ALTEGRA UAB
+370 613 36255 

LED apšvietimas augalams

Iš pradžių terminas "pilnas spektras" apibūdino vienintelį tikrą viso spektro šviesos šaltinį - saulę. Pilno spektro augimo LED šviesa yra naujausia plačiai painiojamo termino evoliucija.

Laikui bėgant šis terminas pradėjo įgauti kitas saulės šviesos savybes. Komercinio apšvietimo marketingas pradėjo naudoti pavadinimą „pilnas spektras“, norėdamas parduoti apšvietimo šaltinius, kurių spalvos perteikimo indeksas (CRI) viršijo 90. Esant aukštam šviesos šaltinio CRI žmonės tiksliau suvokia spalvas, panašiai kaip tai, kaip mes matome spalvas gamtoje, dienos šviesoje. Tai labai naudinga savybė žmonių aplinkai, pvz. biurai ar lauko erdvės, o dažnai ir privaloma, kaip dizaino studijos ar parodos susijusios su vizualia ekspozicija ir kt. Atsiradus augalininkystės apšvietimui, LED gamintojai vėl pradėjo skolintis šį terminą. Tik šį kartą jie teigė, kad viso spektro šviesos diodai gali atkurti saulės spindulių poveikį augalams. Taip gimė pilno spektro šviesos diodų augimo šviesa.

Apie energijos sąnaudas ir LED apšvietimo įrangos kainų skirtumus

LED augimo apšvietos įrangos gamintojai stengiasi supaprastinti techninę informaciją pateikiamą pirkėjui taip iškraipydami faktus. Dažniausias paaiškinimas jog vieno ar kito šviesos šaltinio naudingumo koeficientas sudaro 0.85. Jei tikėti pažodžiui tai turėtu reikšti jog 85% suvartojamos energijos tampa šviesa nors tai yra netiesa. Vartojamą energiją ir šviesos išlaką labiausiai įtakoja du pagrindiniai faktoriai.
1. Maitinimo šaltinio naudingumo koeficientas.
2. LED šviesos šaltinio (spinduolio) naudingumo koeficientas.
Abu šie faktoriai turėtu būti kuo aukštesni o bendrą naudingą šviesos kiekį nusako šių faktorių sandauga.

Kadangi LED šaltinio pirminė paskirtis yra šviesti – t.y. spinduliuoti šviesos energiją o ne šilumą negalime matuoti tik galios suvartojamos LED šviesos šaltinio ir pagal tai apibūdinti LED apšvietimo įrangos kokybę.
Atliksime kelis skaičiavimus iliustruojančius tikrą LED apšvietimo naudingumą.

Iš esmės nėra svarbu kokius matavimo vienetus mes panaudosime nes visi matavimo vienetai žinant šalutinius kriterijus (atstumą, laiką, plotą) gali būti paverčiami iš vieno į kitą. Liuksai, Liumenai, Vatai, PPFD, w/cm2 ir pan. tad pavyzdyje pateiksime skaičiavimą vatais W.

Tarkime  iš AC tinklo mūsų šviesos šaltinis vartoja 1000w galią, o maitinimo šaltinio konvertuojančio AC energiją į DC  ir maitinančio LED spinduolius naudingumo koeficientas sudaro 88% tad po maitinimo šaltinio iki LED atiteka jau tik 880W likutinės galios kas anot marketingo reikštų jog šviestuvo naudingumas yra 0.88. Toks teiginys toli gražu nėra teisingas nes sekanti grandinės dalis yra LED spinduoliai konvertuojantys gaunamą energiją į šviesą (fotonus) ir į perteklinę šiluma. Problema yra tame jog LED spinduolių naudingumo koeficientas pakankamai retai viršija 20-25%. Tai reiškia jog tik 20-25% po maitinimo šaltinio likusios energijos pavirs mums naudinga šviesa, visa kita energija pavirs šiluma kuri mums nėra reikalinga. Jei teigsime jog mūsų LED yra 25% naudingumo reiškia iš likusių 880w galios 220w pavirs šviesa, visa kita energija pavirs nepageidaujama šiluma tad tikslesnis tokios apšvietimo įrangos naudingumo koeficientas yra: 220w likutinės galios / 1000w vartojamos galios = 0.22, kas nusako 22% bendrą naudingumo koeficientą.

Reikia pažymėti jog paminėti pavyzdyje LED spinduoliai su naudingumo koeficientu 25% turėtu būti aukštos kokybės komponentai su pakankamai aukšta kaina kas ženkliai didina bendrą LED šviestuvo kainą. Pigūs LED dažnai neviršija ir 10% naudingumo.

Atliksime 2 skaičiavimus kai mums tariamai reikia 20W šviesos srauto.

Pirmu atveju tai bus pigus 82% naudingumo maitinimo šaltinis ir pigūs 11% naudingumo LED spinduoliai.
1.a. Reikalingi 20W / LED naudingumas 0.11=LED suvartojama galia 181.818W
1.b. LED reikalinga galia 181.818 / Maitinimo šaltinio naudingumas 0.82 = 221.73W viso suvartojamos galios iš AC tinklo.

Antru atveju tai bus kokybiškas 94% naudingumo maitinimo šaltinis ir labai aukštos kokybės 32% naudingumo LED spinduoliai.
2.a. Reikalingi 20W / LED naudingumas 0.32= LED suvartojama galia 62.5W
2.b. LED reikalinga galia 62.5W / Maitinimo šaltinio naudingumas 0.94 = 66.49W viso suvartojamos galios iš AC tinklo.

Šie skaičiavimo pavyzdžiai puikiai iliustruoja jog šviesos kiekis gaunamas skirtingos kokybės šviestuvais gali skirtis tris ir daugiau kartų esant tam pačiam suvartojamos energijos kiekiui. Tai taip pat paaiškina didelius augalų auginimo apšvietimo įrangos kainos skirtumus.

Kadangi visa likusi energija virsta šiluma, naudojant nekokybišką įranga tenka papildomai vėdinti o dažnu atveju net ir kondicionuoti orą, o tai savo ruožtu bendras elektros energijos sąnaudas gali padidinti dar bent du kartus.

Kaip veikia saulės šviesos absorbcija augaluose

Fotosintezė priklauso nuo foto receptorių ir pigmentų šviesos absorbcijos augalų lapuose. Labiausiai žinomas iš šių pigmentų yra chlorofilas-a, tačiau yra daugybė papildomų pigmentų, kurie taip pat prisideda prie fotosintezės. Santykinė chlorofilo pigmentų šviesos absorbcija, yra viena iš priežasčių, kodėl raudona šviesa tapo populiari LED augimo apšvietime. Kadangi augalų foto receptoriai taip pat turi savo šviesos absorbcijos diapazonus, jie kartu reguliuoja procesus, kurie sukuria augalų formą ir struktūrą, priklausomai nuo gaunamo spektro mišinio. Pavyzdžiui, didesnis mėlynos šviesos santykis gali paskatinti tvirtesnį šaknų augimą, palankesnę augalų biochemiją ir tvirtesnę struktūrą. Tačiau šie efektai gali būti ne tokie ryškūs, kai įjungiama daugiau raudonos šviesos. Taigi nuolat besikeičiantis saulės spektras augalams nuolat signalizuoja pakeisti savo formą ir struktūrą, atsižvelgdamas į natūralias aplinkos sąlygas. Tam kad vyktų augalų fotosintezė reikalingas tik 400–700 nanometrų šviesos diapazonas, tad renkantis šviesos šaltinį daugiau dėmesio vertėtu skirti ne šviesos spektrui o šaltinio naudingumo koeficientui.

Informacija kurią reikėtu žinoti

Daugelis LED apšvietimo entuziastų teigia, jog viso spektro LED apšvietimas yra geriausias pasirinkimas auginant augalus, nes jie imituoja natūralią saulės šviesą, o jų pagrindinis argumentas skamba maždaug taip:
Augalai augo saulės spinduliuose milijonus metų. Kodėl mums reikėtu keisti tai, ką motina gamta žino geriausiai?

Atsakymas:
Gal ir nereikėtu bet tiesa yra tokia kad vadinamieji pilno spektro LED augimo moduliai neatkartoja saulės spektro.

Nenorime sukelti naujų diskusijų, tiesiog žemiau pateiksime faktus kaip atrodo saulės šviesos spektras ir kaip vadinamų pilno spektro LED apšvietimo modulių spektras.

LED full spectrum
Tipinis LED augalų apšvietimo spektras

Solar spectrum
Normalizuotas saulės spektras

Visų pirma svarbu žinoti, kad augalai ir žmonės šviesą suvokia labai skirtingai. Žmogaus akies foto receptoriai apibūdina šviesą pagal intensyvumą ir spalvą. Šie foto receptoriai yra labai jautrūs žaliųjų bangų ilgiams ir daug mažiau jautrūs mėlynųjų ir raudonųjų bangų ilgiams. Todėl liumenų matavimo vienetas buvo sukurtas pagal žmogaus akies matomą šviesos srautą (kelių apšvietimas, darbo vietos ar biuro apšvietimas ir pan.). Taigi, liumenų skaičius nurodo šviesos kiekį, palyginti su žmogaus akies jautrumu skirtingais bangos ilgiais. Liuksas (liumenas / m²) yra intensyvumo matas, naudojamas apibūdinant liumenų, pasiskirstiusių per 1 m² paviršių, skaičių.

Skirtingai nei žmogaus akis, augalai fotosintezei naudoja pratiškai visus bangų ilgius nuo 400 iki 700 nm. i tyrimai rodo jog augalų bangos ilgio ir energijos įsisavinimo priklausomybė nėra tokia ryški kaip žmogaus akies foto receptorių. Sodininkystės reikmėms naudojamas PAR modelis „Photosynthetically Active Radiation“ arba "Fotosintetiškai Aktyvi Spinduliuotė"

Kadangi augalai yra šiek tiek jautresni mėlynai ir raudonai spalvoms, matavimai liumenais ir liuksais neturėtų būti naudojami apibūdinant natūralią ar dirbtinę šviesą augalų augimo zonoje.

Kas yra pilno spektro augimo LED?

Pilno spektro šviesos diodų auginimo šviesa yra tiesiog rinkodaros terminas, reiškiantis, jog augalams skirta LED šviesa labai primena saulės šviesą, bet praktiškai šis teiginys yra pakankamai toli nuo tikrovės. Šis rinkodaros terminas kilęs iš „pilno spektro šviesos“ sąvokos, kuri yra naudojama elektromagnetinei UV spindulių ir infraraudonųjų spindulių juostų spinduliuotei apibūdinti.  Deja, augalų apšvietimas nėra toks paprastas.

Nesusipratimai, susiję su pilno spektro LED apšvietimo informacija dažniausiai aptinkama internete

Pilno spektro LED auginimo apšvietimo koncepcija kelia daug klausimų, ir ypatingai klaidina pradedančiuosius. Didžiąja dalimi taip yra vien dėl to, jog vartojami terminai ir teiginiai neatitinka realybės o pardavimo marketingas stengdamasis padaryti savo produktą išskirtiniu dar labiau iškraipo informaciją ir terminus. Ši terminologija iki šiol buvo prasminga apšvietimo dizaineriams, norintiems parduoti šviestuvus skirtus aplinkos apšvietimui, tačiau augalams reikia šviesos, kad maitintųsi, augtų ir gyventų.

Pabaigai reikėtu paminėti jog:

  • Pilno spektro LED apšvietimas niekaip nėra pritaikytas augalams augti, tai yra tiesiog apšvietimas kuriame gali augti augalai tad apie spektrą ir jo savybes per daug diskutuoti nevertėtu.
  • Pilno spektro LED neatkartoja saulės šviesos
  • Jei ne-esate profesionalus daržovių augintojas eilę metų besistengiantis gauti vieną-kitą papildomą procentą produkcijos iš fiksuoto ploto vieneto ir konkuruojantis daržovių auginimo rinkoje, rekomenduojame intensyviau domėtis LED apšvietimo įrangos naudingumo koeficientais o ne spinduliuojamu spektru.

 

© 2009-2021 Altegra electronics. Visos teisės saugomos.