Rodzaje Lamp do Uprawy Indoor (Sodowe czy Energooszczędne?)
W trakcie fotosyntezy chlorofil absorbuje energię promieniowania świetlnego i wykorzystuje ją do syntezy węglowodanów z dwutlenku węgla i wody.
Chlorofil to zielony pigment zawarty w zielonych roślinach, sinicach i niektórych glonach. Chlorofil należy do pigmentów fotosyntetycznych wraz z fikobilinami i karotenoidami, które jednak mają inny kolor i absorbują energię z innej części widzialnego spektrum świetlnego. Chlorofil jest zielony, ponieważ absorbuje niebieską i czerwoną część spektrum świetlnego, a pozostałe odbija. Dzięki temu wydaje się nam zielony i nadaje podstawowy kolor wszystkim roślinom fotosyntetyzującym.
Rysunek 2: Spektrum absorpcji chlorofilu a i b
W fotosyntezie uczestniczy kilka rodzajów chlorofili, u roślin najbardziej znane są A i B. Kolejnymi pigmentami biorącymi udział w fotosyntezie są karotenoidy (odgrywają one również ważną rolę w ruchu rośliny w kierunku światła). Chlorofile pochłaniają długości fal barwy czerwonej (660 nm) i niebieskiej (440 nm). Zieleń i żółć pozostają niewykorzystane ze względu na zielony kolor chlorofilu, ponieważ chlorofil je odbija.
Maksymalna wydajność fotosyntezy występuje w zakresie promieniowania czerwonego i niebieskiego. To spektrum akcji niektórzy producenci źródeł światła wykorzystali do opracowania i produkcji specjalnych liniowych lub kompaktowych świetlówek i lamp wyładowczych przeznaczonych do oświetlania roślin. W spektrum tych świetlówek silnie stłumiony jest zakres zielono-żółty, dzięki czemu emitowane światło jest purpurowe i z wysoką wydajnością przyczynia się do fotosyntezy.
Funkcja niebieskiego światła
Oprócz fotosyntezy roślina wykorzystuje niebieskie światło do fototropizmu – roślina odpowiednio rozdziela hormony wzrostu i dostosowuje w ten sposób swój kształt do intensywności i kierunku właśnie tego promieniowania, aby efektywnie je wykorzystać. Ponadto według niebieskiego promieniowania dochodzi do otwierania się aparatów szparkowych.
Działanie czerwonego światła
Ten zakres promieniowania roślina wykorzystuje zarówno do fotosyntezy, jak i do wzrostu elongacyjnego łodygi (wyciągania się w kierunku słońca). Tutaj roślina wykorzystuje stosunek intensywności promieniowania o długościach fal 660 (red)/735(far red) nm. Z krzywej absorpcji chlorofilu (Rysunek 1) widać, że roślina mądrze wykorzystuje ostry koniec tej krzywej. Jeśli roślina znajduje się w cieniu innej rośliny, na skutek absorpcji promieniowania red przez chlorofil rośliny zacieniającej, dociera do rośliny minimum promieniowania czerwonego (red), ale wystarczająca ilość promieniowania podczerwieni (far red) i roślina zaczyna się wydłużać. Nawet jeśli roślina ma wystarczającą ilość sztucznego oświetlenia, a przeważa far red, roślina „wyciąga się" do góry w przekonaniu, że jest zacieniona. Przy odwrotnym stosunku roślina rośnie na wysokość wolniej. Dlatego dobrze jest mieć stosunek tych składowych promieniowania zrównoważony (podobnie jak w przypadku promieniowania słonecznego).
Sztuczne oświetlenie dla roślin stosuje się w przypadkach, gdy jest niedobór naturalnego światła dziennego lub potrzebne jest dodatkowe oświetlenie. Na przykład w miesiącach zimowych, kiedy światło dzienne jest niewystarczające dla wymaganego wzrostu roślin. Stosuje się je więc do wydłużenia dnia, aby rośliny otrzymywały wymagane światło. Niedobór światła powoduje u roślin spowolnienie ich wzrostu i zaburzenia rozwoju, które objawiają się np. nadmiernym wydłużaniem, smukłością łodyg, nieregularnym zabarwieniem itp.
Sztuczne oświetlenie lampami wspierającymi wzrost roślin prokazalnie powoduje ich prawidłowy wzrost i rozwój, pomaga wydłużyć okres kwitnienia i zwiększa plon upraw. Sztuczne oświetlenie stara się dostarczyć spektrum światła podobne do spektrum promieniowania słonecznego lub dostarczyć spektrum dostosowane do potrzeb uprawianych roślin. Naturalne warunki zewnętrzne są naśladowane przez różne kolory, temperatury i wyjścia spektralne sztucznego oświetlenia, a także poprzez zmiany intensywności świecenia lamp. W zależności od rodzaju uprawianej rośliny, fazy uprawy (np. faza kiełkowania/wegetacyjna lub faza kwitnienia/owocowania) oraz długości okresu dnia i nocy (światła i ciemności) wymaganych przez rośliny, konkretne zakresy spektrum, wydajność świetlna i temperatura barwowa są odpowiednie do zastosowania z określonymi roślinami i okresami czasowymi.
Źródła do oświetlania roślin w pomieszczeniach
Do uprawy roślin w pomieszczeniach konieczne jest zastosowanie sztucznego oświetlenia, czyli kompletnego zestawu, który przekształca energię elektryczną w światło.
Najpopularniejszym typem oświetlenia jest zastosowanie wysokoprężnych lamp wyładowczych, które do swojej pracy potrzebują statecznika (zapłonnika), a ponadto oprawki i reflektora.
To samo jest potrzebne również przy uprawie pod kompaktowymi lampami fluorescencyjnymi, które są znane pod powszechną nazwą świetlówki lub fachową lampy CFL. Niektóre lampy CFL mają już statecznik wbudowany w swoją obudowę, dzięki czemu wystarczy już tylko reflektor z oprawką.
Ostatnią opcją są moduły oświetleniowe LED, które są kompletne i wystarczy je tylko podłączyć do gniazdka.
Przy wyborze oświetlenia sztucznego można śledzić cały szereg wskaźników. Źródła światła muszą odpowiadać potrzebom roślin zarówno pod względem intensywności oświetlenia, jak i pod względem składu spektralnego emitowanego promieniowania. Światło jest przede wszystkim źródłem energii dla fotosyntezy, która zapewnia wzrost roślin. Ten, ale również wszystkie pozostałe procesy fotobiologiczne roślin są zależne od długości fal pochłanianego promieniowania.
Pod względem spektrum uprawniacza będzie interesować, czy oświetlenie jest przeznaczone dla roślin zielonych czy dla roślin kwitnących. W zależności od tego wybiera się oświetlenie albo do wzrostu, do kwitnienia lub do obu celów.
Przejawy życiowe roślin nie są określane tylko przez fotosyntezę, ale jeszcze innymi aktywnościami. Te aktywności są znacznie mniej energochłonne. Chodzi przede wszystkim o fotomorfogenezę, która wpływa na tworzenie kształtu i układu organów funkcyjnych roślin i jest wspierana przede wszystkim niebieskim obszarem spektrum. U niektórych, szczególnie tropikalnych lub górskich roślin ta aktywność sięga aż do obszaru promieniowania ultrafioletowego. Przy niedoborze niebieskiego światła rośliny są wyciągnięte, междоузлия łodyg leżą daleko od siebie, liście są mniejsze i mają jaśniejszy kolor. Kolejną aktywnością jest fototropizm, który wpływa na kierunek wzrostu nadziemnych i podziemnych części roślin (części nadziemne zwracają się ku światłu, podziemne odwrotnie). U wszystkich roślin kwitnących duże znaczenie ma fotoperiodyzm, który jest wpływany szczególnie przez długofalową część spektrum (czerwoną i ciemnoczerwona). Ma wpływ na procesy indukcyjne, czyli tworzenie pąków i rozwój kwiatów. U niektórych kwiatów indukcja pąków jest zależna od długości dnia. Rośliny długodniowe kwitną w długich dniach, rośliny krótkodniowe odwrotnie w krótkich dniach.
Oświetlenie do uprawy wewnętrznej
Rysunek 3: Lampy LED tworzą sztuczne środowiska do uprawy roślin i warzyw, a dzięki wysokiej wydajności prawie się nie nagrzewają w przeciwieństwie do żarówek grzewczych lub żarówek halogenowych
Lampy energooszczędne czy lampy sodowe?
Lampy energooszczędne zapewniają niskie zużycie energii. Podłączenie lamp jest proste. Spektrum świetlne lamp energooszczędnych do wzrostu i kwitnienia jest podobne jak mają lampy wyładowcze. Lampy energooszczędne są odpowiednie do pomieszczeń, gdzie jest problem z nadmiarem ciepła i można je zawiesić nisko nad roślinami na wysokości około 30 cm.
Lampy wyładowcze nie są przeznaczone do bezpośredniego podłączenia do sieci. Do zestawu oświetlenia potrzebny jest specjalny statecznik, który odpowiada mocy, oprawka i odpowiedni kabel. Lampy wyładowcze są wzrostowe, kwitnieniowe lub z kombinowanym spektrum świetlnym. Lampy wzrostowe – niebieskie i białe światło. Lampy kwitnieniowe – czerwono-żółte światło. Lampy kombinowane – czerwone, żółte i udział niebieskiego spektrum.
Świetlówki liniowe – do wzrostu i ukorzeniania
Rysunek 4: Świetlówki liniowe
Liniowa świetlówka to długa szklana rurka na końcach szczelnie zamknięta trzonkiem, przez który do rurki wprowadzone są elektrody. Wewnątrz znajduje się mieszanina par rtęci i argonu. Świetlówki mają zimne niebiesko-białe lub czerwone światło. Niebiesko-białe jest bardzo odpowiednie szczególnie do fazy wzrostu roślin. Przy ukorzenianiu roślin dobrych wyników osiągają hodowcy ze świetlówkami produkującymi czerwone światło. Świetlówki można wykorzystać do przedhodowli sadzonek roślin lub do uprawy ziół (na przykład bazylii, szczypiorku lub pietruszki). Ponieważ świetlówki liniowe dysponują słabszą mocą, są odpowiednie szczególnie dla roślin niższego wzrostu. Większym mogłyby nie wystarczać.
Właściwości:
- wysoka sprawność przekształcania energii elektrycznej na świetlną, osiągająca przy zasilaniu wysokoczęstotliwościowym aż 104 lm/W, przy jednoczesnym wysokim ogólnym wskaźniku oddawania barw Ra osiągającym wartość aż 80,
- odpowiednie parametry geometryczne, umożliwiające konstruowanie materiałowo oszczędnych opraw z prostą optyką z możliwością zestawiania ich w estetyczne ciągłe pasy świetlne lub duże powierzchnie,
- bardzo szeroki asortyment mocy od 4 do około 200 W,
- bardzo szeroki asortyment kolorów emitowanego światła, charakteryzowany zastępczą temperaturą barwową 2 700 do 17 000 K,
- u specjalnych typów można uzyskać Ra aż 98 przy bardzo dobrej wydajności właściwej,
- wysoce produktywne linie produkcyjne, których wydajność osiąga aż 4 000 szt./h, przy wysokiej wydajności procesu produkcyjnego; z tego wynika trwale niska cena podstawowego asortymentu świetlówek,
- długa żywotność, osiągająca u niektórych specjalnych typów ponad 20 tysięcy h przy dobrej stabilności strumienia świetlnego w trakcie świecenia
Świetlówki kompaktowe (lampy energooszczędne) – dla małych i średnich roślin
Rysunek 5: Świetlówka kompaktowa
Kompaktowe świetlówki mają w porównaniu ze standardowymi klasycznymi żarówkami o 60 do 80% wyższą efektywność energetyczną. Średnia żywotność kompaktowych świetlówek jest ponad dziesięciokrotnie dłuższa niż żywotność klasycznych żarówek – kompaktowa świetlówka około 6 000 do 20 000 h, klasyczna żarówka około 1 000 h. Wysokiej jakości kompaktowe świetlówki przeznaczone dla konsumentów mają wskaźnik oddawania barw Ra > 80.
Kompaktowe świetlówki są tradycyjnie wytwarzane ze spektrum wzrostowym, kwitnącym i dualnym. Te świetlówki to tzw. lampy energooszczędne o mocy od 85W do 250W. Działanie kompaktowych świetlówek jest praktycznie identyczne z działaniem liniowych świetlówek z tą różnicą, że moc kompaktowych świetlówek jest wyższa niż moc liniowych świetlówek. Kompaktowe świetlówki ze spektrum wzrostowym można wykorzystać do przedhodowli sadzonek, uprawy roślin niekwitnących lub do fazy wzrostu u roślin kwitnących. Kompaktowe świetlówki ze spektrum kwitnącym można następnie wykorzystać do fazy kwitnienia roślin kwitnących. Kompaktowe świetlówki ze spektrum dualnym można wykorzystać do wszystkich rodzajów roślin w dowolnej fazie rozwoju. Ponieważ lampy energooszczędne wydzielają mniej ciepła, można je instalować nawet w bliskiej odległości od wierzchołków roślin. Zastosowanie znajdą więc również w małych lub gorzej wentylowanych przestrzeniach.
Właściwości:
- mniejsze rozmiary niż świetlówki liniowe
- większa moc w danej przestrzeni, ale mniejsza moc właściwa w porównaniu do świetlówek liniowych
- moc waha się od 5 do 55W
- świetlówki mają nawet o 80% mniejsze zużycie przy tej samej ilości światła
- sześciokrotnie do piętnastokrotnie dłuższa żywotność świetlówek, co stanowi średnią żywotność 6000 godzin do nawet 15000 godzin
- wytwarzane w wielu typach i kształtach
- doskonałe oddawanie barw świetlówek Ra80
Świetlówki fluorescencyjne
Rysunek 6 Świetlówki fluorescencyjne
Podstawą światła żarówki fluorescencyjnej jest niewidzialne dla ludzkiego oka światło ultrafioletowe, które powstaje podczas przepływu prądu elektrycznego przez gaz obojętny. To światło ultrafioletowe reaguje ze specjalną mieszanką luminoforów, która pokrywa wewnętrzną ścianę rurki świetlówki. Niewidzialne światło zamienia się w tym sposób w użyteczne białe światło. Żarówki fluorescencyjne potrzebują specjalnego źródła energii, tzw. statecznika, który reguluje prąd roboczy żarówki i dostarcza odpowiednie napięcie do zapłonu wyładowania. Stateczniki elektroniczne mają taką samą funkcję jak przestarzałe stateczniki magnetyczne, w przeciwieństwie do nich jednak pracują z bardzo wysoką częstotliwością. Dzięki temu odpadają irytujące migotanie i hałas, a jednocześnie wzrasta wydajność. Stateczniki elektroniczne można również łatwiej zaprojektować tak, aby umożliwiały stabilniejszą i bardziej efektywną pracę żarówki, zmianę intensywności światła i połączenie poszczególnych elementów oświetlenia w ramach sieci, aby oświetleniem można było sterować w nowoczesny sposób.
Lampy fluorescencyjne są doskonałym rozwiązaniem do oświetlenia użytkowego w pokojach do nauki, domowych biurach i innych pomieszczeniach, gdzie potrzebne jest naprawdę jasne światło. Wytrzymują do 20 razy dłużej niż klasyczne żarówki i mają nawet o 80% niższe zużycie energii.
Można używać świetlówek w różnych rozmiarach, od trzydziestocentymetrowych po dwuipółmetrowe, osadzonych w standardowych oprawach oświetleniowych fluorescencyjnych. Przy takim oświetleniu można uprawiać rośliny w piwnicy, spiżarni czy na poddaszu niemal w takim samym tempie jak na zewnątrz w środku lata. Są idealne do fazy wzrostu. Produkowane są w mocach 18W, 36W i 54W. Dzięki temu, że mają małą moc, nadają się bardziej do ukorzeniania sadzonek lub do doświetlania dolnych części roślin w fazie wzrostu i kwitnienia. Do ich podłączenia potrzebny jest także starter i dławik, jednak o znacznie mniejszych mocach niż "energooszczędne".
Właściwości techniczne
- niskoprężne świetlówki rtęciowe
- niska temperatura źródła światła umożliwia umieszczenie świetlówek bezpośrednio nad roślinami bez ryzyka ich poparzenia
- wysoka początkowa wydajność świetlna
- można używać ze standardowymi i wysokoczęstotliwościowymi statecznikami
- w pełni nadające się do recyklingu świetlówki, wszystkie komponenty mogą być użyte przy produkcji nowej świetlówki
- na trzonku znajduje się zielony znacznik, który oznacza, że świetlówka nadaje się do recyklingu
Lampy LED - do wzrostu roślin
Rysunek 7: Lampa LED
Lampy LED do wspomagania wzrostu roślin są odpowiednie do zastosowania przede wszystkim w ogrodach botanicznych, do hodowli roślin w szklarniach ogrodowych, we wnętrzach do doświetlania roślin itp.
Lampy uprawowe z diod LED charakteryzuje jedna zasadnicza właściwość. Półprzewodnikowe elementy potrafią emitować wąskopasmowe monochromatyczne światło. Przy kombinacji diod różnych kolorów i regulacji mocy pozwalają na wymieszanie dowolnego spektrum świetlnego i dynamiczną jego zmianę. Jakość światła można wtedy dostosować do potrzeb konkretnego gatunku czy fazy rozwojowej (faza wegetatywna, faza generatywna-indukcja kwitnienia). Najlepsze współczesne automatyczne i odpowiednio drogie systemy przeznaczone do szklarni rozpieszczają uprawy na przykład naśladowaniem barwnego podania promieni panujących przy wschodzie i zachodzie Słońca. Łatwa instalacja i obsługa urządzenia, podłączenie bezpośrednio do gniazdka 220-240V. (Nie jest potrzebne dodatkowe zasilanie elektryczne.) Światło może być umieszczone bezpośrednio nad roślinami, nie emituje w ogóle żadnego gorącego światła ani wibracji. Przewidywany czas świecenia 10 - 18 godzin dziennie
Właściwości:
- ekstremalnie długa żywotność - 100 000 godzin (więcej niż 10 lat nieprzerwanej pracy),
- niski pobór mocy,
- odporność na wstrząsy, uderzenia, wibracje,
- małe wydzielanie ciepła,
- kontrolowana charakterystyka promieniowania,
- brak promieniowania podczerwonego lub ultrafioletowego,
- wysoka trwałość i niemal zerowa awaryjność,
- znikoma cena zużycia energii elektrycznej w ciągu roku,
- minimalna, a właściwie zerowa konserwacja,
- możliwość częstego wyłączania i włączania,
- wysoka odporność na uszkodzenia oraz na zimno,
- różnorodność kolorów – biała, czerwona, niebieska, żółta, zielona,
- dzięki wysokiej sprawności prawie się nie nagrzewa.
Lampy sodowe
Rysunek 8: Lampa sodowa
Lampy sodowe to źródła światła, w których światło jest emitowane głównie przez pary sodu o ciśnieniu parcjalnym roboczym w zakresie od 3 do 60 kPa. Lampy są następnie klasyfikowane według mocy (70W, 100W, 150W, 400W, 600W itd.), spektrum - wzrostowe, kwitnące lub spektrum kombinowane oraz liczby lumenów. Lampy w porównaniu z klasycznymi żarówkami charakteryzują się bardzo ekonomiczną pracą i w stosunku do swoich rozmiarów emitują ekstremalnie dużą ilość promieniowania. Lampy sodowe wyróżniają się dwukrotnie większym współczynnikiem zamiany energii elektrycznej na energię promieniowania fotosyntetycznie czynnego w porównaniu z lampami rtęciowymi. Rurowe lampy sodowe łączą wysoką wydajność świetlną (do 150lm/W) z dystrybucji widmowej energii, która wydaje się najbardziej korzystna dla różnych rodzajów upraw osłoniętych. Zwiększenie ciśnienia par sodu w źródle promieniowania umożliwia poszerzenie spektrum w zakresie czerwieni i błękitu oraz tzw. stałą podstawę w szerokim zakresie długości fali. Lampy nie są przeznaczone do bezpośredniego podłączenia do sieci - do ich działania potrzebny jest specjalny statecznik. Lampy wzrostowe emitują niebieskie i białe światło, lampy kwitnące czerwono-żółte światło, a kombinowane emitują światło czerwone, żółte i mają również pewien udział spektrum niebieskiego.
Lampy sodowe są odpowiednie do oświetlania szklarni. Są idealne do oświetlania dodatkowego w ogrodnictwie, ponieważ stymulują asymilację i wzrost roślin. Jest to szczególnie ważne przy uprawie kwiatów ciętych, warzyw, roślin doniczkowych i sadzonek. Dla ogrodnictwa wynikają z tego następujące korzyści: krótszy czas uprawy, zdrowsze rośliny, wpływ na czas kwitnienia.
Właściwości
- produkcja bardzo intensywnego światła
- wysoka sprawność świetlna lm/W
- długa żywotność
- stabilna wydajność
- produkcja dużej ilości ciepła, co prowadzi do potrzeby dodatkowego wyposażenia do chłodzenia
- ze względu na nagrzewanie się źródła konieczne jest zachowanie odpowiedniej odległości światła od wierzchołków roślin
- wyższe zużycie energii elektrycznej