Led лампы для растений

Вот уже несколько месяцев я занимаюсь светодиодными фитолампами. Скажу честно – это было трудно, т.к. все приходилось изучать самому, информации очень мало, тема еще слишком новая. Правда мне помог один технический специалист по свету. Теперь самая пока изложить Вам всю правду и развеять мифы, бытующие на форумах. Для удобства постараюсь разбить всю информацию и мысли на пункты:

Видео о практике использования фитоламп для выращивания растений:

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

Видео обзор о фитолампах и их производителях:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник: Minifermer.ru

LED светильники для выращивания растений

Grow LED не только более эффективно «производит» световые лучи, сами световые лучи также могут намного лучше и эффективнее поглощаться растениями, что приводит к еще лучшему урожаю при тех же затратах на электроэнергию. Современные светодиоды для выращивания растений имеют примерно на 30% больше светового потока, чем обычные HPS с тем же энергопотреблением. Затраты на приобретение определенно высоки, но после нескольких прогонов лампы окупились за счет более высокой урожайности или более низких затрат на электроэнергию.

Светильники для домашнего растениеводства

С тех пор, как они впервые появились на садоводческом рынке, LED светильники неуклонно набирают популярность среди ситифермеров. В течение последних 5 лет прогресс в технологии светодиодного освещения для выращивания растений был быстрым. Светодиодные лампы для выращивания растений теперь могут производить высококачественный, интенсивный свет, аналогичный тому, который дают традиционные лампы для выращивания растений HPS, при вдвое меньших затратах на электроэнергию!

Лампы для выращивания ДНАТ сильно нагреваются и требуют большого количества оборудования и надлежащей вентиляции, чтобы свести к минимуму риск возгорания. С другой стороны, качественные светодиодные лампы для выращивания внутри помещений работают довольно прохладно даже после многих часов работы. Кроме того, они имеют более низкую рабочую температуру и энергопотребление (до 60% меньше, чем эквивалентный ДНАТ). Их эффективность означает, что они также имеют более длительный срок службы: хороший светодиодный светильник для выращивания прослужит 50000 – 100000 часов непрерывного использования, в то время как лампы для выращивания растений HPS начнут деградировать примерно через 2000 – 3000 часов.

Хорошее освещение для выращивания в помещении — это не только вопрос экономии и эффективности. Светодиодные лампы для выращивания растений также производят более качественный полный спектр света, в отличие от натриевых ламп. Это означает, что ваши растения могут расти от рассады до цветка без какого-либо участия цветовода!

Важные рабочие характеристики светодиодных светильников для выращивания растений

Спектр

Самая важная характеристика любой лампы — это спектр. Спектр показывает, подходит ли лампа больше для фазы цветения или роста. Чем больше красного света в лампе, тем больше она подходит для фазы цветения. С другой стороны, синий свет стимулирует рост крупных листьев и, таким образом, делает растения густыми и широкими, что делает его идеальным для фазы роста. Лампы «полного спектра» могут использоваться для обеих фаз.

Плотность фотонов

Другой важной характеристикой является количество фотонов, которое может использовать растение (PPFD), которое указывается в мкмоль / Джоуль или / секунду. Точное объяснение здесь было бы слишком длинным и сложным! Вот и все: чем выше это значение, тем лучше лампа!

Краткий обзор преимуществ светодиодных светильников для выращивания растений

Светодиоды обеспечивают более высокую производительность благодаря увеличению светоотдачи на 30% по сравнению с HPS.
Спектр света оптимизирован для роста и цветения растений и увеличивает его, а также качество (терпены).
Светодиоды Grow работают эффективнее и холоднее, чем лампы HPS или MH.

Источник: growell.ru

Эксплуатационные особенности осветительных приборов

С помощью LED-ламп для растений удастся решить проблему с нехваткой света. Они отличаются экономичностью, при использовании не нагреваются, устойчивы к влаге и имеют большой эксплуатационный ресурс. Синие и фиолетовые оттенки способствуют росту стеблей и листьев. Красный свет обеспечивает развитие корневой системы, цветение и плодоношение.

Светодиодная лампа для растений полного спектра мгновенно включается и гарантирует ровное свечение. Спектр свечения светодиодов составляет 400-700 Нм, что обеспечивает полноценный фотосинтез. Гроубокс устанавливается над растением на высоте 15-80 см. Рекомендуемое время работы светильника составляет не менее 12 часов. После процедуры досветки рассаду необходимо на 7-8 часов оставить в темном месте для темного фотосинтеза. Фитолампы можно размещать на близком расстоянии к растениям не причиняя им вреда.

Преимущества светодиодных светильников

Светодиодные лампы для растений обладают множеством достоинств:

Легкость использования. Конструкция просто и быстро устанавливается в нужное место. Монтаж производится без использования специального инструмента. Для работы устройства потребуется только подключить его в розетку.
Длительность эксплуатации. Срок службы ЛЕД-лампы для растений полного спектра составляет 50 000 часов (средний показатель). Если использовать осветительный прибор ежедневно по 12 часов он прослужит около 10 лет.
Регулировка интенсивности свечения. Можно задавать нужный уровень яркости светильника с учетом периода роста светокультуры.
Направление светового потока. ЛЕД-освещение для растений направляется под нужным углом. Из-за этого обеспечивается неизменность температуры в помещении.
Безопасность эксплуатации. Светодиодные устройства безопасны человека и домашних питомцев. Они не нагреваются больше чем на 55 °C.

Покупка LED-ламп в Подольске на выгодных условиях

В интернет-магазине GrowWorld.ru можно по доступным ценам купить светодиодные светильники для растений любого размера. В каталоге представлены гроубоксы для различных светокультур. Светильники обеспечивают широкий диапазон фотосентетического потока.

Специалисты ответят на интересующие вопросы и подберут фотосветильники для выращивания рассады в домашних условиях. Осуществляется оперативная доставка товара по территории России. Для постоянных клиентов предусматриваются скидки. На продукцию распространяется гарантия.

Чтобы купить LED-лампы полного спектра, свяжитесь с менеджером по телефону или отправляйте электронную заявку.

Источник: growworld.ru

Когда использовать фитолампы

Осенью и зимой растениям недостаточно естественного света, который попадает в комнату с улицы. Чтобы решить эту проблему, нужно подключать дополнительные источники.

Обычные лампы не подойдут: они повредят нежные листья и стебли растений. К тому же эти лампы излучают свет в желтом и зеленом спектре — они для растений практически бесполезны. Чтобы сохранить растения зимой, используйте фитолампы.

Фитолампы нельзя использовать круглосуточно без перерыва. Растениям нужен темный период покоя. Для начала лучше включать прибор на 2–3 часа в день, постепенно увеличивая время подачи света до 12 часов.

Какой свет дают фитолампы

Фитолампы отличаются от обычных цветовым спектром. Они дают синий и красный диапазон лучей, который необходим для развития растений. При таком освещении лучше проходит процесс фотосинтеза — растения растут, укрепляются их стебли и корневая система.

Какие бывают фитолампы

Фитолампы делятся на три вида по спектру свечения: биколорные, мультиспектровые и полноспектральные.

Биколорные фитолампы (на упаковке — bicolor spectrum) — самый простой и бюджетный вариант. Они излучают красный и синий свет. Такие лампы нужны для дополнительного освещения растений на подоконнике или балконе. Они подходят для выращивания рассады, семян и молодых растений. Но если вам нужно довести растение до стадии цветения и плодоношения (а не просто поддерживать в зимний период), лучше использовать более мощные аналоги — лампы полного спектра и мультиспектровые.
Мультиспектровые лампы (на упаковке — multicolor spectrum) излучают красный, синий, теплый белый и дальний красный свет. Они хорошо стимулируют цветение и плодоношение и подходят для уже взрослых растений.
Полноспектральные лампы (на упаковке — full spectrum) сочетают широкий диапазон цветов, при этом максимальная яркость приходится на синий и красный. Отлично подходят для выращивания мощной коренастой рассады с обильным цветением. Под таким светильником получится создать полноценный огород. Такие лампы универсальны: их можно использовать как основной и единственный источник света — рассада будет расти даже в темном помещении без окон.

Также фитолампы различаются по типу используемых лампочек: энергосберегающие, светодиодные, ртутные и лампы накаливания.

Энергосберегающие фитолампы малоэффективны для поддержания летнего режима освещенности растений, так как не излучают достаточно света нужного спектра. Они скорее подойдут для художественной подсветки домашних растений.

Фитолампы накаливания выделяют слишком много тепла, часто высушивают почву и сами растения.

Самый подходящий вариант для домашнего использования — светодиодные лампы. Они дороже других видов, но безопасны, удобны и экономичны. Дают достаточно мощности, при этом расходуют малое количество энергии. Также светодиодные лампы совершенно безопасны. В отличие от ртутных, которые при повреждении выделяют токсичные пары и требуют специальной утилизации.

Как выбрать фитолампу

При покупке фитолампы обратите внимание на спектрограмму на упаковке — цветной график, на котором приведены длины спектра каждого цвета. Они измеряются в нанометрах и обозначаются как нм. Найдите на картинке пики на синем и красном участках. Оптимально, если на синем участке пик приходится на 440–450 нм, а на красном — 650–660 нм. При сильном отклонении от этих значений лампу лучше не покупать.

Для комнатных растений и рассады подходят лампы мощностью не меньше 25–30 Вт. Не забудьте, что чем выше подвешена лампа, тем сильнее уменьшается световой поток, который необходим растениям. Наиболее оптимальные значения мощности: длина светильника 50 см — 25–30 Вт, длина светильника 100 см — 60 Вт и больше. Так, чем длиннее лампа, тем она мощнее и тем выше ее можно вешать. Над растением самая короткая лампа должна располагаться на расстоянии 20–30 см. Максимальное расстояние, которое любая лампа может осветить, — 2 м. Если поднять лампу выше, нижние листья растений будут недополучать свет.

На стандартный подоконник длиной 4,5 м лучше взять метровую фитолампу.

Если у вас цветы или рассада стоят на подоконнике, столе или длинной полке, удобнее приобрести линейную фитолампу. Она будет освещать растения равномерно.

Когда необходима точечная подсветка (небольшому деревцу или цветку), подойдет цокольная фитолампочка.

Где и как разместить фитолампу

Чтобы не навредить растениям, фитолампу нужно правильно установить.

Для удобства лампу можно прикрепить на кронштейне к подоконнику, повесить на карниз или прикрутить к полке. Часто лампы уже продаются в комплекте с кронштейнами, штативами и стойками.

У некоторых моделей в нижней части есть держатели-прищепки. Их можно крепить к подоконникам, краям ящиков, контейнеров и других емкостей для рассады.

Если лампа длинная, ее можно повесить за крючки (сделаны в самом корпусе лампы) и веревку к верхнему откосу окна. Обратите внимание, что не на всех лампах есть крючки, — как правило, информация об этом указана на упаковке.

Убедитесь, что рядом с лампой есть розетка, чтобы до нее дотянулся провод питания.

Проверьте безопасность использования фитолампы рукой. Свет не должен обжигать ладонь. Не забывайте, что рассада постепенно подрастает, а значит, расстояние от лампы до растений нужно будет периодически регулировать. Следите, чтобы при поливе капли воды не попадали на осветительную технику.

Сколько ламп понадобится

Рассчитывать мощность фитолампы вручную не нужно. Чаще всего рекомендации по подбору составляет производитель. Он указывает, на какую площадь рассчитано освещение.

Сколько стоит электричество для фитолампы

Средняя цена электричества в России — 3,5 руб. за кВт*ч (можете взять стоимость для своего региона, чтобы прикинуть расчеты). Например, удельная мощность светодиодной ленты для растений — около 14 Вт на метр.

Как ухаживать за растениями зимой

Осенью растения уходят в состояние зимнего покоя — процессы жизнедеятельности замедляются, им требуется меньше воды и удобрений. Однако если растениям хватает осенью и зимой света, то в «спячку» они не впадут и ухаживать за ними можно будет по-летнему.

То же самое касается и удобрения. Если вы не используете фитолампы, то в зимний период растениям нужно меньше удобрений, так как все процессы замедляются. Поэтому с привычного графика удобрения стоит перейти на сокращенный и только для цветущих сортов. В среднем поздней осенью и зимой удобрения вносят не чаще 1–2 раз в месяц. Но если вы перешли на освещение фитолампами до наступления поздней осени, растения не впадут в состояние покоя и удобрять их можно, как в летний период, — 1 раз в неделю.

Также при сухости воздуха от отопительных приборов активизируется множество вредителей, особенно паутинный клещ. Чтобы не допустить этого, регулярно осматривайте растения. Можно раз в месяц обрабатывать их щадящими препаратами от вредителей.

Резюме

Одно из главных условий здоровья растений, их быстрого роста и цветения — необходимое количество света. Именно зимой света не хватает, поэтому используйте фитолампы, чтобы восполнить его недостаток. Важно правильно выбрать и установить лампу: обратить внимание на спектр, мощность и форму. Но не забудьте, что фитолампы нельзя использовать без перерыва: растениям необходим период покоя. Также не переувлажняйте почву зимой и обрабатывайте домашний сад от вредителей.

Источник: znaet.petrovich.ru

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

Рис. 1 Леанна Гарфилд, Tech Insider — Aerofarms

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

В чем оценивать энергетическую эффективность светильника?

Основные метрики оценки энергетической эффективности фитосвета:

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

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

Эффективность ДНаТ

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

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

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

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

Сомнительная эффективность красно-синих фитосветильников

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

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

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

Освещение растений белыми светодиодами

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

Характерная форма спектра белого светодиода определяется:

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

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

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

Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов следующие:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Примеры использования этой формулы:

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

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

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

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

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

Прямое сравнение фитопараметров светильников разных типов

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

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

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

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

Оценка энергетической эффективности осветительной системы в целом:

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

Рис. 8. Аудит системы фитоосвещения

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

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

Примеры использования белого света

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Влияние качества света на результат

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

Рис. 13. Иллюстрация принципа ограничивающего фактора из обучающего ролика на YouTube

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

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

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

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

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

Корректировка белого света

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

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

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

И выяснили следующее:

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

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

Варианты обогащения спектра красным светом

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

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

Открытые вопросы

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

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

Заключение

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

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

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

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

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

Источник: habr.com