LED technológiák növénytermesztéshez
Mi az a növénytermesztő LED-világítás, és hogyan működik?
A fény a növények számára energiaforrás a fotoszintézishez. A szabadban ezt a Nap biztosítja, de beltéri termesztés esetén, illetve amikor kevés a természetes nappali fény, mesterséges világítással kell kiegészíteni.
Erre szolgál a növénytermesztő LED-világítás. A hagyományos világítással ellentétben úgy tervezték, hogy megfelelő mennyiségű és spektrumú fényt biztosítson a növények növekedéséhez. A LED-technológia emellett nagy teljesítményű, magas hatékonyságú és viszonylag alacsony hulladékhő-termelésű lámpatestek gyártását teszi lehetővé. Ugyanakkor nem minden LED-lámpa alkalmas automatikusan növénytermesztésre.
Az értékelés során elsősorban a következő szempontokat vizsgáljuk:
- mennyi hasznosítható fényt állít elő
- milyen a fényspektruma
- mennyire egyenletesen világítja meg a termesztési területet
- milyen hatékonyan alakítja át az elektromos energiát fénnyé
Ezért önmagában a wattban megadott teljesítményfelvétel nem árul el sokat a növénytermesztő lámpa minőségéről.
Miért használnak LED-et a növénytermesztéshez?
A LED-technológia egyik fő előnye, hogy különböző típusú diódák kombinálását teszi lehetővé. A gyártók például fehér, piros vagy más LED-eket használhatnak, és így a növénytermesztéshez megfelelő spektrumot hozhatnak létre.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy minden LED-lámpa spektruma tetszőlegesen módosítható. A legtöbb növénytermesztő lámpánál a spektrumot a felhasznált LED-chipek határozzák meg. A spektrum egyes részei csak azoknál a lámpatesteknél szabályozhatók külön-külön, amelyek egymástól függetlenül vezérelhető fénycsatornákkal rendelkeznek.
A minőségi növénytermesztő LED-világítás fő előnyei:
- magas hatékonyság – a felhasznált elektromos energiából nagy mennyiségű hasznosítható fényt képes előállítani
- hosszú élettartam és alacsony karbantartási igény
- lehetőség a növények igényeihez igazított spektrum kialakítására
- egyszerű fényerő-szabályozás a szabályozható fényerejű modelleknél
- kevesebb sugárzó hő a növények irányába egyes régebbi technológiákhoz képest
Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a LED a modern növénytermesztő világítás egyik legfontosabb technológiája.
Fényspektrum és PAR: milyen fényt hasznosítanak a növények?
A fény különböző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzásból áll. Az emberi szem a látható spektrum különböző részeit különböző színekként érzékeli – a kéktől a zöldön át egészen a pirosig.
A növénytermesztés szempontjából elsősorban a fény hullámhossza fontos, amelyet nanométerben (nm) adnak meg.
A növényekkel kapcsolatban ezért gyakran találkozhatunk a PAR (Photosynthetically Active Radiation), vagyis a fotoszintetikusan aktív sugárzás fogalmával. Hagyományosan a 400–700 nm közötti tartományt jelöli, amelyben a fotoszintézis zajlik.
A PAR azonban nem mutatja meg, hogy a lámpatest mennyi fényt termel. Elsősorban a hullámhossztartományt jelöli. A fény mennyiségének meghatározására a PPF és a PPFD értékeket használják, amelyeket később részletesebben bemutatunk.
A növények emellett a hagyományos PAR-tartományon kívüli sugárzásra is reagálnak. Például az UV-sugárzás vagy a távoli vörös (far-red) sugárzás befolyásolhatja alakjukat, fejlődésüket és más folyamataikat. A növénytermesztő világítás alapjainak megértéséhez azonban a PAR jelenti a legfontosabb kiindulási tartományt.
A PAR-tartomány (400–700 nm) a fényspektrumon belül.
Kék, zöld és piros fény
Gyakran találkozhatunk azzal az állítással, hogy a növényeknek csak kék és piros fényre van szükségük, mivel az A és B klorofill ezekben a tartományokban jelentős fényelnyelést mutat. Valójában azonban a növények a fényspektrum szélesebb tartományát is hasznosítják.
A kék fény részt vesz a fotoszintézisben, és jelentősen befolyásolja a növények fejlődését is. Például elősegítheti a kompaktabb növekedést, valamint hatással van a gázcserenyílások nyitására és más élettani reakciókra.
A piros fényt a növények nagyon hatékonyan hasznosítják a fotoszintézis során. A piros fotonok LED-ekkel különösen hatékonyan állíthatók elő, ezért a piros diódák gyakori elemei a növénytermesztő lámpatesteknek.
A zöld fény sem haszontalan a növények számára. Bár egy része visszaverődik a levelekről, jelentős része behatol azokba, és felhasználható a fotoszintézis során. A zöld fény ráadásul mélyebbre képes behatolni a levelekbe és a növényállományba.
Éppen ezért nem helyes az egyes színek hasznosíthatóságát kizárólag a klorofill elnyelési spektruma alapján megítélni. Az izolált klorofill elnyelési spektruma nem mutatja meg pontosan, milyen fényt képes az egész növény hasznosítani.
Teljes spektrum vagy piros-kék fény?
A régebbi növénytermesztő LED-lámpák gyakran elsősorban piros és kék diódák kombinációját használták. Ennek eredménye a jellegzetes rózsaszín vagy lila fény volt, amelyet néha blurple néven emlegetnek.
Ennek a kombinációnak megvolt a maga létjogosultsága – a kék és a piros fény egyaránt fontos a növények számára, és az ilyen színű LED-ek nagyon hatékonyak lehetnek. Idővel azonban kialakult az a tévhit, hogy a spektrum többi része felesleges, és a fehér fény használata energiapazarlás.
Ezért a modern növénytermesztő LED-lámpák gyakran széles, úgynevezett teljes spektrumú (full-spectrum) világítást alkalmaznak. Ez általában fehér LED-ekre épül, amelyeket például különálló piros diódákkal egészíthetnek ki.
A szélesebb spektrum számos gyakorlati előnnyel rendelkezik:
- a növények a látható spektrum széles tartományából kapnak fényt
- a zöld fény is hasznosul
- a növények természetesebbnek tűnnek a világítás alatt
- a termesztő könnyebben ellenőrizheti a levelek színét, a növények egészségi állapotát, valamint felismerheti a kártevőket vagy az esetleges tápanyaghiányokat
PPF, PPFD és PPE: hogyan állapítható meg, mennyi fényt kapnak a növények?
A hagyományos világításnál megszoktuk, hogy wattokat vagy lumeneket hasonlítunk össze. A növénytermesztő világítás esetében azonban más adatokra van szükség. A lumen az emberi szem érzékenységén alapul, ezért nem mutatja meg kellő pontossággal, mennyi fotoszintetikusan aktív fény áll a növények rendelkezésére.
A növénytermesztő világításnál ezért leggyakrabban három mérőszámmal találkozhatunk:
PPF (µmol/s) – a fényforrás által másodpercenként kibocsátott, PAR-tartományba eső fotonok teljes mennyiségét adja meg. Egyszerűen fogalmazva: mennyi fotoszintetikusan aktív fényt állít elő a lámpatest.
PPFD (µmol/m²/s) – megmutatja, hogy ebből a fényből mennyi érkezik egy adott felületre másodpercenként. Vagyis azt jelzi, mennyi fényt kapnak ténylegesen a növények egy adott helyen. Ezért a minőségi lámpatestekhez gyakran PPFD-térképeket is közzétesznek.
PPE (µmol/J) – a lámpatest hatékonyságát fejezi ki, vagyis azt, hogy az elfogyasztott elektromos energiából mennyi fotoszintetikusan aktív fotont állít elő. Minél magasabb a PPE, annál hatékonyabban használja fel a lámpatest az elektromos energiát.
Ezért két azonos teljesítményfelvételű LED-lámpa eltérő PPF-, PPE- és a termesztési területen mért PPFD-értékekkel rendelkezhet.
Hogyan válasszunk LED-lámpát a növényekhez?
A választás során nem szükséges egyetlen „tökéletes” fényszínt keresni. Sokkal fontosabb, hogy a lámpatestet egészében értékeljük.
Elsősorban a következőket vegye figyelembe:
- a növény fajtáját és növekedési szakaszát
- a termesztési terület méretét
- a fény mennyiségét, amelyet a lámpatest a területre képes juttatni
- a lámpatest hatékonyságát
- a megvilágítás egyenletességét
- a megfelelő fényspektrumot
Otthoni növénytermesztéshez a széles spektrumú fehér/full-spectrum fény általában praktikus és sokoldalú választás. Speciális alkalmazások esetén más vagy állítható spektrum is megfelelő lehet. Maga a spektrum ugyanis csak egy része az egésznek. Ugyanilyen fontos, hogy mennyi fényt kap a növény, és mennyi ideig van kitéve annak.