45

Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů

Po delší odmlce se na stránky Legalizace vrací oblíbený seriál o umělém osvětlení pro pěstování rostlin. Důvod je prostý – provedl jsem další vlnu testů s pomocí nového spektrofotometru, mírně jsem změnil metodiku a také mám k dispozici mnohem více světel. Vy se tak můžete těšit na řadu nových výsledků, které vám pomohou se mezi světly lépe orientovat.

Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů
Kvalita LED modulů se za poslední roky výrazně posunula vpřed.

Když jsem se v roce 2012 rozhodl měřit vlastnosti světelných zdrojů, reflektorů a reflexních stěn a fólií, nezbylo mi nic jiného než si pronajmout vybavenou laboratoř i s obsluhou a veškeré vybavení tam přivézt, sestavit, otestovat a zase odvézt. Tento způsob byl časově i finančně náročný, a navíc mi neumožnil provádět testování v takovém rozsahu, jaký jsem si představoval. Získal jsem nicméně mnoho materiálu, ze kterého jsem čerpal pro předchozí díly tohoto seriálu. Po čtyřech letech jsem se rozhodl v testování pokračovat, a to hned z několika důvodů. Jednak je na trhu řada nových světelných zdrojů, a jednak se dnes častěji používají jiné jednotky, než jaké jsem použil v předcházejícím testování. Abych si testování usnadnil a získal více prostoru na jeho provedení, pořídil jsem si vlastní kalibrovaný spektrofotometr MSC15 od německé firmy Gigahertz-Optik. Investice to nebyla malá, ale umožňuje mi testovat, kdykoli se mi zachce. K tomu jsem si nechal vyrobit počítačem řízené polohovací zařízení, které senzor posouvá při každém měření do stejných pozic, což výrazně zvyšuje přesnost měření.

Co je ve výsledcích nového

V přechozích dílech jsem uváděl dávku fotosynteticky aktivního záření v jednotkách PAR W/m2. Dnes se ale mnohem častěji používá kvantová jednotka μmol/m2s. Tato jednotka vyjadřuje veličinu PPFD (zkratka photosynthetic photon flux density), kterou lze přeložit jako hustota toku fotosynteticky aktivních fotonů. Jelikož se tyto výrazy budou opakovat, ve zkratce je popíšu. Z každého světelného zdroje vylétají fotony, které nesou určité množství světelné energie. Fotony si představte jako barevné kuličky. Některé z kuliček mají barvu, která ovlivňuje fotosyntézu, jiné kuličky mají barvu, která fotosyntézu neovlivňuje. Skupina kuliček, které mají barvu ovlivňující fotosyntézu, jsou fotosynteticky aktivní fotony (zkratka PPF) a nesou světlo o vlnové délce 400–700 nanometrů (oblast PAR). Tyto fotony nás zajímají, protože je rostliny vstřebávají a využívají pro svůj vývoj. Ne všechny fotosynteticky aktivní fotony ale dopadnou na rostliny. Některé dopadnou na podlahu, jiné na stěny a některé se neodrazí od reflektoru správným směrem a rostliny minou.

Abychom zjistili, kolik fotonů dopadne v konkrétním bodě na plochu, musíme je spočítat. K tomu právě slouží spektrofotometr. Když spočítáme fotony dopadající na určitou plochu za konkrétní dobu, zjistíme hustotu fotosynteticky aktivních fotonů (PPFD). Rozhodující je zmíněná délka měření. Ze světelného zdroje totiž vylétají fotony po celou dobu, kdy je zapnuté. Abychom mohli porovnat, kolik fotonů dopadne na konkrétní plochu z různých světelných zdrojů, musíme určit dobu, po kterou budeme měřit. V našem případě je to jedna sekunda. Jednotka μmol/m2s tedy říká, kolik fotosynteticky aktivních fotonů dopadne na jeden metr čtvereční za jednu sekundu. Pokud byste chtěli porovnat nové výsledky se starými, jednotky watt/m2 se dají na μmol/m2s přepočítat. Online převodník najdete na adrese www.egc.com

Během slunečného letního dne naměříte na slunci okolo 2000 μmol/m2s. Pokud se v ten samý den zatáhne, naměříte pouze okolo 200 μmol/m2s.

Teď už tedy víte, jaké jednotky budu dále používat a co znamenají. Teď vám ještě řeknu, jaké hodnoty jsou vhodné pro konkrétní typy pěstování. Tabulka ukazuje, jaké jsou optimální hodnoty PPFD v μmol/m2s při použití umělého osvětlení. Mohlo by vás zajímat, že během slunečného letního dne naměříte na slunci okolo 2000 μmol/m2s. Pokud se v ten samý den zatáhne, naměříte na stejném místě pouze okolo 200 μmol/m2s. 



Naskenujte si QR kód a podívejte se, jak funguje polohovací zařízení se spektro-fotometrem.

Poslední novinkou v měření je polohovací systém. Abych co nejlépe simuloval reálné podmínky v pěstírně, umístil jsem spektrofotometr do pěstebních stanů o rozměrech 100 x 100 x 200 cm, 120 x 120 x 200 cm a 120 x 240 x 200 cm. Spektrofotometr jsem umístil na zmíněné polohovací zařízení, které se na můj povel přesunulo do předem určených bodů, ve kterých jsem opakovaně prováděl měření, a výsledky jsem zaznamenával do tabulky. Tabulku jsem pak převedl do grafů. Úroveň PPFD v různých částech plochy poznáte podle barevné škály. Jak polohovací zařízení funguje, se můžete podívat na mém webu nebo naskenovat QR kód na obrázku s videem. 



Od posledního měření se také objevila řada nových informací o vlivu osvětlení na rostliny. Například je jisté, že i světlo o vlnových délkách mimo oblast PAR rostliny ovlivňuje, i když nepůsobí přímo na fotosyntézu. Jedná se zejména o UVB záření (280–315 nm) a vzdálené červené spektrum neboli far-red (700–800 nm). Někteří vědci proto navrhují používat nový termín PBAR, který by znamenal foto-biologicky aktivní záření. Ten by měl označovat světlo o vlnových délkách 280–800 nm. Při testování jsem měřil i oblast far-red, ale do výsledků není započtena, protože oblast PAR je stále přesně definována a výsledky by byly tím pádem zkreslené. Tyto informace zde proto uvádím jen pro zajímavost. Poslední novinkou v měření je polohovací systém. Abych co nejlépe simuloval reálné podmínky v pěstírně, umístil jsem spektrofotometr do pěstebních stanů o rozměrech 100 x 100 x 200 cm, 120 x 120 x 200 cm a 120 x 240 x 200 cm. Spektrofotometr jsem umístil na zmíněné polohovací zařízení, které se na můj povel přesunulo do předem určených bodů, ve kterých jsem opakovaně prováděl měření, a výsledky jsem zaznamenával do tabulky. Tabulku jsem pak převedl do grafů. Úroveň PPFD v různých částech plochy poznáte podle barevné škály. Jak polohovací zařízení funguje, se můžete podívat na mém webu www.pestovat.cz/cs/content/light-test-34 nebo naskenovat QR kód na obrázku s videem.

Měření na ploše 100 x 100 cm

Nyní už mohu přejít k praktickým výsledkům. Jako první jsem se rozhodl otestovat osvětlovací soustavy vhodné na plochu jednoho metru čtverečného. To je mezi domácími pěstiteli velmi rozšířená velikost pěstírny, i z toho důvodu, že náklady na její vybavení jsou poměrně nízké. Pro osvětlení takové plochy se nejčastěji používají sodíkové vysokotlaké výbojky o výkonu 400 a 600 wattů. Jelikož už z předchozího měření vím, že nejlepších výsledků jsem dosáhl použitím předřadníku Lumatek a reflektoru Adjust-A-Wing, použil jsem tuto sestavu i tentokrát a předřadník jsem nastavil do polohy 400 superlumenů (SL), což je pro danou výbojku maximum. Ze všech měřených vzdáleností jsem nejlepší hodnoty s ohledem na rozptyl světla a výkon našel ve vzdálenosti 30 centimetrů od výbojky. Maximální, minimální i průměrné naměřené hodnoty PPFD vyčtete z grafu. Vidíte, že průměrné hodnoty jsou jen těsně pod spodní hranicí optimální dávky pro květovou fázi. To znamená, že většina porostu bude osvětlena nižší dávkou a rostliny nebudou moci svůj potenciál ukázat naplno.



400W sodíková výbojka nad plochou 100 x 100 cm.

Nyní se podívejte na další graf, který ukazuje výsledky 600W výbojky, a to ve stejném reflektoru jako v předchozím případě, jen zapojené do předřadníku pro 600 W, přepnutého do pozice 600 SL. U této výbojky jsem našel optimální hodnoty ve vzdálenosti 40 centimetrů. Měřil jsem i z kratší vzdálenosti, ale teplota je tam příliš vysoká. Pokud zavěsíme 600W výbojku 30 centimetrů nad rostliny, vrcholky rostlin už jsou vysokou teplotou poškozovány. 40 centimetrů se zdá pro většinu případů optimální, i když s chlazeným reflektorem samozřejmě můžeme zavěsit lampu níže. Vidíte sami, že efektivita 600W výbojky je o dost vyšší. Průměrné hodnoty PPFD dosahují 900 μmol/m2s, což je vynikající výsledek. Minimální naměřená hodnota je také o dost vyšší nežli u 400W výbojky. S 600W výbojkou získáte pro vaše rostliny v průměru o 33 % více fotosynteticky aktivního světla, což se znatelně projeví na množství a kvalitě úrody.

Použitím LED modulů se dá uspořit zhruba 30 % energie při dosažení srovnatelných výsledků.

Jelikož žijeme v době, kdy LED technologie proniká do každé oblasti lidského konání, otestoval jsem i některé LED moduly pro pěstování rostlin. Z řady předchozích praktických testů vím, že v oblasti pěstování rostlin je možné použitím LED uspořit zhruba 30 % energie při dosažení srovnatelných výsledků. Úspora tedy není zdaleka tak velká jako v oblasti domácího osvětlení. Důvodem je, že technologie vysokotlakých výbojek je ze své podstaty efektivnější než klasické žárovky pro domácí použití, a navíc efektivita přeměny elektřiny na světlo u LED technologie závisí mimo jiné na tom, jakou barvu světla potřebujeme. Když jsem tedy hledal LED modul k nahrazení 400W sodíkové výbojky, vybíral jsem LED zdroj o výkonu okolo 280–300 W. Jako první jsem zvolil dva podlouhlé, pasivně chlazené LED moduly S4W od rakouské společnosti Sanlight. Pasivní chlazení má několik výhod, mezi které patří nižší spotřeba elektřiny a vysoká odolnost vůči vniknutí prachu na základní desku a následnému snížení výkonu v důsledku nedostatečného chlazení. Dva moduly mají dohromady 280 W a nejvyrovnanějších výsledků jsem docílil ve vzdálenosti 20 centimetrů od nich. Sami vidíte, že výsledky nejsou vůbec špatné a 400W sodíkovou výbojku bychom s touto sestavou mohli klidně nahradit.



600W sodíková výbojka nad plochou 100 x 100 cm.

Jako náhradu za 600W sodíkovou výbojku jsem zvolil rovněž moduly Sanlight. Místo dvou jsem ale použil tři, takže se celkový výkon dostal na 420 W, což je pro pěstování konopí slibná číslice a odpovídá úspoře 30 % ve srovnání se sodíkem. Průměrná hodnota PPFD se vyšvihla přes potřebných 700 μmol/m2s a rovnoměrnost distribuce světla je vynikající. I přesto je i v tomto případě výkon sodíkové výbojky o něco vyšší. Úspora energie je ale markantní a rostliny pod tímto osvětlením porostou výborně, jak dokazuje další obrázek. Nevýhodou LED modulů je ale stále vysoká cena. Jeden modul S4W pořídíte za zhruba 13 000 korun. K nahrazení 400W sodíkové výbojky potřebujete dva, pro nahrazení 600W dokonce tři. I když mnou testované sestavy (zahrnující elektronický předřadník Lumatek, reflektor Adjust-A-Wing Defender Medium a výbojku GIB FS Xtreme Output) nejsou levné, stále nedosahují ani třetinové ceny LED modulů. Návratnost investice do LED modulů z hlediska spotřebované elektřiny je tedy stále v řádech několika let, a to je pro mnoho domácích pěstitelů překážkou. Nesmíme ale zapomínat na několikanásobně delší životnost LED modulů, která návratnost investice velice zrychluje.

Dva 140W LED S4W moduly nad plochou 100 x 100 cm.

Více se mi do tohoto článku už nevejde. Ale nebojte se, mám připraveno ještě spoustu dalších výsledků, které vám přinesu v příštím čísle magazínu. Podíváme se na další LED moduly a i jiné rozměry pěstebních prostor. Do té doby se mějte báječně!

PŘIPOJENÁ GALERIE


Dále by vás mohlo zajímat…
Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů

2.11.2011
Neprůhledné světlo – 3. díl

Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů

5.1.2012
Neprůhledné světlo – 4. díl

Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů

26.4.2011
Neprůhledné světlo – 1. díl

Neprůhledné světlo – 8 díl: Hustota toku fotonů

7.7.2011
Neprůhledné světlo – 2. díl


Magazín Legalizace je určen pouze osobám starším 18 let.

Je Vám více než 18 let?

ANO NE

Souhlasem potvrzujete pravdivost své odpovědi a dáváte výslovný souhlas vlastníkovi stránek k ukládání informací na Vašem počítači ve formě "cookie" nebo podobném souboru.
© 2013 Legal Publishing, s.r.o.

© Copyright Legal Publishing, s.r.o. 2018 | | Autorská práva

Vytvořil Goodshape.cz | O webu