Valonlähteiden tyypit sisäpuutarhaan (Natriumpolttimoita vai säästölamppuja?)
Fotosynteesin aikana klorofylli absorboi valon säteilyn energiaa ja käyttää sitä hiilihydraattien synteesiin hiilidioksidista ja vedestä.
Klorofylli on vihreä pigmentti, jota esiintyy vihreissä kasveissa, sinilevissä ja joissakin levissä. Klorofylli kuuluu fotosynteettisiin pigmentteihin yhdessä fykobiliinien ja karotenoidien kanssa, joilla on kuitenkin eri väri ja jotka absorboivat energiaa näkyvän valon spektrin eri osasta. Klorofylli on vihreä, koska se absorboi valon spektrin sinisen ja punaisen osan ja heijastaa loput. Siksi se näyttää meistä vihreältä ja antaa perusvärin kaikille fotosynteesiä tekeville kasveille.
Kuva 2: Klorofylli a ja b:n absorptiospektri
Fotosynteesissä on mukana useita klorofyllityyppejä, kasveissa tunnetuimmat ovat A ja B. Muita fotosynteesissä mukana olevia pigmenttejä ovat karotenoidit (joilla on myös tärkeä rooli kasvin liikkeessä kohti valoa). Klorofyllit absorboivat punaisen (660 nm) ja sinisen (440 nm) värin aallonpituuksia. Vihreä ja keltainen jäävät klorofyllin vihreän värin vuoksi hyödyntämättä, koska klorofylli heijastaa niitä.
Fotosynteesin maksimaalinen tehokkuus on punaisen ja sinisen säteilyn alueella. Tätä aktiospektriä jotkut valonlähteiden valmistajat ovat hyödyntäneet erikoisloisteputkien tai purkauslamppujen kehittämiseen ja valmistukseen, jotka on tarkoitettu kasvien valaistukseen. Näiden loisteputkien spektrissä vihrean-keltainen alue on voimakkaasti vaimennettu, joten lähetetty valo on purppuranväristä ja edistää fotosynteesin tehokkuutta korkealla hyötysuhteella.
Sinisen valon funktiot
Fotosynteesin lisäksi kasvi hyödyntää sinistä valoa fototropismiin – kasvi jakaa kasvuhormonit sopivasti ja mukauttaa siten muotoaan juuri tämän säteilyn voimakkuuteen ja suuntaan hyödyntääkseen sitä tehokkaasti. Lisäksi sinisen säteilyn mukaan tapahtuu ilmarakojen avautuminen.
Punaisen valon vaikutus
Kasvi hyödyntää tätä aluetta sekä fotosynteesiin että varren pituuskasvuun (kurottautuminen aurinkoa kohti). Tässä kasvi käyttää hyväkseen säteilyn intensiteettien suhdetta aallonpituuksilla 660 (red)/735 (far red) nm. Klorofyllin absorptiokäyrästä (Kuva 1) näkyy, että kasvi käyttää fiksulla tavalla tämän käyrän jyrkkää rajaa. Jos kasvi on toisen kasvin varjossa, varjostavan kasvin klorofyllin red-säteilyn absorption vuoksi kasviin osuu minimaalinen määrä punaista säteilyä (red), mutta riittävästi infrapunasäteilyä (far red) ja kasvi alkaa venyä pituutta. Vaikka kasvilla olisi riittävästi keinovalaistusta ja far red -säteily olisi vallitseva, kasvi "venyy" korkeutta luullen olevansa varjostunut. Päinvastaisessa suhteessa kasvi taas kasvaa korkeutta hitaasti. Siksi on hyvä, että näiden säteilykomponenttien suhde on tasapainossa (samalla tavalla kuin auringonsäteilyssä).
Keinovalaistusta käytetään kasveille tapauksissa, joissa on joko luonnollisen päivänvalon puutetta tai tarvitaan lisävalaistusta. Esimerkiksi talvikuukausina, jolloin päivänvalo ei riitä kasvien haluttuun kasvuun. Niitä käytetään siis päivän pituuden pidentämiseen, jotta kasvit saavat tarvitsemansa valon. Valon puute aiheuttaa kasveille niiden kasvun hidastumista ja kehityshäiriöitä, jotka ilmenevät esim. liiallisena venymänä, varsien ohuutena, epäsäännöllisenä värjäytymisenä jne.
Keinovalaistus valaisimilla kasvien kasvun tukemiseksi todistetusti aiheuttaa niiden oikean kasvun ja kehityksen, auttaa pidentämään kukinta-aikaa ja lisää satojen määrää. Keinovalaistus pyrkii tarjoamaan auringonsäteilyn kaltaisen valospektrin tai tarjoamaan spektrin, joka on mukautettu viljeltyjen kasvien tarpeisiin. Luonnollisia ulko-olosuhteita jäljitellään erilaisilla väreillä, lämpötiloilla ja keinovalaistuksen spektraalisilla tuloilla sekä lamppujen valovoiman muutoksilla. Riippuen viljellystä kasvilajista, viljelyvaiheen (esim. itämis-/kasvuvaihe tai kukinta-/hedelmällisyysvaihe) ja kasvien vaatiman päivän ja yön (valon ja pimeyden) ajanjakson pituudesta, tietyt spektrialueet, valotehokkuus ja värilämpötilat soveltuvat käytettäväksi tiettyjen kasvien ja aikajaksojen kanssa.
Lähteet kasvien valaistukseen sisätiloissa
Sisätiloissa tapahtuvaan kasvien viljelyyn on tarpeen käyttää keinovalaistusta, joka on täydellinen kokonaisuus, joka muuntaa sähköenergian valoksi.
Yleisin valaistustyyppi on korkeapaineisten purkauslamppujen käyttö, jotka tarvitsevat toimintaansa kuristimen (liitäntälaitteen) ja lisäksi kanta ja heijastimen.
Samaa tarvitaan myös kasvatettaessa kompaktien loistelamppu-purkausvalojen alla, jotka tunnetaan yleisesti nimellä loistelamput tai ammattikielellä CFL-lamput. Joissakin CFL-lampuissa on liitäntälaite jo sisäänrakennettu runkoon, joten tarvitset enää vain heijastimen kannalla.
Viimeinen vaihtoehto ovat LED-valaistusmoduulit, jotka ovat valmiita kokonaisuuksia ja riittää vain laittaa pistorasiaan.
Keinovalaistusta valittaessa voidaan seurata useita indikaattoreita. Valonlähteiden on vastattava kasvien tarpeita sekä valon voimakkuuden että säteilevän valon spektrikoostumuksen osalta. Valo on ensisijaisesti energianlähde fotosynteesille, joka varmistaa kasvien kasvun. Tämä, mutta myös kaikki muut kasvien fotobiologiset prosessit riippuvat absorboituneen säteilyn aallonpituuksista.
Spektrin osalta kasvattajaa kiinnostaa, onko valaistus tarkoitettu vihreville kasveille vai kukkiville kasveille. Sen mukaan valitaan valaistus joko kasvuun, kukkaan tai molempiin.
Kasvien elintoimintoja eivät määrittele vain fotosynteesi, vaan myös muut aktiviteetit. Nämä aktiviteetit vaativat huomattavasti vähemmän energiaa. Kyse on ensisijaisesti fotomorfogeneesissä, joka vaikuttaa kasvien muodon ja toiminnallisten elinten järjestyksen muodostumiseen ja jota tukee erityisesti spektrin sininen alue. Joillakin, erityisesti trooppisilla tai vuoristokasveilla tämä aktiivisuus ulottuu ultraviolettisäteilyn alueelle. Sinisen valon puutteessa kasvit ovat venyviä, varsien sisäsolmut ovat kaukana toisistaan, lehdet ovat pienempiä ja vaaleamman värisiä. Toinen aktiivisuus on fototropismi, joka vaikuttaa kasvien maanpäällisten ja maanalaisten osien kasvusuuntaan (maanpäälliset osat kääntyvät valoa kohti, maanalaiset päinvastoin). Kaikilla kukkivilla kasveilla fotoperiodismilla on suuri merkitys, johon vaikuttaa erityisesti spektrin pitkäaaltopäinen osa (punainen ja tummanpunainen). Sillä on vaikutusta induktiivisiin prosesseihin, eli nuppujen muodostukseen ja kukkien kehitykseen. Joidenkin kukkien nuppujen induktio riippuu päivän pituudesta. Pitkän päivän kasvit kukkivat pitkillä päivillä, lyhyen päivän kasvit puolestaan lyhyillä päivillä.
Valaistus sisäviljelyyn
Kuva 3: LED-valot luovat keinotekoisia ympäristöjä kasvien ja vihannesten viljelyyn ja korkean tehokkuuden ansiosta ne eivät lämpiä juuri lainkaan verrattuna lämpöiseen hehkulamppuun tai halogeenilamppuun
Energiansäästölamput vai natriumlamput?
Energiansäästölamput takaavat alhaisen energiankulutuksen. Lamppujen kytkeminen on helppoa. Energiansäästölamppujen valospektri kasvuun ja kukkaan on samanlainen kuin purkauslampuilla. Energiansäästölamput soveltuvat tiloihin, joissa liiallinen lämpö on ongelma ja ne voidaan ripustaa matalalle kasvien yläpuolelle noin 30 cm korkeudelle.
Purkauslamput eivät ole tarkoitettuja suoraan verkkoon kytkemiseen. Valaistuksen kokoamiseen tarvitaan erikoisliitin, joka vastaa tehoa, hylsy ja sopiva kaapeli. Purkauslamput ovat kasvulampuja, kukintalampuja tai yhdistetyllä valospektrillä varustettuja. Kasvulamput – sinistä ja valkoista valoa. Kukintalamput – punakeltaista valoa. Yhdistetyt lamput – punaista, keltaista ja sinisen spektrin osuutta.
Loisteputket – kasvuun ja juurtumiseen
Kuva 4: Loisteputket
Lineaarinen loisteputki on pitkä lasiputki, jonka päät on ilmatiiviisti suljettu kannalla, jonka läpi putken sisään johdetaan elektrodit. Sisällä on elohopea- ja argonhöyryjen seos. Loisteputkilla on viileä sinikohtainen valkoinen tai punainen valo. Sinikohtainen valkoinen on erittäin sopiva erityisesti kasvien kasvuvaiheeseen. Kasvien juurruttamisessa viljelijät saavuttavat hyviä tuloksia punaista valoa tuottavilla loisteputkilla. Loisteputkia voidaan käyttää kasvien taimien esikasvatukseen tai yrttien viljelyyn (esimerkiksi basilika, ruohosipuli tai persilja). Koska lineaariset loisteputket ovat heikompitehoisia, ne sopivat erityisesti pienikokoisille kasveille. Suuremmille ne eivät välttämättä riitä.
Ominaisuudet:
- korkea sähköenergian muuntamisen valoenergiaksi tehokkuus, joka saavuttaa korkeataajuisella syötöllä jopa 104 lm/W, samalla kun yleinen värintoistoindeksi Ra saavuttaa arvon jopa 80,
- sopivat geometriset parametrit, jotka mahdollistavat materiaalitaloudellisten valaisimien rakentamisen yksinkertaisella optiikalla ja mahdollisuudella koota niitä esteettisiksi yhtenäisiksi valokaistoiksi tai suuriksi pinnoiksi,
- erittäin laaja tehovalikoma 4 watin ja noin 200 watin välillä,
- erittäin laaja valovärivalikoima, jolle on tunnusomaista korvaava värilämpötila 2 700 - 17 000 K,
- erikoistyypeissä voidaan saavuttaa Ra jopa 98 erittäin hyvällä ominaissuorituskyvyllä,
- erittäin tuottavat tuotantolinjat, joiden kapasiteetti saavuttaa jopa 4 000 kpl/h korkealla tuotantoprosessin saannolla; tästä johtuu perusloisteputkivalikoiman pysyvän alhainen hinta,
- pitkä käyttöikä, joka saavuttaa joillakin erikoistyypeillä yli 20 000 tuntia hyvällä valovirran stabiliteetilla valaisun aikana
Kompaktit loisteputket (energiansäästölamput) – pienille ja keskikokoisille kasveille
Kuva 5: Kompakti loisteputki
Kompaktiloistelamppujen energiatehokkuus on 60–80 % parempi verrattuna perinteisiin hehkulamppuihin. Kompaktiloistelamppujen keskimääräinen käyttöikä on yli kymmenen kertaa pidempi kuin hehkulamppujen – kompaktiloistelamppu noin 6 000–20 000 tuntia, hehkulamppu noin 1 000 tuntia. Kuluttajille tarkoitettujen laadukkaiden kompaktiloistelamppujen värintoisto-indeksi on Ra > 80.
Kompaktiloistelamppuja valmistetaan perinteisesti kasvu-, kukinta- ja duaalispektrillä. Nämä loistelamput ovat ns. energiansäästölamppuja, joiden teho on 85 W:sta 250 W:iin. Kompaktiloistelamppujen toiminta on käytännössä identtinen lineaaristen loistelamppujen kanssa sillä erotuksella, että kompaktiloistelamppujen teho on suurempi kuin lineaaristen loistelamppujen. Kasvuspektrin kompaktiloistelamppuja voidaan käyttää taimien esikasvatukseen, kukkimattomien kasvien viljelyyn tai kukkivien kasvien kasvuvaiheeseen. Kukintaspektrin kompaktiloistelamppuja voidaan sitten käyttää kukkivien kasvien kukintavaiheeseen. Duaalispektrin kompaktiloistelamppuja voidaan käyttää kaikenlaisille kasveille missä tahansa kehitysvaiheessa. Koska energiansäästölamput tuottavat vähemmän lämpöä, ne voidaan asentaa lähelle kasvien latvuksia. Siksi ne soveltuvat myös pieniin tai huonosti tuulettuviin tiloihin.
Ominaisuudet:
- pienemmät mitat kuin lineaariset loistelamput
- suurempi teho tietyssä tilassa, mutta pienempi ominaisteho verrattuna lineaarisiin loistelamppuihin
- teho vaihtelee 5–55 W välillä
- loistelamppujen kulutus on jopa 80 % pienempi samalla valomäärällä
- kuudesta viiteentoista kertaa pidempi loistelamppujen käyttöikä, mikä vastaa keskimäärin 6000 tunnista jopa 15000 tuntiin
- valmistetaan monissa tyypeissä ja muodoissa
- erinomainen loistelamppujen värintoisto Ra80
Fluoresensiloistelamput
Kuva 6 Fluoresensiloistelamput
Fluoresensilampun valon perustana on ihmissilmälle näkymätön ultraviolettivalo, joka syntyy sähkövirran kulkiessa inerttikaasun läpi. Tämä ultraviolettivalo reagoi erikoisen loisteaineseoksen kanssa, joka peittää loisteputken sisäseinämän. Näkymätön valo muuttuu näin hyödynnettäväksi valkoiseksi valoksi. Fluoresensilamput tarvitsevat erityisen energialähteen, ns. liitäntälaitteen, joka säätelee lampun käyttövirtaa ja toimittaa sopivan jännitteen purkauksen sytyttämiseen. Elektronisilla liitäntälaitteilla on sama tehtävä kuin vanhentuneilla magneettisilla liitäntälaitteilla, mutta toisin kuin ne, ne toimivat erittäin korkealla taajuudella. Tämän ansiosta häiritsevä välkkyminen ja melu poistuvat ja samalla teho kasvaa. Elektroniset liitäntälaitteet voidaan myös helpommin suunnitella niin, että ne mahdollistavat lampun vakaamman ja tehokkaamman käytön, valon voimakkuuden muuttamisen ja yksittäisten valaistuselementtien yhdistämisen verkkoon, jotta valaistusta voidaan säätää nykyaikaisella tavalla.
Loistelamput ovat erinomainen ratkaisu kohdevalaistukseen työhuoneissa, kotitoimistoissa ja muissa tiloissa, joissa tarvitaan todella kirkasta valoa. Ne kestävät jopa 20 kertaa pidempään kuin tavalliset hehkulamput ja kuluttavat jopa 80 % vähemmän energiaa.
Käytettävissä on erikokoisia loistelamppuja, kolmekymmentäsenttimetrisistä jopa kahden ja puolen metrin pituisiin, jotka asennetaan vakiokokoisiin loistevalaisimiin. Tällaisella valaistuksella voidaan kasvattaa kasveja kellarissa, varastossa tai ullakolla lähes samalla nopeudella kuin ulkona keskellä kesää. Ne ovat täydellisiä kasvuvaiheeseen. Niitä valmistetaan teholtaan 18W, 36W ja 54W. Koska niiden teho on pieni, ne soveltuvat paremmin pistokkeiden juurruttamiseen tai kasvien alaosien valaisemiseen sekä kasvu- että kukintavaiheessa. Niiden kytkemiseen tarvitaan myös sytytin ja kuristin, mutta paljon pienemmillä tehoilla kuin "energiansäästölampuissa".
Tekniset ominaisuudet
- matalapaineiset elohopeahöyrylamput
- valonlähteen matala lämpötila mahdollistaa lamppujen sijoittamisen lähelle kasveja ilman palovammariskiä
- korkea alkuperäinen valoteho
- voidaan käyttää tavallisten ja korkeataajuisten liitäntälaitteiden kanssa
- täysin kierrätettävät lamput, kaikki osat voidaan käyttää uuden lampun valmistuksessa
- kannassa on vihreä merkki, joka osoittaa lampun olevan kierrätettävä
LED-valaisimet - kasvien kasvuun
Kuva 7: LED-lamppu
LED-valaisimet kasvien kasvun tukemiseen soveltuvat käytettäväksi erityisesti kasvitieteellisissä puutarhoissa, kasvien jalostukseen kasvihuoneissa, sisätiloissa kasvien valaisemiseen jne.
Viljelyvalaisimet LED-tekniikalla omistavat yhden olennaisen ominaisuuden. Puolijohdekomponentit pystyvät tuottamaan kapeakaistaista monokromaattista valoa. Eri väristen diodien yhdistelmällä ja tehon säädöllä ne mahdollistavat minkä tahansa valospektrin sekoittamisen ja sen dynaamisen muuttamisen. Valon laatua voidaan sitten mukauttaa tietyn lajin tai kehitysvaiheen (vegetatiivinen vaihe, generatiivinen vaihe - kukinnon induktio) tarpeisiin. Parhaat nykyaikaiset automaattiset ja vastaavasti kalliit kasvihuoneisiin tarkoitetut järjestelmät hemmottelevat kasveja esimerkiksi jäljittelemällä auringonnousun ja -laskun aikana vallitsevien säteiden värintoistoa. Laitteen asennus ja käyttö on helppoa, kytkentä suoraan 220-240V pistorasiaan. (Ei tarvita lisäsähkösyöttöä.) Valo voidaan sijoittaa suoraan kasvien yläpuolelle, se ei tuota lainkaan kuumaa valoa eikä tärinää. Oletettu valaistuaika 10 - 18 tuntia päivässä
Ominaisuudet:
- erittäin pitkä käyttöikä - 100 000 tuntia (yli 10 vuotta keskeytymätöntä käyttöä),
- alhainen virrankulutus,
- kestävyys iskuja, törmäyksiä ja tärinää vastaan,
- vähäinen lämmöntuotto,
- hallittu säteilyominaisuus,
- ei infrapuna- tai ultraviolettisäteilyä,
- pitkä käyttöikä ja lähes olematon vikaantuvuus,
- sähkönkulutuksen vuosittaiset kustannukset ovat mitättömät,
- minimaalinen tai käytännössä olematon huollon tarve,
- mahdollisuus tiheään päälle- ja poiskytkentään,
- korkea kestävyys vaurioita ja kylmyyttä vastaan,
- värivalikoima – valkoinen, punainen, sininen, keltainen, vihreä,
- korkean hyötysuhteen ansiosta ei juuri kuumene.
Natriumlamput
Kuva 8: Natriumlamppu
Natriumlamput ovat valonlähteitä, joissa valo säteilytetään pääasiassa natriumhöyryn avulla, jonka käyttöpaine on 3–60 kPa. Lamput luokitellaan tehon (70W, 100W, 150W, 400W, 600W jne.), spektrin mukaan – kasvuspektri, kukintaspektri tai yhdistelmäspektri – sekä lumenien määrän perusteella. Lamput ovat perinteisiin hehkulamppuihin verrattuna erittäin taloudellisia käyttää ja säteilevät kokoonsa nähden erittäin suuren määrän säteilyä. Natriumlamput tuottavat kaksinkertaisen määrän fotosynteettisesti aktiivista säteilyä sähköenergiasta verrattuna elohopeakaasulamppuihin. Putkimaiset natriumlamput yhdistävät korkean säteilytehokkuuden (jopa 150lm/W) spektrijakaumaan, joka näyttää olevan edullisin erilaisille kasvihuoneviljelyille. Natriumhöyryn paineen nostaminen säteilyn polttopisteessä mahdollistaa spektrin laajentamisen punaisessa ja sinisessä värissä sekä tasaisen pohjan laajalla aallonpituusalueella. Lamput eivät sovellu suoraan verkkoon kytkettäviksi – niiden käyttöön tarvitset erityisen liitäntälaitteen. Kasvulamput säteilevät sinistä ja valkoista valoa, kukintalamput punaisen ja keltaisen valon ja yhdistelmälamput punaista, keltaista valoa sekä sisältävät myös osan sinistä spektriä.
Natriumlamput soveltuvat kasvihuoneiden valaistukseen. Ne ovat ihanteellisia lisävalaistukseen puutarhanhoidossa, koska ne stimuloivat kasvien assimilaatiota ja kasvua. Tämä on tärkeää erityisesti leikkokukkien, vihannesten, huonekasvien ja taimien kasvatuksessa. Puutarhanhoidolle tästä koituvat seuraavat edut: lyhyemmät kasvatusajat, terveemmät kasvit, kukinnan ajankohdan vaikuttaminen.
Ominaisuudet
- erittäin voimakkaan valon tuotanto
- suuri valotehokkuus lm/W
- pitkä käyttöikä
- vakaa suorituskyky
- suuren lämmön tuotanto, mikä johtaa lisäjäähdytyslaitteiden tarpeeseen
- lähteen lämpenemisen vuoksi on huolehdittava valon etäisyydestä kasvien latvuksiin
- suurempi sähkönkulutus