Diody Świecące LED do Uprawy Roślin – #2

Standard

SOLERIQ-P-9Natężenie diod świecących do uprawy roślin

Wprowadzenie

W diodach świecących, różnice w natężeniu oświetlenia zależą od emitowanej długości fali świetlnej – o czym można się dowiedzieć studiując inżynierię materiałową. Pojedyncze diody są wytwarzane z różnych materiałów i w związku z tym promieniują tylko w ściśle określonym zakresie oraz z często różniącym się natężeniem światła. Pomimo międzynarodowej standaryzacji, definicje w dziedzinie oświetlenia takie jak moc i natężęnia światła, różnią się pomiędzy sobą w zależności od tego, kto je przedstawia.

Rośliny natomiast wymagają ścisłych pomiarów światła, którego potrzebne natężenie (niskie, średnie, lub wysokie) zależne jest przede wszystkim od rodzaju rośliny, jej fazy wzrostu w danym momencie, oraz jej czasokresu światła (rośliny potrzebujące długiego dnia, krótkiego dnia, lub neutralne). Wymiary pomieszczenia gdzie rośliny wzrastają oraz odległość diod od roślin jest również znacząca.

Możliwości dopasowania natężenia światła w diodach świecących zależy przede wszystkim od specyficznych pomiarów wybranego emitera, mocy promieniowania, kąta rozsyłu, oraz dyfuzji. Jakość emitera może być zmierzona i podana liczbą określającą indeks jasności, inaczej też zwany grupą BIN,  („brightness index number”, czyli, „BIN”).

O pomiarze natężenia diod świecących przy uprawie roślin

Rośliny głównie absorbują niebieskie i czerwone długości fal w zakresie od 400 nm do 700 nm. Ludzkie oko nie widzi większości światła absorbowanego przez rośliny w procesie fotosyntezy ponieważ czułość ludzkich oczu skoncentrowana jest w zielonych długościach fal (około 525 nm) w zakresie widzialnym.

Lumen jest jednostką natężenia światła spostrzeganego przez ludzkie oko, ale nie światła które prowadzi fotosyntezę. Ponieważ producenci skupiają się na oświetleniu dla ludzi, ich specyfikacja lamp podawana jest w lumenach, które nie mogą służyć do prawidłowego pomiaru natężenia światła dla roślin.

Wat jest jednostką mocy wskazującą wydzielaną moc lub jej pobór. Ponieważ nowoczesne i bardzo energooszczędne źródła takie jak świecące diody, zużywają o wiele mniej energii osiągając jednocześnie taką samą jasność, pobierana moc nie ma już tak dużego znaczenia. Obecnie ważniejsze są wartości strumienia świetlnego podanego w lumenach, ale jak już wiemy, lumeny nie są prawidłowym pomiarem źródeł światła dla uprawy roślin.

Na podstawie współczesnej fizyki, światło może być rozumiane jako promieniowanie fal elektromagnetycznych rozchodzących się w przestrzeni i jednocześnie jako pojedyncze cząstki energii, zwanymi fotonami.

Każdy foton ma swój poziom energii dla poszczególnej długości fali. Częstotliwość 454 THz jest czerwoną barwą o długości fali 660 nm z energią 3 x 10-19 J na fotona lub 181 kJ na mola. Częstotliwość 667 THz jest niebieską barwą o długości fali 450 nm i ma energię 4.4 x 10-19 J na fotona lub 266 kJ na mola. Wynika z tego, że poziom energii fotonów ze żródła niebieskich długości fal jest znacznie większy niż czerwonych długości, lecz to nadal nie jest najlepszy wskaźnik mocy oświetlenia dla uprawy roślin.

Jak ustalić natężenie diod świecących do uprawy roślin

Fotosynteza jest konwersją fotochemiczną, gdzie każda molekuła jest aktywowana przez absorbowany foton. Fotosyntetyczne zapotrzebowanie jest bardziej współzależne z liczbą fotonów niż z energią. Najbardziej przydatnym pomiarem natężenia światła dla uprawy roślin nie jest ani moc, ani lumen, lecz strumień fotonów promieniowania czynnego fotosyntetycznie (PCF lub „photosynthetically active radiation”, czyli, „PAR”), ilościowo wyrażany w jednostkach moli lub irradiacji.

Strumień fotonów fotosyntezy (SFF lub „photosynthetic photon flux”, czyli, „PPF”) jest pomiarem kwantowego strumienia fotonów istotnych dla fotosyntezy, czyli promieniowania czynnego fotosyntetycznie, emitowanego przez diodę świecącą. Opisuję gęstość strumienia fotonów docierającego do powierzchni rośliny w mikromolach (µmol) na metr kwadratowy na sekundę. W ogólnym pojęciu, 1 mol światła równa się 6.022 x 1023 fotonów.

Dzienne całko światła (DCŚ lub „daily light integral”, czyli, „DLI”) jest pomiarem ilości światła otrzymanego w ciągu jednego dnia w danym obszarze. Każdy rodzaj rośliny ma inny zakres DCŚ dla optymalnego wzrostu pochodzący ze swojego śwrodowiska naturalnego. Zapotrzebowanie rośliny można dopasować do prawidłowej diody świecącej z odpowiednim natężeniem światła. Wiele handlowo uprawianych roślin ma publikowane i znane ograniczenia w dostawie światła dziennego. Ich przekroczenie może zatrzymać wzrost rośliny, która zacznie wydawać energię tylko po to aby się chronić, czyli przetrwać. Dzienne całko światła ma wpływ na wzrost, rozwój, wydajność i jakość rośliny. W związku z tym, istotne jest, aby dopasować DCŚ rośliny z SFF diody świecącej.

W dobowym czasokresie światła danej rośliny, promieniowanie czynne fotosyntetycznie oraz dzienne całko światła nie powinno przekraczać zapotrzebowania na światło tej rośliny.  Maksymalne DCŚ osiągnalne na zewnątrz w pełnym słońcu wynosi około 60 moli na dzień. Ten poziom nie powinien być przekraczany w pomieszczeniach. Wartości DCŚ w cieplarniach są zazwyczaj znacznie niższe, ale minimum jest 10 moli na dzień. Optymalne promieniowanie powinno brać pod uwagę dotychczasowe czynniki oświetleń do uprawy roślin, ale i też mieć natężenie mierzone między 10 – 60 moli fotonów w zakresie promieniowania czynnego fotosyntetycznie podczas dziennego czasokresu oświetlania.

Przykład #1: porównanie promieniowania diody świecącej do zapotrzebowania rośliny

Dzienne całko światła wybranych pomidorów ma wartość 16 moli. Czy natężenie branej pod uwagę diody pasuje do oświetlania tej rośliny? Można to rozwiązać za pomocą następującego równania, znając pomiar strumienia fotonów fotosyntezy (SFF) danej diody. Rozwiązujemy ile moli na dzień emituje dioda świecąca z natężeniem 1000 µmol fotonów w zakresie promieniowania czynnego fotosyntetycznie i z czasokresem dwunastogodzinnego zapotrzebowania na światło: 1000 x 60 (sekund w minucie) x 60 (minut w godzinie) x 12 godzin = 43,200,000 µmol dziennie. Dzieląc przez 1 milion uzyskuje się 43.2 moli dziennie. Więc przykładowe 43.2 moli natężenia danej diody świecącej jest zbyt mocne. Wybrana dioda świecąca dostarcza niepotrzebny nadmiar fotonów (43.2 moli) w porównaniu do zapotrzebowania pomidorów (16 moli).

Przykład #2: stosunki diod świecących w µmol m2/s 

Metoda określania stosunków diod świecących w oprawie oświelteniowej dla danej rośliny:

Dioda świecąca czerwona 638 nm, 170 µmol m2/s, 55%*

Dioda świecąca niebieska 470 nm, 90 µmol m2/s, 35%*

Dioda świecąca zielona 535 nm, 20 µmol m2/s, 10%*

*Z całego promieniowania (stosunek miliwatowy, mW).

Całość światła padającego na rośline ze wszystkich diod nie ma przekraczać 300 µmol m2/s. Powyższy przykład ma teoretycznie obliczone 280 µmol m2/s, więc pasuje.

Przykład #3: Miernik Strumienia Kwantowego

Pomiar Strumienia Fotonów Fotosyntezy – czyli mole na metr kwadratowy na sekundę można zbadać używając Miernika Strumienia Kwantowego (“Quantum Flux Meter”) dla diod świecących.

Apogee Quantum Flux MetersPrzykład firmy która się zajmuje takimi miernikami moli światła:
http://www.apogeeinstruments.co.uk/quantum/
(Koszt miernika jest przeciętnie 1000zł): 

Katalog PDF:
http://www.apogeeinstruments.co.uk/content/apogee-catalog-2015-web-version.pdf

Podstawowe aplikacje do techniki światła na telefon komórkowy:
http://www.apogeeinstruments.co.uk/apogee-mobile-apps/

Pod koniec 2012 roku, czyli dwa i pół lat temu, Apogee opublikował dokument w którym opisane jest że nie ma jeszcze komercyjnych mierników moli świetlnych na diody świecące do uprawy roślin:
http://www.apogeeinstruments.co.uk/content/Quantum-Sensors-LEDs-Downing-College-September-2012.pdf


Uwaga: Autor tego artykułu bada opracowania diod świecących do uprawy roślin dla firmy Neo-LED która nie jest powiązana z tym blogiem ani z Connectivist Collective. Wrocławska firma Neo-LED od lat osiąga sukcesy w różnych oświetleniach typu LED, w tym również w wysokiej jakości systemach dla roślin. Na ich witrynie znajduje się instruktaż do budowy własego panela LED do uprawy roślin. Autor tutaj w blogu publikuje rezultaty pierwszych badań aby jeszcze szerzej rozpowszechniać informacje której brakuje w języku polskim. Temat światła i roślin jest bliski świadomego ekologicznego rozwoju, czyli działań Connectivist Collective.

MMK - Dzienne Calko Swiatla - first

 

 

Advertisements

One thought on “Diody Świecące LED do Uprawy Roślin – #2

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s