Искусственный свет для выращивания

Искусственное освещение растений. Зачем это нужно и как реализовать

Для того чтобы цветы радовали глаз круглый год, необходимо оптимальное количество света, тепла, влаги, удобрений. Но иногда свету не придают должного значения, а между тем надежное, экономичное и эффективное освещение теплиц, зимних садов и оранжерей способно творить настоящие чудеса. С этой целью обязательно для досветки используется искусственное освещение для растений, о чем и пойдет сейчас речь.

Свет и фотосинтез растений

Процесс фотосинтеза – образование органических веществ из воды и углекислого газа – играет одну из важнейших ролей в жизни растений. Возможен он только при наличии солнечного или искусственного света. У растений фотосинтез происходит с участием хлорофилла – фотосинтетического пигмента, через который поглощается световая энергия. И чем лучше освещение, тем активнее продвигается этот процесс, тем лучше чувствуют себя растительные культуры, активнее их рост, цветение, плодоношение. Конечным этапом фотосинтеза является выделение кислорода.

Но чтобы растение нормально росло, важна не только энергия света сама по себе, спектр тоже играет большую роль. Дело в том, что по спектральному составу свет не однороден.

Человеческому глазу это не видно, но приборы показывают, что световые лучи имеют разную длину электромагнитной волны (измеряется в нанометрах – нм) и разный цвет.

Оранжевые и красные лучи – важней всех остальных для растений, длины их волн составляют 620-595 нм и 720-600 нм соответственно. Лучи этих спектров поставляют энергию для фотосинтеза и несут ответственность за скорость роста, развитие корней, цветение, созревание плодов.

Кроме оранжевых и красных участвуют в фотосинтезе фиолетовые и синие лучи (490-380 нм), в функции которых входят регулировка скорости роста и стимуляция синтеза белков. Пигменты растений, поглощающие в основном энергию синего спектра, отвечают непосредственно за рост листвы. Недостаток синего заставляет растения тянуться за ним вверх, делаясь более тонкими и высокими.

Лучи с волнами 315-380 нм отвечают за производство витаминов и не позволяют стеблю слишком вытягиваться, ультрафиолет с длиной 280-315 нм повышает устойчивость к холодам — таким образом, у каждого спектра есть свое предназначение в развитии растительных культур.

Лампа для выращивания зелени

Эти знания широко используются при выращивании растений при искусственном освещении в теплицах, зимних садах, квартирах с учетом потребностей растений в отдельном световом спектре. Так, например, некоторым из них на стадии вегетативного роста нужен холодный белый свет фитоламп, на стадиях цветения, плодоношения, они больше нуждаются в теплом световом спектре.

Как определить недостаток или избыток освещения для растений

Свет нужен всем растениям, но одни могут прекрасно существовать при его недостатке, в то время как другие в таких условиях долго не проживут. Условно растительные культуры делятся по степени своей потребности в световой энергии на три основные группы:

• светолюбивые – требуют хорошего освещения, без него плохо растут, могут погибнуть;
• теневыносливые – способны выносить небольшое притенение, расти и развиваться на небольшом отдалении от источника света;
• тенеиндифферентные (тенелюбивые) – нуждающиеся в свете гораздо в меньших количествах, чем первые две группы.

Определить недостаток света у растения легко – это сразу начинает отражаться на внешнем виде: зелень листьев тускнеет, стебель начинает вытягиваться, цветоносы отпадают, декоративность комнатных цветов теряется. Адаптируясь к недостаточному количеству света, листья отдельных растений могут не только побледнеть, но и приобрести темно-зеленый оттенок, увеличиться или, наоборот, уменьшиться. Междоузлия вытягиваются, становясь менее прочными. Без достаточного освещения домашних растений светолюбивые цветущие растения перестают цвести.

Все эти явления являются ничем иным как следствием недостаточного фотосинтеза.

Признаки недостатка света

Но переизбыток света тоже вреден для растений. Он может являться причиной разрушения хлорофилла. Это явление можно отследить по желто-зеленому или бронзовому оттенкам листьев, которые при этом становятся короче и шире, чем были раньше, и по более коротким междоузлиям. Само растение становится более приземистым.

Признаки избытка света

Создание искусственного освещения

Для того чтобы создать для растительных культур наиболее благоприятные световые условия с учетом их индивидуальных потребностей, разработаны специальные фитолампы. Пользоваться обычными лампами накаливания в этом случае нельзя: слишком сильно нагреваясь, они могут причинить ущерб растениям, и к тому же, выделяя тепло, они меняют температурный режим помещения.

Выбор специализированного фито освещения для растений сегодня огромен: галогенные, натриевые, энергосберегающие, светодиодные — иногда их комбинируют. Например, галогенные лампы чаще всего используют на этапе вегетативного роста растений – они дают синий и желтый цвета. Натриевые используются на репродуктивной фазе — их излучение красноватого оттенка способствует цветению и плодообразованию, о чем читайте здесь.

Люминесцентные лампы, очень популярные до недавнего времени, из-за постепенного ослабевания светового потока и недолговечности постепенно отходят на второй план. Об их применении в теплицах читайте тут.

Подсветка рассады люминесцентными лампами

Есть наиболее экономичные и долговечные, создающие синие, красные лучи светодиодные лампы, которые хорошо себя зарекомендовали в разных условиях выращивания растений. Они удовлетворяют не только потребность в определенном количестве света, но и в световом спектре, протяженности светового дня. Как подобрать светодиоды для освещения растений, подскажет эта статья.

С помощью таких ламп можно управлять фазами роста, регулировать время, когда растение отдыхает или бодрствует. Многие ошибочно считают, что чем дольше горит свет, тем лучше для растений, но это в большинстве случаев не так: им также, как и людям, нужно время для сна и желательно в одном режиме. Лампы led освещения для растений выпускаются с длиной волн 400 нм, 430 нм, 660 нм, 730 нм.

Такое искусственное освещение улучшает поглощение хлорофилла, ускоряет обменные процессы, содействует росту корней, стимулирует защитные функции.

«Растительная» специфика подразумевает следующие типы освещения:

• постоянное – например, для овощных культур, которые лучше всего растут при естественном дневном свете, им в качестве постоянного освещения подходят спектральные галогенные, люминесцентные лампы;
• периодическое – может применяться в определенный период года (зимой, осенью, ранней весной) в целях поддержания растений, когда световой день становится для них слишком коротким;
• циклическое – обмен веществ у растений имеет циклический характер, поэтому освещение может быть настроено в соответствии с этими циклами, оно должно включаться/выключаться с помощью таймера-реле и зависит от предпочтений растения (короткие дни и длинные ночи или наоборот);
• краткосрочное – досветка в определенные часы, соблюдать спектр не обязательно;
• декоративное – контурная или подсветка снизу для придания растению или группе растений наибольшего декоративного эффекта.

Расстановка источников света в теплице, зимнем саду и для комнатных растений

При расстановке фитосветильников необходимо учитывать следующие показатели:

• размер площади;
• длительность освещение;
• цикличность освещения;
• необходимый световой спектр;
• безопасность расстояния от ламп до растений (не менее 20 см от верхнего листа);
• возможность сокращать/увеличивать расстояние от лампы до растения по мере необходимости;
• угол светового излучения.

Для начала необходимо провести тщательную сортировку растений по видам, их индивидуальным особенностям и периоду вегетации, продумать компактное, удобное размещение растений и лампы – оно не должно мешать перемещению людей, домашних питомцев, техники (если это производство), требуется также соблюдение правил пожарной безопасности.

По отношению к растительным культурам фитолампа может устанавливаться по-разному – это зависит от того, является цель освещения декоративной или имеет вспомогательную функцию.

Искусственное освещение для комнатных растений, размещенных на маленькой площади, и имеющих одинаковую высоту формируется компактными лампами, для высоких растений-одиночек — прожектора одиночного типа. Для растений, стоящих на стеллажах, подставках, подоконниках — светодиодные или компактные лампы, могут также быть использованы и удлиненные люминесцентные с рефлекторами. В больших зимних садах, теплицах и оранжереях целесообразно устанавливать потолочные светильники с мощными газоразрядными лампами.

Источник

Как сделать фитолампу своими руками для растений в доме по требованиям науки — 3 способа

С середины зимы дачники и огородники начинают массово выращивать рассаду на окнах, но укороченный световой день затрудняет ее рост, неблагоприятно сказывается на развитии.

Этот процесс легко исправить. Достаточно понять, как сделать фитолампу своими руками для растений, чтобы пользоваться ею с наступлением сумерек.

Конечно, можно купить уже готовый промышленный светильник, но он обойдется значительно дороже. Да и потребности у каждого огородника разные. Поэтому приглашаю домашних мастеров принять участие в творческой деятельности.

Вначале предлагаю вспомнить, какие химические процессы происходят в растениях под действием света. Ведь дальше нам потребуется их изменять в лучшую для себя сторону.

Как фотосинтез влияет на развитие растений: кратко

В процессе фотосинтеза образуются углеводы из неорганических веществ под действием энергии солнечного облучения. Из них формируются органические клетки.

Процесс протекает по химической формуле при последовательном чередовании двух фаз:

1. световой, когда из воды выделяется кислород и водород;
2. темновой — происходит поглощение углекислого газа с образованием углеводов.

Поэтому при выращивании рассады дополнительная подсветка искусственными источниками благоприятно сказывается на ее развитии.

Важно представлять, что спектр излучения и его мощность необходимо подбирать оптимально, ведь современные электрические лампы создаются большим ассортиментом с различными техническими характеристиками.

Их параметры следует тщательно анализировать под все этапы развития рассады, учитывать влияние спектра.

Что надо знать об искусственных источниках света, используемых для выращивания растений

Вначале посмотрим на характеристики естественного освещения, которые примем за образец.

Как выглядит спектр Солнца в летний день — наш эталон для проектирования фитолампы

Показываю результаты практического эксперимента. Замер длин волн солнечного света проводился спектрофотометром в полдень ясной летней погоды и показал следующую картинку.

По оси абсцисс этого графика представлена длина волны в нанометрах, а ординат — мощность в ваттах на квадратный метр облучаемой площади. Здесь присутствуют все цвета от ультрафиолета до инфракрасного, которые активно поглощают растения для своего роста.

Особенно им нужен спектр:

• ультрафиолета (380-410 нм);
• синий (445-460 нм);
• красный (630-660 нм);
• инфракрасный (690-730 нм).

Другие спектры растения не используют.

Нам достаточно взять этот тест за основу для проектирования будущих самоделок.

4 вида спектра от самых популярных источников в быту: чем они отличаются от естественного освещения

Показываю результаты четырех экспериментов, выполненные тем же спектрофотометром Ocean Optics STS-VIS искусственных светильников с нитью накаливания, светодиодами, Filament и компактной люминесцентной лампочкой (КЛЛ).

Спектр от одной лампы накаливания мощностью 75 ватт на расстоянии 50 см от нее выглядит следующим образом.

Хорошо заметно, что он сильно сдвинут в сторону красных тонов на пределе 630-660 нанометров, а оттенков синего и зеленого цвета очень мало.

Лампа накаливания обладает малой мощностью светового излучения и характеризуется повышенным выделением тепла. Освещенность от нее достигла 380 люкс.

Для справки напоминаю соотношения между люксом и люменом.

Цветовая температура лампы накаливания составила 2700 градусов Кельвина и лежит в области теплого белого цвета, CRI=91.

Ее удобно сравнить со светодиодными источниками.

Спектр от светодиодной лампы обычного белого цвета 12 ватт

Здесь цветовой спектр и отношение передачи энергии имеют другую картину, индекс цветопередачи достиг 63.

Цветовая температура лампы составляет 3500 градусов, а освещенность в люксах —1110, что почти в три раза больше, чем у светильников с нитью накаливания.

Просто подсказываю, что цветопередача солнечного света (индекс CRI) в ясный день приравнивается к 100 единицам, а все остальные источники сравниваются с ней и подразделяются на шесть характеристик.

Спектр от энергосберегающей компактной люминесцентной лампы на 15 ватт марки HLICT3

Это аналог по мощности 75 ватной лампочки Ильича. Она показала 415 люкс яркости, мощность излучения 1,3 ватта на квадратный метр площади, цветовую температуру почти 6500 градусов по Кельвину.

Цветопередача составила 82 единицы, что чуть выше чем у светодиодного аналога, но спектр холодный белый.

Это необходимо обязательно учитывать при проектировании фито светильника.

Спектр от лампы Филамент с мощностью 8 ватт

Освещенность Filament составила 95 люкс, мощность излучения 0,3 ватта на квадратный метр, цветопередача 2700 градусов К, CRI 75 единиц.

Однако, даже в этом случае досветка ими играет положительную роль, улучшая рост рассады.

Важная светотехническая справка

Растения потребляют световую энергию диапазона 400÷700 нм. Свет этого участка сокращенно называют ФАР (Фотосинтетически активная радиация).

Его энергия измеряется в ваттах и характеризуется величиной, необходимой для прохождения фотосинтеза. Это не характеристика источника света, а потребность рассады в световой энергии.

Биологи учитывают ее распространение фотонами и измеряют их количество в микромолях, бомбардирующих 1 метр квадратный площади. Она обозначатся ФФП ФАР (Фотосинтетический фотонный поток).

(1 моль=6·10 23 фотонов. 1микро моль=6·10 17 фотонов.)

Как рассчитать оптимальные параметры фитолампы для 2 типов конструкций

Сразу разграничим задачи светильника. Он может использоваться для:

1. досветки, когда рассада развивается на подоконнике, в теплице, зимнем саду и получает всю порцию дневного освещения, а с наступлением сумерек досвечивается полезным спектром биколорных ламп (два цвета — красный и синий);
2. или постоянного освещения (режим светокультуры).

Во втором случае во время начала вегетации применяют биколорные лампы, а дальнейший рост ведут на источниках мультиспектра (full spectrum). Этот вариант предусматривает развитие растений в изолированных отсеках (гроубоксы и гроутенты) вдали от окна.

Его сейчас опустим и сосредоточим основное внимание на первой задаче.

При ее решении нам вначале потребуется определить величину необходимой энергии для проведения фотосинтеза (ватты на м кв), а по ней подбирать фитолампы, которые оцениваются потреблением электрической мощности в ваттах, сопровождаемые повышенными потерями энергии.

В тепличных хозяйствах с большими площадями посадок для досветки растений массово применяют дуговые натриевые лампы трубчатых конструкций ДНаТ, ДНаЗ (с зеркальным отражателем) и ДриЗ (ртутная металлогалогенная, зеркальная), а также люминесцентные источники.

На основе опыта их применения выработаны нормативы минимального уровня освещения для растения: 6-7 килолюкс (клк). Во время зимнего периода и ранней весной их увеличивают.

При этом надо добиться удельной мощности освещения из расчета 50-100 ватт на метр квадратный. Ее обеспечивают изменением расстояния от светильника до рассады.

Для источников мощностью 1000 ватт свет относят на 80-100 сантиметров, 600 — 60÷80, а 400 — 40÷60 см. Гарантированный урожай выращивается при 10÷12 клк, но не более 20.

Онлайн калькулятор освещения растений

Этот доступный способ призван облегчить расчет параметров осветительных приборов. Используйте его.

О пользе рефлектора

Применение экрана позволяет целенаправленно распределять световой поток с максимальной пользой для растений. Лучшими отражателями работают зеркала и алюминиевая фольга.

Даже простое расположение стаканчиков с рассадой на фольге позволяет улучшить ее освещение снизу за счет эффекта отражения в любое время.

Как рассчитывается количество ламп: простой способ

Нам известна площадь, которую будет занимать рассада и зона освещения от одной лампы.

По этим данным потребуется так разместить круги от всех светильников, чтобы они полностью перекрыли растения без наличия зазоров, обеспечив всю их площадь постоянным освещением.

Этот графический метод позволяет избавиться от сложных математических формул.

7 этапов расчета осветительной системы

Краткий алгоритм создания проекта освещения следующий:

1. Определить требуемый уровень освещенности в ваттах ФАР на 1 м кв площади.
2. Выяснить габариты участка, потребного в освещении.
3. Рассчитать величины освещенности площади, занимаемой растениями.
4. Определить количество ватт ФАР, которое должен обеспечивать источник.
5. Подсчитать величину мощности ламп для осуществления оптимальной фотосинтетически активной радиации.
6. Определить потребное количество ламп.
7. Составить схемы размещения светильников.

3 варианта изготовления системы искусственного освещения растений

Их создают после окончания расчета схемы на основе выбора необходимого спектра и анализа других светотехнических параметров.

Для подсветки в условиях квартиры сейчас популярны источники с нитями накаливания, люминесцентные и КЛЛ, а также светодиодные конструкции. Вот их и рассмотрим чуть подробнее.

Досветка рассады обычными люминесцентными лампами, накаливания и энергосберегающими КЛЛ

Заниматься сложным конструированием схемы при применении подобной фитолампы нам не придётся. После приобретения ее потребуется подвесить на необходимой высоте и включить.

Люминесцентный источник позволяет досвечивать относительно большие площади.

Энергосберегающие лампочки КЛЛ ставят на маленьких подоконниках.

Фитолампы с цоколем Е27 можно просто подвесить над рассадой.

Секреты такой подсветки хорошо объясняет владелец видеоролика «Садовый гид». Ознакомьтесь.

Как сделать фитолампу своими руками для растений из светодиодов — подробная инструкция

Выращивание рассады в домашних условиях значительно улучшают самодельные конструкции.

Для их изготовления потребуется приобрести:

• светодиоды в необходимом количестве с определенными световыми характеристиками;
• источник питания: драйвер или блок питания;
• основание для их крепления, одновременно выполняющее функцию радиатора охлаждения;
• соединительные провода.

Какие выбрать светодиоды для освещения рассады

Ассортимент Led диодов довольно большой. Исходя из бюджета можно приобрести:

1. модули, специально предназначенные для работы в фитолампах (Full Spectrum Led (полный спектр). Их конструкция удобна в монтаже, обладает возможностями регулирования силы излучения и частоты спектра, но стоит дорого;
2. мощные диоды высокой яркости определенного цвета, относящиеся к средней ценовой категории. Их потребуется монтировать на радиаторы охлаждения;
3. маломощные светодиоды, которые придется устанавливать плотно и большим количеством, что сильно затруднит монтаж, да и общую конструкцию.

Количество светодиодов и их расположение потребуется рассчитать, чтобы обеспечить оптимальной ФАР для роста рассады, исходя из расстояния до нее 25÷40 см.

Особенности выбора схемы питания

Световые характеристики Led модуля сильно зависят от величины тока, протекающего через него и требуют стабилизации входных параметров.

В то же время цветовой спектр и яркость свечения в различные периоды вегетации требуется корректировать. Такими возможностями обладают драйверы для фитоламп.

Они позволяют пропускать стабильный ток через диоды длительное время и при необходимости подстраивать его величину.

Более экономным решением является использование простых блоков питания, которые удовлетворительно справляются со стабилизацией светового потока. А для изменения цветов придется использовать дополнительный блок, благо сделать его своими руками не сложно.

При выборе драйвера или блоков питания важно соблюсти следующие условия:

1. обычно соотношения синего и красного цветов приходится подбирать в пропорции 1:2. Она же должна сохраняться у источников питания;
2. мощность драйвера или БП должна иметь запас и превышать нагрузку лед диодов на 20% в максимальном режиме эксплуатации.

Как сделать корпус с системой радиаторов

В качестве каркаса для размещения диодов можно использовать различные металлические конструкции:

• специальные алюминиевые профили с ребрами охлаждения;
• каркас из жести от крышки старой люминесцентной лампы;
• алюминиевый профиль или уголок;
• другие подобные детали и подручные материалы.

Размеры корпуса выбираются под габариты освещаемой площади с рассадой. Популярностью у самодельщиков пользуются алюминиевые П-образные швеллера.

Они позволяют создавать эффективное естественное охлаждение за счет размещения светодиодов на средней части с направлением их света вниз, а боковые стороны ориентируют вверх для отвода температуры в окружающую среду.

Если состыковать два таких профиля боковой стороной, то Ш-образная форма позволит создать сразу два ряда светильников. Для защиты их от механических нагрузок достаточно смонтировать снизу ограничительные петли из проволоки, которые одновременно станут служить ножками подставки.

Сразу предусмотрите способ вывешивания фитолампы и ее регулировку по высоте над рассадой. Это проще наладить на металлическом каркасе до монтажа и пайки элементов схемы.

Последовательность монтажа светодиодов

Каждый Led модуль необходимо:

1. проверить на исправность;
2. закрепить стационарно на спланированное место корпуса;
3. подключить к схеме питания:
4. проверить в работе.

Как проверить исправность светодиода

Целостность полупроводникового перехода оценивается любым мультиметром или тестером. Достаточно перевести его в режим прозвонки либо омметра. При одной полярности подключения щупов он откроется и пропустит ток, а при другой — заблокирует его прохождение.

Когда тока нет или он протекает в обе стороны — это явный признак повреждения.

Режим проверки диодов на некоторых моделях мультиметров позволяет замерять напряжение открытия полупроводникового перехода.

Большое количество светодиодов удобнее проверять источником напряжения постоянного тока с дополнительным резистором, например, батарейкой с лампочкой. Только предварительно ограничьте нагрузку через полупроводниковый переход, чтобы не спалить его.

Способы установки светодиодов на профиле

Мощные и яркие полупроводники закрепляют непосредственно на алюминиевый радиатор для улучшения отвода с них тепла. Их сразу ориентируют с учетом полярности, что облегчит дальнейший монтаж, упростит пайку проводов.

Модули, снабженные отверстиями для крепления, фиксируют винтами или саморезами. Для этого их необходимо разметить на радиаторе по шаблону и высверлить отверстия.

Учитываем, что термопаста улучшает теплосъем с полупроводника. Наносим ее на контактируемые поверхности.

Альтернативой этому методу является термоклей, который наносится по периметру диода, а в центре предварительно промазывается тонкий слой термопасты.

Склеиваемые поверхности необходимо заранее обезжирить.

2 схемы подключения диодов

Все полупроводники подключаются последовательно к источнику тока количеством, зависящим от его электрических характеристик. Параллельно им собирается цепочка токоограничивающего резистора.

Его номинал не сложно рассчитать по формулам шпаргалки электрика.

При необходимости цепочки таких светодиодов и резисторов можно объединять и запитывать по параллельной схеме от одного мощного источника.

Способы безопасной пайки

Полупроводниковый переход легко перегреть и повредить. Поэтому пайку следует выполнять аккуратно паяльником с мощностью до 25 ватт.

Для соединения годится обычный свинцово-оловянный припой, а в качестве флюса вполне подходит канифоль

Для принудительного охлаждения можно сзади поставить кулер и дополнительно подключить его к тому же или отдельному блоку питания.

Как сделать фитолампу из светодиодной ленты для рассады

Это второй доступный способ изготовления светильника своими руками.

Его светотехнические характеристики подбирают и рассчитывают тоже по указанной выше методике, а сам монтаж осуществляется еще проще. Однако, следует учесть, что его лучше делать для досветки рассады, а не полного цикла ее выращивания.

В состав такой фитолампы входят:

• алюминиевый профиль, который одновременно служит радиатором охлаждения;
• светодиодная лента специальной конструкции;
• блок питания.

На алюминиевое основание наклеивается led лента. Она уже имеет заводскую клейкую основу. Если ей не доверяете, то воспользуйтесь суперклеем. Запасной вариант — пластиковые стяжки. Их же можно применить при ремонте.

Светодиодную ленту следует выбирать по создаваемому спектру и мощности излучения. Оптимальный вариант расположения диодов: один синий, 4 красных и снова 1 синий с дальнейшим последовательным чередованием.

Но в отдельных случаях можно поэкспериментировать. Выбор их конструкций в интернет магазинах довольно большой. К ним в комплекте поставляется готовый блок питания, хотя в большинстве случаев его можно приобрести отдельно.

Подключение питания к ленте можно выполнить по цветам проводов, соединив красный с красным, а черный с черным.

Если перепутаете полярность, то свечения не будет и провода потребуется поменять местами.

В качестве источника напряжения можно использовать блок от компьютера, ноутбука или другой импульсный для питания электронной техники. Просто смотрите, чтобы у него были соответствующие выходные характеристики и запас мощности.

Если у вас имеется неисправный блок питания, то учтите, что его не так уж сложно отремонтировать своими руками в домашних условиях.

Светодиодные лампы и ленты являются самыми экономичными источниками, они меньше всего выделяют тепла, обладают лучшей световой отдачей.

Поэтому светильники из них можно располагать близко к рассаде. Они не станут ее обжигать.

Владелец видеоролика «Практичный огород» довольно просто объясняет, как сделать фитолампу своими руками для растений.

Рекомендую посмотреть и учесть его опыт. Напоминаю, что вы можете задать свои вопросы в комментариях, а еще лучше будет для моих читателей, если поделитесь своими практическими наработками. Ведь они будут полезны другим людям.

Источник