LED-освещение — основной элемент современного домашнего растениеводства 

Доброго дня вам, сити-фермеры. В нескольких прошлых статьях (первая из них) я говорил о гроубоксах — удобных инструментах для домашнего растениеводства. Сегодня начнём новую тему, которая будет касаться главного элемента такой установки — освещения.

От качества и количества света для растений во многом зависит их урожайность, а также скорость и стабильность роста. Можно сказать, что лампа — сердце любого гроубокса. А также, как правило, наиболее дорогостоящий компонент.

В конце концов, кроме светодиодных, есть множество других современных светильников для растений. Да, это так. Существует немало прогрессивных газоразрядных ламп и балластов, демонстрирующих эффективность, немногим уступающую светодиодам. Да и в определенных случаях использование ДНаТ или MH может быть более удобным вариантом.

Но я считаю, что светодиоды — наиболее перспективный и удобный в работе источник освещения. К тому же, они лучше подходят именно для сити-фермерства по нескольким причинам:

• широкая вариативность мощности и размеров, в т.ч. очень небольшие лампы;
• меньшая температура нагрева, позволяющая размещать источник света ближе к растениям, чем другие лампы;
• возможность настройки и улучшения, а также выбор спектра под конкретные нужды.

Светодиодные лампы для растений — это общее название довольно разнообразных приборов, объединённых одним фактором: их первичным компонентом являются светодиоды (обычно небольшие полупроводниковые приборы, преобразующие электрическую энергию в световую). Но дальше вариаций много. Отличаться могут сами светодиоды (причем кардинально), а также их количество и способ расположения. Единого чёткого разграничения LED-ламп для растениеводства нет. В зависимости от решаемых задач, такие лампы могут различаться по следующим признакам: 

• форм-фактор и размер, обычно определяющие также и мощность прибора. Конструктивные особенности светодиодов позволяют создавать самые разнообразные комбинации форм и габаритов;
• мощность и эффективность, определяемые самыми разными параметрами, от объёма потребляемой электроэнергии до точного количества световых фотонов, излучаемых лампой ежесекундно;
• спектр света. Сведения о спектральных характеристиках устройства позволяют сделать выводы не только о количестве, но и о качестве излучаемого им света. 

Это лишь базовые категории различий. В практическом применении важную роль играют конструктивные особенности светодиодов, плотность их расположения, используемые линзы и т.д. Спектральная наука достаточно сложна и, чтобы полностью охватить все её темы, не хватит целой статьи. Недаром существует ВНИСИ — светотехнический институт, занимающийся изучением этих вопросов. 

Но для выбора подходящей лампы, под которой вы сможете эффективно растить свои культуры и собирать хороший урожай, не обязательно всё это знать. Достаточно лишь усвоить некоторые базовые принципы освещения растений.

Когда мы говорим об эффективности освещения для растений, нет какого-то универсального способа её измерить. Первичная характеристика, на которую обращает внимание покупатель, это мощность, измеряемая в ваттах. Но в этом пункте у продавца есть несколько разных возможностей схитрить. К тому же, даже если он корректно указал мощность осветительного прибора, то возникает другой вопрос: сколько полезного света будет получено с каждого ватта потраченной электроэнергии? Это и лежит в основе понимания эффективности света для растений.

Важно: следует обращать внимание также на потребляемую мощность прибора. Этот параметр имеет значение при расчете расходов на электроэнергию. 

В этой статье я подробно рассматриваю различные характеристики LED-освещения и способы измерения его эффективности. Рекомендую к прочтению, поскольку я не буду повторяться и приводить здесь их все. Напомню только о наиболее наглядных, на мой взгляд, параметрах, с помощью которых вы сможете сопоставить лампу с размерами своего бокса и типом выбранной культуры. 

Или плотность потока фотосинтетических фотонов, выражаемая в микромолях на квадратный метр в секунду (ммоль/м²/сек). Звучит сложно, вычисляется просто. Есть такой прибор — спектрорадиометр. Он улавливает фотоны полезного спектра в определенной точке, а затем отображает их количество, ежесекундно принимаемое площадью в квадратный метр при условии равномерной освещенности.

Естественно, при увеличении расстояния от источника света до освещаемой поверхности поток фотонов будет всё сильнее рассеиваться, и значение PPFD будет снижаться. Поэтому при тестировании фитоламп замеры проводятся на разной высоте и в гроубоксах разной площади. При этом датчик прибора поочередно устанавливают в различных зонах, чтобы составить наиболее объективную картину. Получается такая схема, называемая PAR-картой:

Эта схема показывает, насколько будут освещены зоны конкретного бокса при использовании светильника на полной мощности, поднятого на 30 см над горшком. Желаемые значения будут отличаться в зависимости от выбранной культуры и стадии роста.

У каждого вида растений (а порой и сорта) свои предпочтительные диапазоны PPFD, в которых им комфортно развиваться. Вам следует знать хотя бы максимальные значения, поскольку превышение предельных уровней освещенности, без поддержания определенных условий, неэффективно и даже опасно.

Предположим, вам известно, что для вашей культуры максимально допустимые значения PPFD ограничиваются 700 ммоль/м²/сек. Если показатели лампы на нужной вам высоте значительно выше, то она будет избыточно мощной. Можно не переплачивать.

Это очень узкий взгляд, который не учитывает качественный (спектральный) состав освещения, а также эффективность светоотдачи и охлаждения. Тем не менее, понимание PPFD позволяет сузить выбор источника освещения. 

PPFD показывает, сколько света растение получает ежесекундно. Но важно не только это. Существенную роль также играет другой параметр — количество света, облучающего его в течение дня. Он называется Daily Light Integral (DLI), а измеряется в моль/м²/сут. 

Немного забегая вперед, скажу, что идеальный DLI будет отличаться для каждой культуры на разных стадиях развития. Если хотите рассчитать идеальную модель культивации, придётся поискать актуальные научные исследования по выбранной культуре, которых может и не быть. Общие рекомендации, которых достаточно для получения хорошего урожая, приведены в таблице ниже: 

Здесь указаны верхние значения диапазона, т.е. максимальное количество света за день на пике цветения. Использование дополнительного углекислого газа позволяет поднять уровень освещенности на 10–15% (иногда больше), и ускорить созревание. 

Почему это важно? Потому, что на этот показатель можно воздействовать не только мощностью освещения, но и продолжительностью светового дня. Разумеется, в определенных пределах и не со всеми культурами. Но всё же правильное планирование времени цикла «день/ночь» позволяет повысить эффективность использования освещения для растений и получить хороший результат с более бюджетными приборами. Для расчета DLI используется следующее простое уравнение: 

DL I= (PPFD*T)/1 000 000, где:

T — время светлого фотопериода в секундах;

1 000 000 — делитель при переводе из микромолей в моли.

Рассмотрим это на примере. Допустим, вы установили несколько небольших ламп, которые вместе способны обеспечить до 700 ммоль/м²/сек по всей площади бокса (условно). Соответственно, максимальный DLI, который вы сможете получить при круглосуточной работе освещения, будет определяться по формуле: 

DLI = 700*86400/1000000 = 60,5 моль/м²/день.

Это довольно много. Хватит даже очень светолюбивым культурам с повышенным уровнем СО₂ в боксе. Но на практике вы вряд ли будете использовать световой режим 24/0. Ночной отдых также важен для растений. 

Зная предпочтительные значения DLI для своих растений, вы можете составить несколько разных графиков освещенности с рассматриваемыми для покупки моделями ламп. Также стоит учитывать расход и стоимость электроэнергии. Вполне возможно, что в долгосрочной перспективе вы больше потратите на оплату счетов, чем сэкономите на менее эффективной лампе, которую придется дольше держать включенной.

При составлении графика освещения для своей культуры можно не только воспользоваться приведённой выше таблицей, но и обратить внимание на то, как это растение развивается в естественных условиях. В каких широтах и в какое время года этот вид или сорт чувствует себя лучше всего? Для первичного представления можно воспользоваться следующей картой, отображающей годовой интеграл света в разных регионах РФ. 

Вышеупомянутые характеристики (PPFD и DLI) касаются, грубо говоря, количества получаемого растениями света. Обратите внимание, речь идёт только о диапазоне PAR (400–700 нм), полезном для фотосинтеза излучении. Но определённую роль играет и то, в какой именно части спектра работают диоды.

Этот график отражает интенсивность фотосинтеза в зависимости от длины волны светового излучения. Заметно, что значительная часть зелёного света в этом плане менее эффективна, чем крайние зоны. Это логично, ведь хлорофилл потому и зелёный, что эта часть спектра им поглощается в меньшей степени. 

Этот факт создал тренд на фиолетово-розовые лампы для растений, с которыми прочно ассоциирован термин «фитолампа». Мол, именно они идеальны для садоводства. С развитием агротехнической науки было доказано, что зелёный свет также полезен для фотосинтеза. Он обеспечивает проникновение полезных фотонов вглубь листа, куда кроме него попадает только дальний красный свет. 

Вскоре появились полноспектральные светодиодные лампы с разным балансом световой «палитры». Человеческим глазом свет любой полноспектральной лампы воспринимается как белый. Это очень удобно и позволяет легко работать с растениями и проводить регулярный осмотр. При этом стоит помнить, что не любая «белая» лампа является полноспектральной. Свет на стыке жёлтого и зелёного спектров мы тоже обычно воспринимаем, как белый. 

Спектральный баланс — сложная тема, которую не объяснить на пальцах. По определенным культурам можно найти исследования и результаты опытов, чтобы выяснить, какой именно свет и в каком количестве нужен для их идеального развития. Но это достаточно сложная наука, и на результат всегда оказывают влияние разные факторы.

Для выращивания только микрозелени в большинстве случаев подходят лампы с уклоном в синий спектр, поскольку он особенно важен на начальных стадиях роста, а микрозелень только и существует в виде ростков.

Сегодня мы рассмотрели важные характеристики светодиодных ламп для растений. Используя эти параметры, можно наглядно сравнить различные модели фитоламп и составить графики освещения. Конечно, далеко не во всех случаях вы можете получить PAR-карту. Бюджетные лампы с Ozon или AliExpress могут не содержать этих характеристик в описании товара.

Однако многие производители современных Quantum Board и других моделей фитосветильников обычно проводят замеры PPFD и охотно демонстрируют их клиентам. Их цель — показать эффективность своих изделий, поэтому не стесняйтесь спрашивать.

В следующем выпуске поговорим о других характеристиках светодиодного освещения и взаимосвязях между ними, а потом рассмотрим модели ламп, представленные в интернет-магазинах.

Читайте также:

Из темноты на свет: как искусственное освещение стало неотъемлемой частью аграрной науки

Исследование: Болгарский перец и томаты лучше растут при белом освещении

При работе со светодиодным освещением нужно заботиться о здоровье глаз