Свет для растений – Освещение растений белыми светодиодами / Habr

Искусственное освещение для растений — вся правда которую нужно знать. Фитолампы, спектр и время освещения.

Большую часть года, света для растений очень мало. И те, кто выращивают их круглогодично в закрытых помещениях, а не по сезонно на улице, сталкиваются из-за этого с большими проблемами.

Единственный выход их решить — это использовать искусственные источники света. Какие из них лучше выбрать и на что ориентироваться?

КПД, безопасность и расход энергии

В первую очередь, рядовой обыватель обращает внимание на уровень потребления электроэнергии. Чем больше у вас будет растений, тем больше потребуется светильников и лампочек для них.

Неохота платить за электричество больше стоимости урожая. Поэтому при покупке светильников, большое внимание уделяют такому параметру как КПД лампочки.

Всем известные лампочки-груши с нитью накаливания, в процессе работы очень сильно нагреваются. Связано это с тем, что в них большая часть эл.энергии преобразуется не в свет, а в бесполезное тепло.

Поэтому постепенно от них начали отказываться и стали переходить на энергосберегающие лампы. Их КПД примерно в 4 раза выше, чем у обычных.

Однако по факту, мы получили те же самые люминесцентные лампы, хоть и меньшего размера, но содержащие ртуть. Если такая лампочка разобьется, вам придется срочно принять меры безопасности и провести так называемую демеркуризацию всего помещения.

Не только сама ртуть, но и ее пары ядовиты для человека. И даже в сверхмалых концентрациях могут вызвать тяжелые последствия.

Поэтому впоследствии им на замену пришли более безопасные светодиодные источники света. А специально для растений были разработаны фитолампы.

У светодиодов также высокий КПД и минимальный нагрев. А самое главное, они по-прежнему совершенствуются и улучшают свои характеристики год от года.

Какой цвет лучше для растений

Однако как оказалось, КПД лампочки это не главное в правильном выращивании растений. Самое важное — это их спектр и насколько он отличается от естественного солнечного излучения. Ведь именно к нему привыкли все цветы, овощи, фрукты, ягоды.

Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна.

Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга. Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии.

Волны с меньшей длиной содержат в себе больше энергии.

Если все цвета условно представить не в виде привычной прямой линии, а в виде шариков, то синий шарик будет самым большим по размеру. Зеленый поменьше, а красный окажется самым маленьким.

Все цвета всегда упрощают именно до этих трех видов R-G-B:

Почему синий шарик окажется самым объемным? Потому что длина его волны самая маленькая. Она меньше чем у зеленого цвета. А у зеленого в свою очередь, меньше чем у красного.

В итоге и получается, что красный цвет несет в себе меньше энергии, а синий больше всего.

И тут у многих может возникнуть логичный вопрос: «А есть ли разница в том, каким именно спектром освещать растения?» И если есть, можно ли эти знания как-то применить с пользой для дела?

Ведь если какой-то цвет окажется более эффективным, то нет ничего проще, как направить всю энергию на растение только от него. Если синий цвет самый «жирный», достаточно засвечивать растения только им и получать шикарный урожай круглый год.

Однако все оказывается не так просто. Здесь нужно учитывать еще одну характеристику света — его качественный или спектральный состав.

Поглощение света растениями и фотосинтез

Чтобы понять как отдельные цвета влияют на эффективность фотосинтеза, проводились научные эксперименты. Из целого листа выделялись отдельные чистые хлорофиллы. После чего, в течение длительного времени, их засвечивали светом различного спектра и проверяли результаты.

При этом в первую очередь, смотрели на эффективность поглощения СО2, то есть интенсивность фотосинтеза. Ниже представлен итоговый график такого эксперимента.

Из него видно, что хлорофилл в основном поглощается в синей и красной областях. В зеленой области эффективность минимальна.

Однако на этом не остановились и провели еще один эксперимент. В растениях также содержатся каротиноиды. Они хоть и играют незначительную роль, но и про них забывать не стоит.

Так вот, аналогичный опыт с каротиноидами показал, что ранее выделенные пигменты листа, поглощают в этом случае свет преимущественно в синей области спектра.

Посмотрев на это, все дружно решили что зеленый цвет абсолютно бесполезен и им можно пренебречь. Основной упор все специалисты предлагали делать только на синий и красный свет.

И соответственно более правильным считалось выбирать лампочки, которые излучают именно эти спектры больше всего.

Но как оказалось, изначальная ошибка экспериментаторов закралась в том, что они использовали не весь лист целиком, а выделяли из него пигменты и смотрели результаты только по ним.

На самом деле, в цельном листе свет очень сильно рассеивается. Провели еще опыты, но уже смотрели на весь лист и использовали разные растения. В итоге получили данные, которые более точно показывали насколько эффективно свет поглощается всем листком, а не его отдельными «кусочками». 

С одной стороны, здесь опять доминируют синий и красный свет. Отдельные пики потребления фотонов доходят до 90 процентов.

Однако к удивлению многих, и зеленые лучи оказались не столь бесполезны как думали раньше. Дело в том, что благодаря своей проникающей способности, зеленый снабжает энергией более глубокие участки листвы, куда не долетают ни красный, ни синий.

Таким образом, если полностью отказаться от зеленого, вы можете ненароком погубить растение, и даже не будете понимать в чем причина.

Получается, что все цвета R-G-B нормально усваиваются листьями и нельзя выбрасывать какой-то один из них. Вот только необходимость энергии на разных цветах у разных растений не равноценна.

Какой свет больше всего нужен растениям

Для того чтобы объяснить это более наглядно и понятнее, проведем аналогию с чем-то съедобным. Допустим у вас на столе лежит спелый персик, ягода малины и груша.

Для вашего желудка все равно что вы съедите. Он одинаково хорошо переварит все ягоды и фрукты. Но это не означает, что для вас в последствии не будет никакой разницы. Разные продукты все равно по-разному влияют на ваш организм.

Съесть 10 ягод клубники это не то же самое, что 10 груш или персиков. Вы должны найти определенный баланс.

То же самое происходит и со светом для растений. Ваша задача грамотно подобрать, насколько каждого света должно быть в общем спектре. Только таким образом можно рассчитывать на быстрый рост.

Самый главный вопрос — какой свет будет считаться лучшим? Казалось бы, что тут гадать. Лучший вариант это солнечный свет и его близкие аналоги.

Ведь миллионы лет растения именно под ним и развивались. Однако посмотрите на картинку ниже. Вот как реально выглядит интенсивность солнечного света.

Видите, насколько здесь много зеленого. А как мы выяснили ранее, он хоть и полезен, но не в такой степени как другие лучи. Когда говорят, что солнечный свет самый эффективный и нечего отступать от матушки природы, не учитывают один простой факт.

В реальной жизни, а не в экспериментах, растения адаптируются не только к солнечному свету, но также и к условиям окружающей их среды, в которой они произрастают.

Допустим на глубине водоема, где растет какая-то зелень, доминирует синий цвет. А вот в лесу под кроной деревьев, уже победителем выходит зеленый.

Поэтому мнение, что солнечный свет самый лучший, в корне не верно. Здесь нужно больше говорить о том, что он самый универсальный и подходит абсолютно для разных условий.

А вот по поводу его эффективности в отдельных случаях возникают существенные вопросы. Вот оптимальное распределение спектров для двух самых популярных у нас овощей — огурца и помидора:

Всего на этих двух элементарных примерах между огурцом и томатом хорошо видно, насколько у них разная потребность. И если одной и той же лампочкой засвечивать оба овоща сразу, то результаты будут совершенно непредсказуемыми.

Суточные ритмы

Кроме правильно подобранного спектра, важную роль играет еще два параметра — время и ритм освещения.

Все растения изначально произрастали на улице при естественном солнце. А солнце как известно не висит в зените 24 часа в сутки. Утром всходит, а вечером заходит. То есть естественная интенсивность освещения сначала постепенно растет, а во второй половине дня, достигнув своего пика, начинает падать.

Это и есть так называемый ритм. И растения его хорошо чувствуют. Измените ритм, не меняя ничего другого, и ваши овощи могут начать болеть, почувствовав себя «не в своей тарелке».

Поэтому опытные садоводы выделили три группы растений — короткого, длинного и нейтрального дня.

Вот их некоторые разновидности:

Длинный день — это когда интенсивность света наблюдается более 13 часов. Короткий — до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном.

Не будете соблюдать заданный природой цикл и у вас упадет урожайность. Сами растения будут какими-то карликовыми.

Поэтому мало просто купить супер разрекламированные сорта, правильно их высадить, удобрять и поливать.

Как оказывается, еще нужно их правильно освещать. Причем и здесь нет универсального светильника для больших групп растений, везде требуется индивидуальный подход.

Только в этом случае результат вас порадует и вкусом и размером.

svetosmotr.ru

Освещение растений белыми светодиодами — проверочная работа / Habr

Эта статья написана под впечатлением от другой статьи на GT, о чем говорит похожее название. Дело в том, что этой темой я интересуюсь лет двенадцать и потому статья iva2000 вызвала довольно живой отклик в моем сознании. Результаты и выводы меня почти убедили, но остались моменты, с которыми я не согласен. Решил всё пересчитать и так как результат получился довольно объемный, я решил написать его в виде отдельной статьи, а не комментария.

Прочитав заголовок и вступление, я был настроен критически. Еще бы! Я сам производил расчеты, куча людей производит и использует специальные фитолампы (не только светодиодные — посмотрите на люминесцентные светильники в любом цветочном магазине!), а тут некто заявляет, мол, всё это туфта, белые светодиоды не хуже. Но ознакомившись до конца, я свое мнение изменил и понял что в этом мнении есть существенная доля истины, но надо разбираться… Всем кто не читал эту статью — убедительная просьба ознакомиться для лучшего понимания, т.к. для сокращения объема и исключения дублирования информации я буду только ссылаться на данные указанной статьи, но не повторять их. Остальные же — давайте продолжим!

Итак, сначала, что же мне показалось спорным.

1. В указанной статье приводится кривая фотосинтетической активности света McCree, которая означает прибавку биомассы растением при освещении его светом узкой полосы, но почему-то отметается её значение вовсе под предлогом, что «в широкой полосе разница будет незначительной). В разделе „Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов“ под пунктом 3 и вовсе приведена формула расчета энергетической ценности света с использованием ДВУХ интересных параметров — это ɳ — световая отдача в лм/Вт и Ra — индекс цветопередачи.

Обе этих величины имеют жесткую привязку к другой кривой, которая называется „фотопической“. Это кривая чувствительности человеческого глаза к свету. Чтобы не быть голословным, посмотрим на картинку:

Они едва ли похожи друг на друга, верно? Поясню, что люмены измеряются датчиком, имеющим чувствительность, строго соответствующую приведенной фотопической кривой. А фотосинтез осуществляется в соответствии с приведенной кривой McCree (она и есть гоафическое отображение интенсивности фотосинтеза в зависимости от длины волны). И, как вы уже заметили, кривых на рисунке две. Одна из них — нормирована к числу фотонов, а вторая к мощности излучателя, что в обсуждаемой статье даже не упомянуто. Уважаемый автор приводит кривую нормированную по числу фотонов, но не указывает этого и в дальнейшем не использует её, а использует кривую чувствительности глаза человека. Но, простите, причем здесь тогда фотосинтез? Либо не использовать никакую кривую и считать все фотоны равнозначными либо использовать ту, которая соответствует изучаемому процессу! Индекс цветопередачи же — это вообще некий виртуальный показатель, который говорит — на сколько точно будут переданы цвета (фотографии, ткани и т.п.) при освещении их данным источником света. Т.е. тоже никакого отношения к фотосинтезу не имеет. Т.е. приведенная формула является слишком грубым приближением чтобы оценить реальное качество источников со сложным спектром излучения!

Дальше-больше! Я проверил расчетные значения ФАР в мкмоль/дж, которые автор приводит в таблице с помощью приведенной им же формулы и получилось вообще черте что:

Цифры вообще не те и отличаются в разы от приведенных. Неужели автор не проверял свои же данные для статьи? Это меня никак не устроило и я сделал расчет как положено — без странных формул с не понятно откуда взятыми коэффициентами и параметрами, относящимися к другой области применения.

Для начала цифруем картинки всевозможных графиков и загоняем их в табличный процессор. Оп!

Затем делаем так. Сначала рассчитаем коэффициент фотосинтетической активности для каждого источника. Для этого для выбранного источника умножаем мощность излучения на каждой длине волны на число из графика McCree, для той же длины волны. Затем подсчитываем интеграл (сумму) мощности для исходного графика и результата перемножения. Делим второе на первое — получаем коэффициент, означающий эффективную долю излучения для данного источника (ту, которая примет участие в фотосинтезе):

Вот, уже можно сделать предварительные выводы!

1. ДНаТ — это супер для освещения растений! Эффективность его спектра достигает 79% и это для лампы, которую первоначально проектировали в общем-то не для этого, а для освещения автомагистралей и промышленных объектов.
2. Фитолампы не смотря на „специальный“ спектр не превосходят обычные белые светодиоды с цветовой температурой 4000К и не сильно лучше „холодно-белых“ 6000К.
3. Светодиоды красного (обычного) и дальнего красного вообще вне конкуренции.
4. Получается, что если хочется выжать всё из каждого ватта освещения, нужно брать обычные красные светодиоды (излучатели дальнего красного — почти в 2 раза дороже), а если хочется сэкономить в цене аппаратуры — нужно брать белые светодиоды.

Но, как я уже сказал, выводы эти предварительные и основаны только на оценке эффективности спекра источников, без учета их кпд и некоторых других моментов. Поэтому разбираемся дальше.

Что же будет, если учесть КПД источников? Данные о КПД взяты частично из статьи iva2000, а по красным светодиодам я точных данных не нашел, но в старых моих записях по данным литературы были числа меньше чем для синих светодиодов, т.к. в последнее время всё развитие технологии было направлено именно на светодиоды синего свечения, а другие оставались в хвосте прогресса.

По большому счету их цифры взяты наобум, но они в данном случае не играют основную роль, поэтому хватит об этом. И если кто-то сообщит более достоверные данные, я буду только благодарен.

Вот тут-то расстановка сил уже меняется!

Оказывается, светодиоды с CCT 4000К лучше даже ДНаТ! Причем, если для 1000 Ваттной лампы преимущество это не существенное, то для натриевых ламп малой мощности (100Вт) преимущество уже достигает 2,4 крат! А фитолампа — бесполезная трата денег — она уступает обычным белым светодиодам на 25%! Вот тебе и фитолампа!

И чтобы уже всё сделать предельно точно, считаем на фотоны по формуле:

Где h- постоянная Планка, c — скорость света.

Но число фотонов нам не нужно, поэтому чтобы перевести все в моли, делим всё на число Авогадро и умножаем на миллион для представления в микромолях.

Вот теперь можно сделать окончательные выводы:

1. ДНаТ имеет сравнимую эффективность только при использовании ламп большой мощности (600-1000Вт). Если Вы хозяин крупного тепличного хозяйства, то по совокупности эксплуатационных характеристик лампы на киловатт — Ваш выбор! Затраты на установку освещения и замену ламп будут существенно ниже, а затраты на электроэнергию приблизительно одинаковы со светодиодами. Малое количество синих лучей в спектре ламп компенсируется наоборот высоким их количеством в естественном свете, особенно зимой (цветовая температура неба достигает 15000К!) — это как раз ситуация с теплицами, когда досветка включается утром и вечером, а днем используется естественное освещение.

2. Наиболее эффективны светодиоды с цветовой температурой 4000К. 100 Ваттная светодиодная лампа дает на 43% больше фитоактивного излучения чем лампа ДНаТ той же мощности! Цена, как ни странно, тоже на стороне светодиодов — цена лампы ДНаЗ на момент написания статьи — чуть больше 1000р., в то время как светодиоды с той же мощностью на алиэкспрессе идут за 360р. (в исполнении COB — много чипов на одной подложке)! Это еще не считая балласта в обоих случаях. Если вы растите зелень на подоконнике или в гроубоксе, то белые светодиоды — вне всякой конкуренции. Достаточно один раз купить хорошие светодиоды и их обвязку и вы обеспечены отличным экономичным освещением на годы.

3. Фитолампы. Я изначально был другого мнения, но основываясь на данных о практическом использовании белых светодиодов из статьи iva2000, подтвержденных теперь собственным исследованием приходится констатировать, что они не дают никакого преимущества по энергоэффективности или по качеству выращенных растений, а всё с точностью до наоборот! Скрипач не нужен!

* Небольшое пояснение по фигурировавшим в таблицах комбинациям белых светодиодов с красными. Я для интереса рассмотрел вариант освещения, когда в дополнение к белым светодиодам дополнительно устанавливаются обычные красные или специальные с дальним красным спектром свечения (в пропорции 3:1 по мощности). Это бывает необходимо для стимуляции цветения. Если вы разводите цветочки или землянику или другие растения, у которых цветение или плодообразование является основной целью, это может быть оправдано. Если вы растите салат и петрушку, то вряд ли стоит заморачиваться — красные светодиоды дороже белых раза в 2,5, а специальные „фито“ с дальним красным — в 4 раза! Если цель — нарастить зеленой массы за минимальные деньги, лучше взять еще один или даже два белых светодиода — будет лучше и дешевле! Только не стоит загонять бедные диоды в гроб — зная любовь китайских товарищей к завышению параметров, нужно следить, чтобы при работе основание светодиодов грелось как можно меньше — позаботиться об эффективном теплоотводе и ограничивать рабочий ток. Лучше купить на 20% больше диодов и пустить на них на 20% меньший ток и таким образом в разы увеличить их время жизни, чем навалить на полную катушку и через год получить 50% первоначального светового потока и половину нерабочих корпусов!

В целом нельзя не отметить, что революция в малом растениеводстве свершилась и это не может не радовать! Ко мне сейчас едут несколько мощных светодиодов и если со свободным временем всё сложится, то в продолжении будет практический результат в дополнении к этой сугубо теоретической части.

PS: Друзья! Большое спасибо за положительную оценку моей небольшой, но я очень надеюсь полезной для всех работы! Мне интересно пообщаться на эту тему и ответить на все вопросы, по ней, в рамках объема моих знаний. Так что не стесняйтесь — заходите в обсуждение. Особенно приветствуются дополнения и ссылки на другую информацию, которые могли бы восполнить возможные пробелы в этом материале!

Использованные материалы

habr.com

Свет для растений — как влияет интенсивность и спектр

Cвет в жизни растений играет определяющую роль. Ведь световая энергия определяет процесс фотосинтеза. Фотосинтез – поглощение света растением через листья.

В листьях содержится пигмент, (пигмент — окрашенное вещество в организме, участвующее в его жизнедеятельности и придающее цвет коже, волосам, чешуе, цветкам, листьям) называемый хлорофиллом, и именно через него растение поглощает световую энергию.

Активный рост растения, увеличение листьев происходит путем питания растения углеводородами —  обычными органическими соединениями. Их вырабатывает растение в процессе фотосинтеза. Углеводороды – результат реакции воды и двуокиси углерода. Однако продуктом, который вырабатывается в завершении фотосинтеза, является кислород – соединение, без которого не могут существовать живые организмы.

 

Факторы влияющие на фотосинтез

Существует ряд факторов, напрямую влияющих на процесс фотосинтеза растений. Прежде всего, интенсивность процесса напрямую зависит от

— содержания двуокиси углерода,

— температуры окружающего воздуха,

— достаточного обеспечения растения водой

— интенсивности света.

Однако для того, чтобы растение развивалось оптимально, важно не только наличие световой энергии, но и спектр света, а также длительность светового периода, когда растение бодрствует, и темного периода, когда оно отдыхает. 

Если правильно регулировать длительность светового дня, то стадиями роста растения можно управлять. Так, у растений длинного дня можно регулировать их вегетативную стадию, а также время цветения. В свою очередь, для растений короткого дня световой период должен оставаться на определенном уровне, ведь слишком длительный период света может существенно нарушить время его цветения. Существует и категория растений, которые растут в зависимости от наличия света, но при этом продолжительность темного и светлого периода суток на них не влияет.

Таким образом, правильно регулируя свет, можно достичь качественных результатов в процессе выращивания разных видов растений.

Дополнительно освещение для растений вы можете купить прямо сейчас в нашем онлайн магазине, в разделе освещение

Что же такое спектр света, и как он влияет на развитие растений?

Солнечный свет не является однородным, если рассматривать его спектральный состав. Свет солнца – это лучи, которые имеют разную длину волны. Таким образом, свет – это частица спектра электромагнитных волн, которую человек может видеть. При этом различать человеческие глаза способны область электромагнитного спектра, которая пребывает в промежутке примерно от 400 до 700 нанометров. В нанометрах  измеряется длина, и именно эту единицу наиболее часто используют для измерения малых длин.

Но в жизни растений наиболее важное значение имеет физиологически активная и фотосинтетическая активная радиация.

Самые важные лучи для растений – оранжевые (620-595 нм) и красные (720-600 нм). Эти лучи поставляют энергию для процесса фотосинтеза, а также «отвечают» за процессы, влияющие на скорость развития растения. Например, пигменты с пиком чувствительности в красной области спектра отвечают за развитие корневой системы, созревание плодов, цветение растений. Для этого в теплицах используются натриевые лампы, у которых большая часть излучения приходится на красную область спектра. 

Так, к примеру, слишком большое количество красных и оранжевых лучей могут задержать цветение растения.

Также в фотосинтезе непосредственное участие принимают и синие, а также фиолетовые лучи (490-380нм). Кроме того, в их функции входит стимулирование образования  белков и регулирование скорости роста растения. Те растения, которые растут в природных условиях короткого дня, быстрее зацветают именно под воздействием этих лучей.

Пигменты с пиком поглощения в синей области отвечают за развитие листьев, рост растения и т.д. Растения, выросшие с недостаточным количеством синего света, например, под лампой накаливания, более высокие — они тянутся вверх, чтобы получить побольше «синего света». Пигмент, который отвечает за ориентацию растения к свету, также чувствителен к синим лучам.

Лучи, которые имеют длинную волну (315-380 нм), не позволяют растению чрезмерно «вытягиваться» и отвечают за синтез ряда витаминов. В то же время  ультрафиолетовые лучи, которые имеют длину волны 280-315 нм, могут повышать холодостойкость растений.

Таким образом, жизненно важными для развития растений не являются только желтые и зеленые лучи (565-490 нм).

Следовательно, при организации искусственного осветления растений необходимо в первую очередь учитывать их потребность в особенном спектре света.

Данный спектр, нужный растению выдаю специльно разработанные лампы для досветки растений, которые вы можете приобрести в нашем магазине в разделе свет

Если рассматривать растения с точки зрения их «отношения» к свету, то их принято делить на три категории:

— светолюбивые

— теневыносливые

— тенеиндифферентные. 

Для выращивания растений круглый год в условиях своей квартиры приобретайте — Фитосветильники для растений.

www.promgidroponica.ru

Что такое правильное хорошее освещение для растений и цветов?

Полноценное освещение для растений так же важно, как вода и почва. Культуры открытого грунта растут в естественных световых условиях и нуждаются только в поливе и подкормках. Комнатным цветам «повезло» меньше, так как в помещении они почти всегда страдают от затемнения.

 

Как влияет свет на растения

Растущие в полутени растения «недоедают» и так же, как все живое прекращают расти, развиваться, цвести. Процессы фотосинтеза обеспечивают цветам полноценное органическое питание, которое требуется им не меньше, чем получаемые из грунта вода и минеральные соли.

Но при нехватке света фотосинтез резко замедляется. В результате побеги истончаются и вытягиваются, листья бледнеют и не вырастают до нормальных размеров.

Исследователи установили, что минимальная фотосинтетическая активность начинается уже при освещенности 100 лк. Для развития должно быть не менее 1000 лк, а лучше – еще больше. Но перебарщивать также нельзя, так как избыток света для некоторых растений вреден. От этого их листья могут сморщиться, покрыться пятнами от ожогов.

 

Что такое хорошее освещение для растений

Свет должен быть:

Качественным.
Каждой фазе роста соответствуют свои потребности в спектральном составе световых лучей. Например, для развития зеленой массы необходим голубоватый свет, а для роста корневой системы и в период подготовки к цветению в спектре должны быть оттенки желтого и красного. Зеленоватые лучи стимулируют процессы фотосинтеза в листьях с плотной структурой.  

Продолжительным.
Большинство растений набирают силу и цветут только тогда, когда световой день составляет не менее 14 ч, то есть летом. Но есть и такие привереды, как пуансеттия и каланхоэ. Им для цветения необходимо находиться на свету не более 8-10 ч в сутки в течение 2 осенних месяцев.  

Интенсивным. 
Слабое освещение для растений губительно. Идеальный вариант для светолюбивых видов – 100000 лк, как у солнечного света. Поскольку обеспечить дома такие условия невозможно, остается один выход: стремиться к лучшему, исходя из потребностей домашнего «зеленого уголка». 

 

Как создать нормальную световую среду для комнатных цветов

Как уже упоминалось выше, длительность светового дня для растений должна составлять, в среднем, 13-14 часов в сутки. Большое значение имеет также интенсивность подсвечивания. К примеру, если вы будете использовать маломощные лампы для освещения растений, растущих в природе на открытых солнечных участках, цветы могут «заболеть». Чтобы этого не случилось, желательно строго соблюдать световой режим.

Приблизительные нормы освещенности для активного развития и цветения:

Яркое	Умеренное	Слабое
5000-10000 лк	3000-5000 лк	1000-3000 лк
Бильбергия, бугенвиллея, гардения, гибискус, кактусы (кроме эпифитных), каллистемон, кротон, орхидеи, пальмы, пеларгония, розы, суккуленты, цитрусовые.	Амариллис, бегония, бертолония, гибискус, замия, каладиум, каланхоэ, микания, плющ, фикус, филодендрон, фатсия, хлорофиттум, хризантема.	Антуриум, бильбергия, дифенбахия, драцена, калатея, кордилина, маранта, папоротники, спаттифиллум, традесканция, фатсия, хамедорея.

Фотосинтез запускается при участии хотя бы минимального количества световой энергии, поэтому тенелюбивых видов в природе нет. Есть теневыносливые, то есть менее требовательные к освещению. Но и им также необходимо дневное досвечивание хотя бы до 1000 лк.

 

Как рассчитать мощность ламп для освещенности полки с растениями

Освещенность – это количество люменов светового потока на квадратный метр поверхности. Предположим, что на полке длиной 80 см и шириной 30 см стоят цветы с умеренными требованиями к интенсивности освещения. Площадь полки составляет 0,8х0,3=0,24 (кв. м). Для того чтобы создать среднюю освещенность 5000 лк, необходимы лампы со световым потоком 5000х0,24=1200 (лм). Если они будут расположены на высоте 30 см, потери составят около 30 %, то есть световой поток должен увеличиться приблизительно до 1700 лм.

Теперь, зная общее значение светового потока и светоотдачу разных видов осветительных приборов, можно рассчитать мощность ламп для нормального освещения растений на полке:

• Лампы накаливания. Светоотдача – 12-13 лм/Вт. Мощность – 1700÷12=141 (Вт). Это 2 лампы по 75 Вт каждая.
• Люминесцентные. Светоотдача – 65 лм/Вт. Мощность – 1700÷65=26 (Вт). Понадобятся, к примеру, 2 лампы с рефлектором по 13-15 Вт.
• Светодиодные. Светоотдача – 100 лм/Вт. Мощность – 1700÷100=17 (Вт). Достаточно 2 ламп по 8-9 Вт.

Лампы накаливания для подсвечивания – не лучший выбор, так как они не имеют в спектре синих и голубых тонов. Недостаток люминесцентных приборов освещения – выделение тепла, которое может помешать нормальному развитию зеленой массы. Светодиоды лишены этих минусов, к тому же они потребляют значительно меньше электроэнергии, дольше служат и не содержат ртути.

Это теоретические расчеты, которые весьма приблизительны. Установить точные параметры освещенности полки поможет люксметр RADEX LUPIN. Он же определит реальный световой поток ламп, который не всегда соответствует значению, заявленному производителем.

 

Зачем и чем измерять освещенность зеленого уголка

Если вы знаете световой поток и мощность используемых для подсветки ламп, то сможете приблизительно рассчитать освещенность, следуя указанному выше алгоритму. Но это значение будет далеко не точным. И, возможно, растения, которые недополучают света, продолжат чахнуть, несмотря на якобы нормальное освещение.

Чтобы получить максимально достоверную картину, используйте для измерения бытовой люксметр RADEX LUPIN. С таким прибором вы легко решите проблему освещенности любимых растений.

Прибор очень прост в использовании, его можно переносить в сумочке или кармане. Без люксметра организовать оптимальную световую среду для растений сложно. Всегда будет риск ошибки – неточности расчета или покупки неправильно выбранных ламп. Поэтому в арсенале «продвинутых» цветоводов обязательно есть качественный люксметр.

Если вашим комнатным цветам не хватает света, помогите им. Рассчитайте освещенность, установите соответствующие лампы и контролируйте световой режим с помощью люксметра. В благодарность растения отзовутся мощным ростом, их листья и стебли наполнятся соком, появятся силы на продолжительное цветение!

www.quarta-rad.ru

Светодиодное Освещение для Растений: Виды, Особенности Выбора

Светодиодная подсветка для растений

Чтобы создать для растений условия, позволяющие им правильно развиваться, необходимо установить грамотное освещение. Светодиодные лампы освещения представляют собой наиболее эффективный вариант, обеспечивающий цветы или овощные культуры нужным спектром и являющийся отличной альтернативой естественному свету.

Проблемы у растений при неправильном освещении

Все растения, в том числе и комнатные, различаются теневыносливостью. Многие способны адаптироваться к условиям, например, к переизбытку света или его недостатку. Но для некоторых видов обеспечение оптимального режима освещенности является жизненной необходимостью.

Недостаток света

Для светолюбивых видов оптимальная длина светового дня — от 13 до 15 часов. Если света растениям не хватает, их естественное развитие замедляется.

К чему это может привести:

• утончению ствола;
• увеличению расстояния между листьями;
• ухудшению яркости окраски, потери пестрой текстуры;

Растение, испытывающее нехватку света

• наклону растения в сторону источника света;

Искривление растений при недостатке света

• недостаточному размеру листвы;
• вялости, пожелтению и опаданию листьев, особенно нижних;
• отсутствием цветения или увяданием бутонов;

Увядание бутонов

• прекращению роста;
• повреждению ослабленного цветка вредителями;
• в наиболее тяжелых случаях — к гибели растения.

Пожелтение комнатного цветка в условиях недостаточной освещенности

Излишек освещения

Переизбыток света также приводит к нарушению в развитии цветов. Они испытывают сильный стресс, несмотря на достаточный полив.

Растения становятся вялыми, они могут получить световой ожог, на краях листвы появляется желтизна, затрагивая отдельные участки или весь лист. Часто наблюдается почернение листочков.

Растение начинает отклоняться от светового источника. Срок жизни цветка значительно уменьшается. Если чрезмерную освещенность не отрегулировать, культура может засохнуть.

Как определить по внешнему виду растения переизбыток света

Правила устройства освещения для растений

Растениям необходимо обеспечить:

• правильный тепловой режим;
• достаточную продолжительность светового дня;
• необходимый спектр света.

Компенсировать цветам недостаток получаемого солнечного света можно при помощи искусственного освещения.

Дополнительное освещение комнатных цветов

Различным видам растений требуется разный уровень освещения. Большей части цветов достаточно 2000… 5000 лк для нормального развития. Но экзотическим представителям флоры необходимо обеспечить от 10 до 50 тыс. люкс.

Примерные нормы необходимой освещенности для различных видов комнатных цветов представлены на фото.

Нормы освещенности для нормального развития растений

Особое внимание необходимо уделять созданию правильных условий для развития светолюбивых цветов:

• интенсивности освещения в пределах 140…220 Вт/м2;
• спектрального насыщения, состоящего из красного и синего цветов.

Самыми важными для жизнедеятельности растений являются красные лучи с длиной волн 600…720 нм и оранжевые (595…620 нм). Они необходимы, чтобы цветок получал энергию для фотосинтеза.

Синие, имеющие длину волны 380…490 нм, участвуют в образовании белка и регулировки скорости развития. Ультрафиолетовые лучи помогают синтезировать витамины и не допускают вытягивания стеблей. Желтые и зеленые же особой роли не играют.

Размещать источники света следует над растениями. Так удастся избежать их искривления. Также важно соблюдать расстояние от лампы до цветка, чтобы не вызвать ожогов или излишнего вытягивания стеблей.

Подсветка, расположенная над растением

Виды источников света для выращивания растений

Для создания искусственного освещения своими руками можно использовать несколько видов источников. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Лампы накаливания

Одним из преимуществ этого вида ламп является их доступность. Но минусов — гораздо больше, чем плюсов. Источники выделяют тепло, что приводит к опасности обжечь растение.

Лампы — хрупки, не слишком долговечны и быстро выходят из строя при скачках электрической энергии. Но самое главное — спектр их излучения чересчур смещен в область красного цвета.

Лампа накаливания для создания искусственного освещения

Газоразрядные источники

Для подсветки растений, как правило, используются:

1. Люминесцентные источники

Они характеризуются цветовой температурой в диапазоне 3000…6500 К, эффективностью — от 35 до 80 лм/Вт. Выпускаются лампы для растений с более мощным излучением в спектре синего и красного света, что хорошо влияет на фотобиологический процесс.

Источники характеризуются низкой теплоотдачей и экономичностью. Но они — химически опасны из-за паров ртути.

2. Натриевые и ртутные светильники

Натриевые источники активно используются для освещения растений в теплицах. В домашних условиях излишняя яркость плохо воздействует на органы зрения человека. К тому же они сильно нагреваются при работе. Светоотдача ламп варьируется от 150 до 200 лм/Вт.

Спектр ртутных моделей не слишком подходит для рассады. И, опять-таки, их вредность для здоровья заставляет задуматься о целесообразности использования. С 2020 года лампы, содержащие ртуть, выводятся из обращения.

Организация освещения при помощи натриевой лампы

Светодиоды

В последнее время этот вид источников света набирает популярность. И это не случайно.

Диоды отличаются:

• Экономичностью. Их потребление электрической энергии в несколько раз меньше, чем у «лампы Ильича».
• Долговечностью. Срок службы диодов превышает аналогичную характеристику обычной лампы в 15…50 раз.
• Низким уровнем нагрева, не позволяющим обжечься при касании.
• Экологичностью. Светодиоды не содержат вредных веществ.
• Спектром, максимально приближенным к естественному.
• Мгновенным набором полной яркости.
• Светоотдачей на уровне 100 лм/Вт.
• Простотой в использовании. Диоды не нуждаются в дополнительных приспособлениях: отражателях, защитных стеклах и т.д.

Лампы освещения светодиодные для цветов

Из минусов можно выделить наличие на рынке ламп низкого качества.

Важно! Следует приобретать продукцию проверенных изготовителей. К ним относятся: российские Оптоган, Оптрон, Артледс, а также известные заводы Philips Lumileds, Edison, Toshiba, Agilent Technologies и некоторые другие.

Также многих отпугивает высокая цена источников света. Но такая продукция за счет своих характеристик довольно быстро окупается. Для получения лучшего представления рассмотрим спектры излучения различных видов ламп.

Спектры различных источников света

Спектр ламп накаливания — непрерывный, как и солнечный, но в нем мало синей составляющей. У люминесцентных источников плохой спектр, состоящий из нескольких пиков. В этом отношении диодное освещение гораздо ближе к естественному, и получаемому от лампы накаливания.

После появления светодиодов для организации освещения растений стали использовать белые кристаллы. Но такой вид подсветки не совсем эффективен, так как достаточно большая доля электроэнергии тратится на зеленый и желтый диапазон, что представляет собой бесполезное расходование ресурсов.

Подсветка растений светильником из белых светодиодов

Идеальным спектр светодиодных источников становится для комнатных растений после объединения синего и красного цветов. Для создания оптимальных условий рекомендуется использовать красные и синие диоды в пропорции 2:1.

В последнее время источники света стали покрывать слоем люминофора, пропускающим лишь синие и красные лучи. Глазу такое излучение видится в пурпурном цвете.

LED освещение

Фитосветодиоды

Разработки в этом направлении продолжаются. Одним из последних изобретений стало появление фитосветодиодов.

Фитосветодиоды Bridgelux

Диоды Bridgelux характеризуются:

• ресурсом: 50 тыс. часов;
• номинальной мощностью: 1 Вт;
• напряжением: 3…3,4 В;
• направленностью рассеивания лучей: 120 градусов.

Их отличие от обычных кристаллов в том, что используются не несколько чипов, имеющих различные спектры излучения — синие или красные. В данном случае в одном чипе собран широкий спектр, где преобладают красные и синие лучи.

Сравнение спектров двух видов светодиодов

Что примечательного в фитосветодиодах:

• Охватывание диапазона волн с длиной от 400 до 840 нм.
• Максимальное приближение интенсивности излучения к характеристикам солнечного света.
• Отсутствует необходимость использовать разные светодиоды для устройства освещения. Фиточип собран на основе одного кристалла.
• Использование фитосветодиодов позволяет обеспечить полноценное развитие растений во все периоды: роста, цветения и плодоношения.
• Фитодиоды работают эффективнее, чем собранные из разных чипов системы.

Фитосветильник для растений

Расчет необходимого уровня освещенности

Правильно подобранное светодиодное освещение растений позволит питомцам нормально развиваться и радовать хозяев прекрасным внешним видом.

При расчетах необходимо учитывать:

• вид комнатного цветка;
• расстояние от лампы до него;
• площадь, которую планируется освещать.

Важно! При расположении источника света над растениями не обойтись без потерь светового потока. Так, при нахождении ламп на высоте 0,3 м будет потеряно примерно 30% потока.

Светильник на высоте 30 см от цветов

Под освещенностью понимают количество светового потока (в люменах), падающего на квадратный метр основания.

К примеру, требуется рассчитать необходимое количество ламп для освещения полки с цветами длиной 1 м и шириной 30 см. Площадь конструкции составит 0,3 м2. Для создания освещенности в 5 тыс. лк потребуются источники света, имеющие световой поток 1500 лм. Учитывая 30-ти процентные потери, необходимо создать запас потока. Таким образом, необходимое количество светового потока увеличится до 1950 лм.

Показатели светоотдачи различных источников света известны. Зная их, не слишком сложно вычислить необходимую для организации подсветки мощность ламп.

Показатели светоотдачи различных источников света

• Стандартные лампы накаливания. Они имеют светоотдачу около 12 — 13 лм/Вт. Определяется мощность, которую должны иметь источники света: 1950 делим на12, получается 162,5 Вт. Для обеспечения требуемой освещенности понадобятся 3 лампы по 60 Вт.
• Люминесцентные источники. Лампы обладают светоотдачей на уровне 65…70 лм/Вт. Соответственно, мощность светильников должна быть 30 Вт. Для подсветки растений можно ограничиться двумя лампами по 15 Вт.
• Светодиоды. Их светоотдача составляет примерно 100 лм/Вт. Такие источники света должны обеспечить мощность 19,5 Вт. Можно взять 3 лампы по 7 Вт.

Но следует учитывать, что расчеты сделаны при монтаже освещения на высоте 30 см над цветами. Если расстояние будет больше, потери существенно возрастут.

Зависимость освещенности от высоты расположения светильника

Устройство освещения

Больше информации можно получить из видео в этой статье.

Самый простой вариант изготовления подсветки — монтаж светодиодных лент. В их маркировке обычно указан световой поток метра источника света. Он зависит от количества светодиодов, приходящегося на один метр длины и их типа.

Характеристики светодиодных лент

Проще всего купить готовую фитоленту, состоящую из красных и синих чипов. В зависимости от целей можно приобрести источник света с соотношение красных и синих кристаллов 3:1, 4:1 или 5:1.

Хорошим вариантом станет использование лишь одной ленты, типа RGB.

RGB светодиодная лента

Правда, для управления ее работой понадобится не только блок питания, но и контроллер. Это приведет к повышению общей стоимости приспособления.

Составные элементы RGB ленты

Также можно собрать источник света для цветов из двух лент, с синими и красными кристаллами.  Это поможет сэкономить, но придется повозиться с паяльником, создавая конструкцию с необходимой кратностью кристаллов. Приобретать ленты с нанесенным защитным покрытием из силикона для использования дома нет резона. К тому же оно уменьшает световой поток.

Два вида светодиодных лент для изготовления источника света для цветов

Краткая инструкция по сборке подсветки из светодиодных лент красного и синего цветов (для подсветки рассмотренного выше варианта полки площадью 30 х 100 см):

• Для обеспечения необходимой кратности 2:1 требуется взять, например две метровые ленты 5050 с 60 красными чипами и одну модель 3528 синего цвета. Получится 120 красных кристаллов и 60 синих.

Важно! Маркировка 3528 и 5050 означает размер светодиода в мм, следовательно, они имеют размеры 3,5 х 2,8 мм и 5 х 5 мм соответственно.

• Обрезать светодиодные ленты необходимо по соответствующим меткам.

Места, по которым можно обрезать ленту

• После этого требуется соединить конструкцию с блоком питания.

Припаянные провода к ленте

Подключение к БП производится в соответствии со схемой:

Схема подключения светодиодных лент к блоку питания

Работу следует проводить аккуратно и с соблюдением полярности.

Так выглядит светодиодная лента, готовая к работе, в собранном виде

• Если лента снабжена клейкой основой, это упрощает процесс. Требуется лишь обезжирить основание, на которое она будет монтироваться, снять защитную пленку и приклеить конструкцию. При отсутствии клейкой прослойки придется воспользоваться клеем, например, «Моментом».

Монтаж светодиодной подсветки

Для основания светильника можно использовать, например, лист пластика. Остается лишь включить полученное приспособление в розетку.

Нужно учитывать, что изготовленная подсветка из красных и синих кристаллов приводит к утомляемости органов зрения, поэтому следует ограничить пребывание людей в зоне работы освещения.

Диодное освещение для комнатных цветов

Светодиодное освещение для растений позволяет создать оптимальные условия для роста и развития комнатных цветов и позволит наслаждаться их здоровым и привлекательным видом круглый год.

elektrik-a.su

Какие лампы для растений лучше выбрать и использовать

Очень важно правильно выбрать лампочки для выращивания комнатных, тепличных и аквариумных растений. Если ошибиться в выборе, дальнейшие последствия могут быть неутешительными: рассаде (либо водорослям) может попросту не хватать света, что может приостановить их рост либо более серьезные проблемы – слишком яркое освещение и выделение тепла сожгут листья, что приведет к гибели растительного мира. Чтобы не произошли различного рода неприятности, необходимо знать, какие лампы для растений лучше выбрать, купить и в дальнейшем использовать. Далее мы предоставим к Вашему вниманию сравнение всех наиболее популярных типов источников света: от лампочек накаливания до светодиодов.

Обзор существующих лампочек

Чтобы информация легче воспринималась, одновременно будем перечислять все существующие типы ламп, которые лучше всего подходят для подсветки и выращивания растений, и сразу же поговорим о том, насколько рационально использовать каждый вариант.

Итак, на сегодняшний день для освещения растительного мира в доме можно выбрать и использовать такие источники света, как:

• Лампы накаливания. Самый дешевый и не рекомендуемый вариант по многим причинам: имеют короткий срок службы, слабую светоотдачу (до 17 Лм/Вт) и значительное выделение тепла. Как результат – рассада либо комнатные цветы в горшке не будут получать необходимое количество света, в результате чего это негативно скажется на темпе роста и соответственно правильности выращивания. К тому же, слишком мощная лампочка может сжечь листья, если ее разместить рядом с растением. Итог – данный вариант ни в коем случае не нужно использовать в домашних условиях, т.к. лучше всего выбрать более современные и эффективные типы ламп, о которых мы и поговорим ниже.
• Люминесцентные (энергосберегающие) лампы. Такой вариант намного целесообразнее выбрать и использовать для подсветки растительности в доме, теплице и непосредственно в аквариуме. У энергосберегающих источников света множество преимуществ, а именно: высокая светоотдача, небольшое выделение тепла и экономичность, что делает их хорошим вариантом освещения комнатных и аквариумных растений. К тому же существуют специальные люминесцентные фитолампы, которые предназначены только для выращивания рассады и цветов.
• Светодиодные лампочки. Светодиоды являются наиболее молодым типом лампочек, который за короткий промежуток времени успел завоевать высокий интерес в различных областях применения. Светодиодные лампы лучше для растений из-за того, что потребляют минимальное количество электроэнергии, практически не выделяют тепла и к тому же могут быть различного спектра светового излучения, что позволяет выбрать подходящие LED лампочки для собственного вида растений в доме.
• Газозарядные (натриевые, ртутные, металлогалогенные). На данном варианте светотехнической продукции нужно остановиться подробнее, т.к. не все газозарядные лампы подходят для выращивания растений. Ртутные лампы из всех перечисленных вариантов являются наиболее худшим для роста растений в доме, теплице и аквариуме. Это связано с тем, что лампочки ДРЛ имеют световой поток почти в 2 раза меньше, нежели натриевые и металлогалогенные источники света. К тому же, сам световой спектр у ртутных изделий не совсем подходит для развития и дальнейшего роста рассады, цветов, водорослей. Что касается натриевых ламп – ДнаТ, они ярко светят желто-оранжевым, что очень сильно соответствует естественному солнечному освещению. Отзыв специалистов — лучше выбрать и использовать ртутные лампочки для выращивания цветочных растений. Ну и последний вариант – металлогалогенные лампы являются самыми дорогими, но в то же время самыми подходящими источниками освещения для тех представителей «зеленого мира», которым более предпочтителен вегетативный рост, а не цветение.

Вот мы и рассказали Вам, какие лампы подходят для подсветки и выращивания комнатных растений. Обращаем Ваше внимание на то, что для дома самым оптимальным вариантам по цене и эффективности будут люминесцентные лампы КЛЛ, которые имеют светоотдачу от 80 до 100 Лм/Вт. Если есть возможность растратиться чуть больше, лучше выбрать светодиодные лампы для растений, которые все же превосходят натриевые лампочки, ранее используемые в теплицах и парниках!

Более подробно узнать о том, какие лампочки лучше подходят для выращивания рассады (к примеру, томатов) либо цветов, Вы можете на видео примерах:

Как правильно организовать освещение?

С тем, какие бывают лампы для выращивания растений, Вы ознакомились, и наверняка уже знаете, какой вариант источников света выбрать для собственных условий. Теперь вкратце Вам расскажем о том, как лучше организовать подсветку, чтобы не навредить растительному миру в доме.

Первое, что нужно учитывать – высоту от светильников до листьев. Минимальное расстояние должно быть 15 см, если растение светолюбивое и 55 см, если теневыносливое. Помимо этого, свет должен падать на горшки с цветами либо рассаду (либо аквариумную флору) строго под прямым углом. В противном случае растения будут тянуться к свету и обретут некрасивую форму.

Второе – каждому определенному виду представителю флоры требуется свой определенный световой спектр. Некоторые цветы нуждаются в синем спектре, некоторые – в красном. Вы должны первым делом узнать у флористов либо прочитать в интернете о том, какие требования предъявляются к выращиванию Вашего любимого растения, после чего уже выбирать подходящие лампы.

Третье – если Вы не нашли по каким-либо причинам лампочку с подходящими характеристиками светоотдачи и спектра, можете организовать комбинированное освещение, к примеру лампами дневного света одновременно с фитолампами и т.д.

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, какие лампы для растений лучше выбрать и использовать в домашних условиях. Обязательно рекомендуем просмотреть похожую статью – как сделать светодиодное освещение в аквариуме!

samelectrik.ru

Какой свет для растений лучше всего подходит?

Красный, белый, голубой синий? Выбирай себе любой!

Как растения реагируют на разный спектр света и какое освещение действительно улучшает фотосинтез и плодоношение растений. В этой статье мы разберем ключевые особенности влияния света на растения.

Фотосинтез и свет

Солнечный свет необходим для растений на любой стадии развития. Основными характеристиками света являются его спектральный состав, интенсивность, суточная и сезонная динамика. Недостаток света – сокращение продолжительности светового дня и малая интенсивность освещения – приводят к гибели растения. Свет – единственный источник энергии, обеспечивающий функции и потребности зеленого организма. Для восполнения недостатка солнечного света применяется досветка растений. Наиболее распространенные инструменты – лампы ДНаТ и светодиодные светильники.

Фотосинтез – основа жизни растения. Энергия квантов света преобразует получаемые растением неорганические вещества в органические.

Свет разных длин волн по-разному влияет на интенсивность фотосинтеза. Первые исследования на эту тему были проведены еще в 1836 г. В. Добени. Физик пришел к выводу, что интенсивность фотосинтеза пропорциональна яркости света. Наиболее яркими лучами в то время считались желтые. Выдающийся российский ботаник и физиолог растений К.А. Тимирязев в 1871–1875 гг. установил, что зеленые растения наиболее интенсивно поглощают лучи красной и синей части солнечного спектра, а не желтые, как это считалось ранее. Поглощая красную и синюю часть спектра, хлорофилл отражает зеленые лучи, из-за чего и кажется зеленым. На основании этих данных немецкий физиолог растений Т. В. Энгельман в 1883 г. разработал бактериальный метод изучения ассимиляции углекислого газа растениями, который подтвердил, что разложение углекислого газа, (а, значит, и выделение кислорода) у зеленых растений наблюдается в дополнительных к основной окраске (т.е. зеленой) лучах – красных и синих. Данные, полученные на современном оборудовании, полностью подтверждают результаты, полученные Энгельманом более 130 лет назад.

Рис.1 – Зависимость интенсивности фотосинтеза зеленых растений от длины световой волны

Максимальная интенсивность фотосинтеза – под красным светом, но одного красного спектра недостаточно для гармоничного развития растения. Исследования показывают, что салат, выращенный под красным светом, имеет большую зеленую массу, чем салат, выращенный под комбинированным красно-синим освещением, но в его листьях значительно меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов.

 

ФАР и ее производные

Фотосинтетически активная радиация (ФАР, PPF — Photosynthetic Photon Flux) – та часть доходящей до растений солнечной радиации, которая используется ими для фотосинтеза. Измеряется в мкмоль/Дж. ФАР можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м²).

Фотосинтетический фотонный поток (PPFD —  Photosynthetic Photon Flux Density) — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с).

Значение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400 — 700 нм. Кроме того, используется приближение, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность.

Если известен точный спектр излучения, можно оценить усваиваемый растением поток фотонов (YPF — Yield Photon Flux), представляющий собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. YPF всегда несколько меньше PPF, но позволяет более адекватно оценивать энергетическую эффективность источника света. 

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.

Эффективность белых светодиодов

Выделенный и очищенный хлорофилл invitro поглощает только красный и синий свет. В живой же клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу.

Несколько фактов о белых светодиодах:

1.      В спектре всех белых светодиодов, даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, очень мало дальнего красного (рис. 2).

 

Рис. 2. Спектр белого светодиодного (LED 4000K Ra = 90) и натриевого света (HPS)

в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B),

красному (Ar) и дальнему красному свету (Afr)

 

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, и, следовательно, урожай в дальнейшем. Под белыми светодиодами и лампами ДНаТ растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

 

2. Синий свет обеспечивает фототропизм — «слежение за солнцем» (рис. 3).

Рис. 3. Фототропизм — разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей

на синюю компоненту белого света

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если разместить рядом с растением лампу с интенсивным холодным светом – оно развернет соцветия в сторону лампы.

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

[эфф.мкмоль/Дж],
где η – светоотдача [Лм/Вт], 

Ra  – индекс цветопередачи, 

CCT – коррелированная цветовая температура [К]

 

Эта формула может быть использована для расчета освещенности, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить требуемое значение YPF , например, 300 эфф.мкмоль/с/м²:

	3000К	4000К	5000К
Ra=70	25 424	25 641	25 641
Ra=80	23 077	23 810	24 194
Ra=95	20 408	21 583	22 388

Табл.1 – Освещенность (лк), соответствующая 300 эфф.мкмоль/с/м²

Из таблицы видно, что чем меньше цветовая температура и выше индекс цветопередачи, тем ниже необходимая освещенность. Однако, учитывая, что светоотдача светодиодов теплого света несколько ниже, ясно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

4.      Для практических целей можно использовать правило: световой поток 1000 лм соответствует PPF=15мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует PPFD=15мкмоль/с/м².

 

Более точно рассчитать PPFD можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м²],

где k – коэффициент использования светового потока (доля светового потока от осветительной установки, падающая на листья растений)

F – световой поток [клм],

S – освещаемая площадь [м²]

 

Но k – величина неопределенная, что увеличивает неточность оценки.

Рассмотрим возможные значения для основных типов осветительных систем:

 

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. То есть, чем больше расстояние от светильника до растения – тем больше света попадает не на листья. Поэтому экономически нецелесообразно использовать для освещения одиночных протяженных грядок светильники, расположенные на высоте более 2м. Применение линз позволяет сузить световой поток светильника и направить на растение большую долю света. Однако сильная зависимость освещенности от расстояния и неопределенность эффекта применения оптики не позволяют определить коэффициент использования k в общем случае.

· 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. Доля светового потока, падающего на растение, зависит от отражательных свойств поверхностей и геометрии объема. Определить k в общем случае невозможно.

·  Большие массивы источников над большими посадочными площадями

Большие массивы точечных или линейных светильников над большими площадями посадок энергетически выгодны. Квант, излученный в любом направлении, в итоге попадет на какое-либо растение, коэффициент k близок к единице.

  Итак, 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 ФАР целесообразно выбирать достаточно грубую методику оценки освещенности, не учитывающую эти нюансы. И при возможности замерять фактическую освещенность люксметром.

Наиболее адекватная оценка фотосинтетически активного потока белого света достигается, если измерить освещенность E с помощью люксметра и пренебречь влиянием спектральных параметров на энергетическую ценность света для растения. Таким образом, оценивать PPFD белого светодиодного света можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м²]

Оценим по приведенным выше формулам применимость офисного светодиодного светильника DS-Office 60 для выращивания салата и его PPFD.

Cветильник потребляет 60Вт, имеет цветовую температуру 5000К, цветопередачу Ra =75 и светоотдачу 110 лм/Вт. При этом его эффективность составит 

YPF = (110/100) (1,15 + (3575 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,32 эфф. мкмоль/Дж,

что при умножении на потребляемые 60 Вт составит 79,2 эфф. мкмоль/с.

Если светильник расположить на высоте 30-50см над грядкой площадью 0,6×0,6м = 0,36, плотность освещения составит 79,2 эфф. мкмоль/с / 0,36м² = 220 эфф. мкмоль/с/м², что на 30% ниже рекомендованного показателя в 300 эфф. мкмоль/с/м². Значит, мощность светильника нужно увеличить на 30%.

PPFD = 15×0,110клм/Вт×60Вт/0,36м²=275 мкмоль/с/м²

 

Эффективность фитосветильника DS-FitoA 75. (75Вт, 5000К, Ra = 95, 102 лм/Вт):

YPF = (102/100)(1,15 + (3595 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,37 эфф. мкмоль/Дж, или 102,75 эфф. мкмоль/с. При аналогичном расположении над грядкой плотность освещения составит 285 эфф. мкмоль/с/м², что близко по значению к рекомендованному уровню.

PPFD = 15×0,102клм/Вт×75Вт/0,36м²=319 мкмоль/с/м²

 

Эффективность ДНаТ

Агропромышленные комплексы консервативны в вопросах освещения теплиц и предпочитают использовать проверенные временем натриевые лампы. Эффективность ДНаТ зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. YPF при этом составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. (рис.4). 1000 лм светового потока соответствуют PPF = ~12 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк — PPFD = ~12 мкмоль/с/м², что на 20% меньше аналогичных показателей белого светодиодного света. Эти данные позволяют пересчитывать для ДНаТ люксы в мкмоль/с/м² и пользоваться опытом освещения растений в промышленных теплицах.

Рис. 4. Спектр натриевой лампы для растений (слева). Эффективность (лм/Вт и эфф.мкмоль/Дж) серийных натриевых светильников для теплиц (справа)

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт, является достойной альтернативой лампы ДНаТ.

 

Рис. 5. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и офисного светильника.

 

Обычный светильник общего освещения при досветке растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе и красно-синему светильнику. 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.

 

В настоящее время используется освещение гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 6-8).

Рис.6 – Ферма Fujitsu по выращиванию зелени

Рис. 7 – Гидропонная установка Toshiba

Рис.8 – Крупнейшая вертикальная ферма Aerofarms, поставляющая свыше 1000 тонн зелени в год

Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало.

Основным направлением исследований сегодня является корректирование недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Опыты японских исследователей показывают увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого.

 

Рис. 9. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа — под красно-синими

(из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

 

Проект Фитекс представил результаты эксперимента по выращиванию различных культур в одинаковых условиях, но под светом различного спектра. Эксперимент показал, что спектр влияет на параметры урожая. Сравнить растения, выросшие под белым светом, под светом ДНаТ и узкополосным розовым вы можете на рис. 10:

Рис. 10 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. Еще меньше он отличается от спектра теплого белого света экстравысокой цветопередачи Ra=98. Основное различие в том, что у Rose небольшая доля энергии из центральной части удалена (перераспределена к краям) (рис.11):

Рис.11 – Спектральное распределение для теплого белого света экстравысокой цветопередачи и света Rose

 

Перераспределение энергии излучения из центра спектра к краям не оказывает влияния на жизненные процессы растений, но свет становится розовым.

Влияние качества света на результат

Реакция растения на свет – интенсивность газообмена, потребления питательных веществ и процессов синтеза – определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ (рис.12).

 

Рис.12 — Влияние определенных цветов солнечного спектра

на различных стадиях развития растений

 

Обычный белый светодиодный свет и специализированный красно-синий при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Однако широкополосный белый способствует комплексному развитию растения, не ограничивающемся только стимуляцией фотосинтеза. Удаление из полного спектра зеленого для получения фиолетового из белого – не более чем маркетинговый ход.

Красно-синий, розовый светодиодный свет или желтый свет ДНаТ может быть использован в промышленных теплицах. Но если досветка растений происходит при постоянном присутствии человека, необходим белый свет, не раздражающий зрительные и нервные рецепторы.

Выбор типа светодиодного светильника или лампы ДНаТ зависит от особенностей выращивания той или иной культуры, но в любом случае необходимо учитывать:

· Фотосинтетический фотонный поток PPFD и усваиваемый поток фотонов YPF. Теперь эти показатели можно рассчитать самостоятельно, зная световой поток светильника, индекс цветопередачи и цветовую температуру.

Рекомендуемое значение YPF=300 эфф. мкмоль/с/м²

· Степень защиты корпуса светильника от проникновения пыли и влаги. При IP ниже 54 внутрь могут попадать частицы почвы, пыльца, капли воды при поливе, что приведет к выходу светильника из строя.

· Присутствие людей в помещении с работающими лампами. Розовый, фиолетовый свет утомителен для глаз и может вызывать головные боли, желтый свет искажает цвета объектов.

· Лампы ДНаТ нагреваются при работе, их необходимо подвешивать на значительной высоте, чтобы избежать ожогов и пересушивания почвы. Световой поток газоразрядных ламп снижается через 1,5-2 года использования.

Грамотно подобранный свет обеспечивает быстрое и правильное развитие растений –укрепление корневой системы, увеличение зеленой массы, обильное цветение и ускоренное созревание плодов. Технологический прогресс выводит растениеводство на новый уровень – используйте его плоды!

99ds.ru