Выращивание рассады с подсветкой светодиодной

Освещение растений белыми светодиодами — проверочная работа

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!

Источник

Подсветка для рассады: сравнение вариантов, изготовление своими руками

Учитывая то, что сажать ростки мы начинаем чаще всего в январе, когда световой день особенно короткий, дополнительное освещение – это правило №1. Оно необходимо в утренние и вечерние часы. Особенно уделите внимание этому вопросу, если ваши окна смотрят на север или же вы живете на первом этаже. Но стоят современные фито-лампы так дорого, что в совокупности затрат на теплицу такие овощи потом получаются «золотыми». Неужели раньше не справлялись без современных технических новшеств? И что можно соорудить в домашней мастерской? На самом деле – многое, только важно сначала разобраться с такими понятиями, как «спектр», «конус» и «светодидоды». Итак, делаем подсветку для рассады своими руками!

Зачем рассаде специальная подсветка?

При низком освещении фотосинтез растений протекает вяло, крайне медленно нарастает биомасса, а сеянцы болеют. Причем у каждого растения – свои требования к спектру освещения, но, в общем, в белом дневном свете есть все составляющие. И современные технологии все-таки позволяют максимально приблизиться к нужным параметрам.

О «нужном» и «ненужном» спектре

Что касается «полезности» спектра, то самое большое заблуждение, что рассаде совершенно не нужен зеленый свет – ведь она его отражает. На самом деле нужен и еще как – для многих важных процессов. Не экспериментируйте с ним!

Самый полный спектр – у солнечного света. Это полны разного цвета и разной длины. Так,

• Синий и фиолетовый призваны регулировать рост клеток, чтобы ростки были короткими и крепкими.
• Красный оказывает влияние на прорастание семян и стимулирует цветение.
• Желтый и зеленый – отражаются от листовой пластины, но необходимы.

Конечно, искусственные источники света при всех достижениях современной науки все еще далеки до солнца – в них до сих пор есть смещения в ту или иную сторону некоторых цветов. Поэтому в качестве отражателя лучше используйте матовый экран – он не только повышает эффективность подсветки, но и делает свет «диффузным» – рассеянным. Такой намного лучше усваивается растениями, чем прямой и горячий.

Какому типу ламп отдать предпочтение?

Оптимальная освещенность – 8000 люкс, и с помощью одних только дополнительных ламп вы легко добьетесь освещенности в 6000 люкс. Для устройства качественной подсветки вы можете использовать такие лампы:

• Фитолампы – самые популярные для досвечивания рассады. Они особенно эффективны, компактны, экологичны, безопасны, экономны и долговечны. Лучшими из них пока признаны фитолампы фирмы Paulmann – не нагревают ростки и долго служат. Недостатки – излучают сиренево-розовое свечение, которое вызывает у людей головные боли. Чтобы избежать этого, используйте внешние зеркальные отражатели.
• Ртутные лампы имеют наибольшее «сечение» в области дневного света – почему они так и называются. Для человека как раз и больше всего важен этот белый свет, а вот для растений – уже не так. Им больше необходима красная и фиолетовая часть. И только фито лампы имеют максимум излучения в крайних частях спектра.
• Натриевые металлогалогенные лампы – эффективны и экономичны, просты в применении, но в них не достает синего спектра.
• Отечественные натриевые лампы «Рефлакс» высокого давления. Желательно ставить нескольких разновидностей: ДНаЗ со встроенным зеркальным отражателем, ДНаТТ без такого отражателя, ДРиЗ со стабильным световым потоком. Их всех лучше комбинировать, и все они излучают оражево-желтое свечение, которое не вызывает раздражение глаз. Стоят только дорого, и необходимо дополнительно устанавливать регулирующее устройство.
• Обычные лампы накаливания не только неэффективны, но еще и неэкономны. Только 5% энергии они превращают в свет, а остальные 95% – в тепловое излучение. Рассада от этого только вытягивается, сохнет и получает ожоги. Да, наверное, нет ничего проще, чем подвесить обычную лампу. Но, к сожалению, это крайне неэффективный способ. Как мы уже отметили, света она дает мало, зато слишком греет и здорово мотает свет.
• Люминесцентные лампы типа ЛБТ или ЛБ – это лампы дневного света, которые предоставляют холодный свет. Т.к. они маломощны, вам нужно будет ставить их несколько штук сразу, но учтите, что доля красного света в них низка. До контейнера с растениями оставляйте не менее 15-35 см.
• Особенно хороши светодиодные лампы : экономичные, долговечные, с ними легко подобрать нужную интенсивность и спектр.

А какие из ламп выбрать – решать только вам.

Хорошо себя также зарекомендовали LED светильники – КПД у них высокий, а спектр можно легко корректировать. Да и долговечность радует. Вот как сделать из них хорошую подсветку:

• Шаг 1. Приобретите недорогие светильники (например, ЛПО-01-2х36) и по две лампы OSRAM L36W/765 для дневного света дополнительно в каждый светильник.
• Шаг 2. Повесьте за растениями занавес из белой ткани или фольгированные отражатели – чтобы рассаде хватало света со всех сторон.
• Шаг 3. Лампы закрепите на проволочных петлях – это позволяет при необходимости быстро сделать демонтаж.
• Шаг 4. Повесьте полочки – лучший вариант, когда четыре из них высотой до 36 см и три ровно по 22 см. Низкие хороши для клубники, петунии и лобелии.

При такой «системе» росткам довольно комфортно: днем температура достигает 26°С, а ночью опускается до 20°С. На самую нижнюю полку, где прохладнее всего, ставьте едва проклюнувшуюся рассаду – ей рекомендуется на два-три дня снизить температуру. Единственный минус: LED лампы дорого стоят – при выращивании они окупятся только через года два.
Видео-сравнение люминисцентной и светодиодной ламп:

Конструируем светодиодную подсветку самостоятельно

Светодиоды удобны тем, что их можно расположить по своему личному усмотрению. Лучше, конечно, делать их в две линейки – ради равномерности освещения всей площади. Также помните, что у каждого светодиода световой конус – с углом в 70-120°С, а потому располагать их нужно так, чтобы проекции конусов перекрывали друг друга.

Светодиодные лампы применяют уже те, кто хорошо разобрался, что на самом деле нужно растениям и испробовал все друге виды. Это – осознанный выбор в пользу малого потребления электроэнергии и возможности составить свой личный, персональный спектр. Даже, комбинируя самые разные спектры через светодиоды, сегодня выращивают невиданные до сегодняшнего дня сорта! А для хорошей крепкой рассады тоже полезно сочетать в разные сроки разные спектры:

• До пикировки. Здесь лучше использовать синий и красный светодиоды в отношении два к одному. Синий хорошо стимулирует рост корней, но слегка замедляет развитие стебля – так, чтобы она больше росла не вверх, а вширь. Стебель получается толстым, а между листьями – небольшое расстояние.
• После пикировки. А здесь на пару дней лучше уменьшить интенсивность освещения. Ведь в это время растения испытывают стресс, и им необходим период покоя какое-то время. Поэтому примерно месяц досвечивайте ростки в отношении 1:1 – синим и красным.

Итак, вот как можно самостоятельно сделать подсветку. Первым шагом приобретаем в специализированном магазине несколько светодиодов:

• Красные 3GR-R в количестве 30 штук, с длиной волны в 650-660Нм.
• Белые 3HP2С 3800-4300K в количестве 10 шт, и чистые белые 4800-5300K – тоже 10 шт. Первые по своим параметрам соответствуют полуденному солнцу, а вторые – утреннему.
• Синие 3GR-B 445-452Нм в количестве 20 шт.

И драйвера к ним: HG2217 и RLD10 ШИМ. Все это можно приобрести также в интернет-магазинах.

Реализовываем схему таким образом, чтобы можно было включить самые разные цвета и их комбинации. Например, 20 синих и 20 белых. Корпусом лампы должен служить промышленный светильник на 2 лампы. Из него просто удалите внутреннюю начинку.

Прикрепляем светодиоды термоклеем – прямо к алюминиевой пластике. К слову, ее можно приобрести в обычном хозяйственном магазине. После крепим вентиляторы – подойдут даже те, что остаются от старых блоков питания.

Вот как еще проще соорудить светодиодный светильник для рассады. Что вам для этого понадобится:

• Блок питания 24 В и 2 А постоянного тока.
• Блок питания 12В для куллера.
• Компьютерный куллер для охлаждения.
• Полоса анодированного алюминия – чтобы отводить тепло от диодов.
• Синяя светодиодная матрица10W Integrated High power LED.
• Две красных светодиодных матриц 10W Integrated High power LED.
• Провода, термоклей и эпоксидный клей.

Далее следуйте такой инструкции:

• Шаг 1. Зачистите концы отрезков проводов и обмажьте их расплавленным облудилом.
• Шаг 2. К концам паяем диодные матрицы так, чтобы соединились «+» и «-» от соседних диодов.
• Шаг 3. К крайним оставшимся концам припаиваем провода, которые потом присоединяем к выходу блока питания. Важно, чтобы количество диодов было подобрано так, чтобы их рабочее напряжение суммарно равнялось параметрам блока – если это 24В, значит, необходимо столько же.
• Шаг 4. Берем полосу алюминия и делаем в ней два «уха» для крепления куллера при помощи термоклея.
• Шаг 5. Приклеиваем цепочку диодов к алюминию – эпоксидным клеем.
• Шаг 6. Гнем края алюминиевой полосы так, чтобы она стала отражателем.
• Шаг 7. Включаем в розетку – все работает!

Поверьте, это вам под силу!

Как проверить, подошёл ли свет?

Понять, достаточно ли рассаде света, легко: если стебельки тянутся – значит, не хватает. А если растения прямые, обладают широкими ярко-зелеными листьями – ростки здоровы. А вот как определить, не сильно ли жарит лампа? Просто поставьте руку прямо перед листьями – вы чувствуете тепло? Если да, значит, все-таки жарит.

К слову, о том, когда нужно вечером выключать досветку, подскажут и сами растения – их листья начнут как бы смыкаться – занимать вертикальное положение. И каждому сорту необходима своя доза света – обычно около 13 часов, хотя бывают и такие культуры, которым нужны все 17.

Запомните: досвечивать растения нужно и в пасмурные дни. Определить, нужна ли подсветка, просто: включите лампу, если заметили, что освещенность увеличилась – значит, дополнительный свет необходим. Если разницы никакой – просто выключите.

Да, в теории все это кажется сложным – но на практике все куда проще, попробуйте!

Источник