущим фактором — насколько быстро и эффективно растение может производить сахар, чтобы управлять клеточными процессами.
Минимальный DLI требуется для всех растений для правильного роста и цветения. Слишком много света может вызвать обесцвечивание и ожог листьев, поскольку внутренние процессы растения не могут справиться со всем дополнительным поступающим светом.
Более высокий PPFD за более короткий период может быть эквивалентен более низкому PPFD за более длительный период. Но увеличение продолжительности светового дня не обязательно полезно для всех растений. Растениям по-прежнему нужен темный период для обработки углеродных молекул, созданных во время фотосинтеза, и это причина того, что 24 часа светового воздействия не увеличивают темпы роста, а вместо этого препятствуют им. Кроме того, для правильного роста и цветения лекарственным растениям требуется в среднем 6 часов темноты во время вегетативной фазы и 12 часов темноты во время цикла цветения. Изменение соотношения светового и темного циклов может сбить с толку ваши растения и повлиять на их развитие.
DLI на поверхности нашей планеты может составлять от 5 до 60 моль/м2/сут в зависимости от времени года, продолжительности светового дня, широты и облачности. Солнце в самые яркие дни излучает около 2000 мкмоль/м2/с, но лекарственные растения, выращенные на открытом воздухе, не поглощают все 2000 мкмоль/м2/с в течение дня. Утренние и вечерние значения PPFD намного ниже, поэтому средний PPFD в течение дня может даже не превышать половины этого уровня. Об этом следует помнить при выборе светодиодного светильника для выращивания растений. Больше света — не обязательно хорошо. Ваши растения могут поглощать только определенное количество света.
Чтобы вычислить DLI, умножьте значение PPFD на фотопериод и разделите на 1000000.
DLI = PPFD x (3600 x фотопериод) / 1000000
PPFD: мкмоль/м2/с
3600 секунд в час
Фотопериод в часах
1000000 мкмолей = 1 моль
Пример: 800 мкмоль/м2/с x (3600с x 12ч) / 1000000 = 34,6 моль/день.
Подводя итог!
Что важнее для ваших растений Эффективность PPF или индекс DLI? Оба значения важны, но если вы владелец большого тепличного комплекса с большим количеством ламп и потреблением электроэнергии, то для вас будет первостепенным показатель Эффективности PPF т.к. он будет прямо влиять на размер счета за электроэнергию и второстепенным индекс DLI, а для домашнего гровера важнее индекс DLI чтобы выбранная лампа закрывала, в первую очередь, потребность растения в количестве фотонов и второстепенна Эффективность PPF т.к. разница между лампой с 2 umol/j или 2,7 umol/j при небольших объемах производства будет не видна и гораздо важнее начальная стоимость самой лампы и качество компонентов используемых в ней.