Обычные лед лампы для растений. Светодиодные лампы для растений. Крепим светодиоды на профиль
В последнее время в сфере садоводства в закрытом грунте возрастает интерес к и . Диоды обладают низким энергопотреблением, нагреваются не так сильно, как ДНаТ, не требуют дополнительных приборов для подключения. В этой статье мы постараемся разобраться с плюсами и минусами данного типа ламп и понять, где и в чем здесь выгода для садовода.
LED (Light Emitting Diode) – это полупроводниковый прибор, который искажает электрическое напряжение в свет. От химического состава полупроводника зависит спектральный диапазон излучаемого света. На вид это практически обычная лампа с множеством светодиодов в ней. Эти штуки изобрели еще в 1907 году, но для нужд растениеводства их доработали относительно недавно. Несмотря на то, что светодиодные лампы для растений только вошли в нашу жизнь, они уже успели создать себе хорошую репутацию.
Как подобрать LED освещение для гроубокса?
- синий спектр 430–455 нм, используемый для освещения во время вегетации (сине-фиолетовый диапазон помогает в создании ингибиторов роста, которые способствуют формированию растения, увеличению его плотности и крепости);
- красный спектр 660 нм, используемый на стадии цветения растений (красно-оранжевый диапазон волн отвечает за развитие плодов, корней, прирост объема ботвы).
Остальные диапазоны значительно менее эффективны для подсветки.
Для различных видов растений, а также этапов их роста необходимы разные соотношения синей и красной составляющей спектра. Поэтому при выборе светодиодной панели или лампы необходимо учитывать спектр излучения. Лучше выбирать многоспектральные LED светильники, иначе придется покупать один блок для вегетативной стадии развития растений и второй для цветения.
Второй важной характеристикой при выборе светодиода является мощность . Ее необходимо подбирать, отталкиваясь от необходимой площади освещения. Рассмотрим распространенные виды светодиодных приборов и их характеристики:
- Фитолампы мощностью 5-15 Вт – хорошо подойдут для досветки одного-двух растений, освещают площадь до 0,5 м. кв.; Фитолампы мощностью 21-27 Вт – покрывают светом площадь до 0,6-0,65 м. кв.
- Круглый светодиодный фитосветильник, мощностью 80-150 Вт, отлично подойдет для дополнительного освещения растений.
- Прямоугольные светодиодные светильники мощностью от 150 Вт до 800 Вт будут лучшим решением для полного освещения растений, без использования естественного света.
- Фитоленты – выгодное по сочетанию цена и качество решение, которое подойдет только для досветки растений, естественное освещение им заменить нельзя.
Преимущества светодиодного освещения растений
- Светодиодные панели и фитосветильники отлично подходят для домашних оранжерей, зимнего сада, гроутентов, т. к. выделяют значительно меньше тепла (по сравнению с ДНаТ). Поэтому при их использовании не потребуется отдельный вентилятор для отвода горячего воздуха, как с натриевыми лампами. Оптимальная высота подвеса – 30-50 см от верхних листьев растения.
- LED-светильники не требуют дополнительных устройств, таких как ПРА и ИЗУ, которые необходимы для подключения натриевых ламп. Светодиодные панели и светильники подключаются стандартным проводом непосредственно к сети 220В, благодаря этому практически исчезает риск пожара или короткого замыкания.
- Благодаря своей конструкции светодиод формирует строго направленный пучок света и рефлектор (отражатель) для него не требуется.
- Светодиодные лампы потребляют в 4-5 раз меньше электричества, чем натриевые лампы. Заявленная производителем потребляемая мощность на самом деле будет еще ниже, т. к. она лишь указывает на размер кристалла и его потенциал, а ток подается меньше. Например, реальное энергопотребление лампы 15 Вт = 8,5 Вт.
- Долгий cрок службы – до 50000 часов. При условии, что выбранный вами светильник или лампа не будут перегреваться и перегорать.
- Быстрый монтаж.
- Не требует постоянного контроля и предварительной подготовки площади для размещения.
- Диодная подсветка растений безвредна человеку и окружающей среде – не содержит ртути и других опасных веществ.
Недостатки LED
Основным ограничительным фактором распространения этой разновидности освещения является цена. Сравним стоимость светильника (мощность 140 Вт, площадь освещения порядка 60*60 см) и комплект ДНаТ 250 Вт (лампа Super HPS 250 Вт + ЭМПРА 1-К-250Вт + светильник закрытый CoolMaster 100 + вентилятор GARDEN HIGHPRO 160). LED Apollo 4 стоит 15600 рублей, комплект ДНАТ – 11700 рублей.
Ну а если приобретать отдельные блоки светодиодов для вегетативной стадии и для цветения, то, в конечном счете, это приведет к еще большему удорожанию системы освещения.
Вторая частая проблема светодиодов – перегревание и, как следствие, перегорание. Поэтому лучше выбирать светильник с активным охлаждением. К таковым относятся фитосветильники Apollo, о которых мы расскажем дальше.
На покупке светодиодных ламп лучше не экономить. Выбирайте светодиоды с гарантией, от надежных производителей, почитайте отзывы. Как правило, дешевые китайские светодиоды быстро выходят из строя, а чинить их сложно, т. к. мало кто этим занимается.
LED светильники Apollo
Apollo является многоспектральным полноценным светильником, обеспечивающим освещение растений в течение всего жизненного цикла. Диоды в светильниках Apollo работают в пяти спектрах. Цветность диодов на 1 сегмент (нм*шт): 660*3, 630*6, 470*3, 595*1, 6500*2. По заявлению самого производителя светильник Apollo 4 работает с той же производительностью, что и 420 Вт лампа ДНаТ.
Ну и в довершении мы публикуем спектрограмму светильника Apollo 140, лампы ДНаТ 150 Вт и 250 Вт.
Как видно, пик в синей области у LED Apollo 140 значительно выше, что благоприятно скажется на вегетативном развитии растения. LED Apollo 140 имеет четко выраженный пик в красной области, в то время как у 150 и 250 ДНаТа он смещен ближе к желтому спектру, что менее эффективно для развития растений. Показатель ФАР (общая фотосинтетически активная радиация) у LED Apollo 140 и лампы ДНаТ 250 Вт в целом сопоставим – 161 против 172.
Вывод: при одинаково поглощенных ватах светильник LED Apollo выдает больше «полезного» освещения, чем ДНаТ 150 и 250 Вт.
Гибридное освещение – LED + ДНаТ
При выращивании высокопродуктивных гибридов растений совокупность ДНАТ + LED может дать существенный прирост к урожаю. Рассмотрим подробнее.
Итак. Лампы ДНАТ мощностью 400 Вт и выше дают мощный поток красного света, что так важно на цветении и плодоношении. Помимо этого ДНАТ гораздо более мультиспекртальный, нежели красно-синие диодные светильники. LED же выделяет минимум тепла – рабочая поверхность светильника LED в 280W едва достигает 40 градусов по сравнению с 200 градусами ДНАТа, и это огромное преимущество. Таким образом, если использовать мощный поток ДНАТ и досветить боковые стороны LED-панелями, то показатели ДНАТа в люменах возрастет с 60000-95000 до 100000-160000, не повышая при этом ни температуру в гроуруме и экономя энергию!
На данный момент в западных гроурепортах все чаще можно встретить тип освещения: 1 ДНАТ и несколько ЛЕД светильников. Результат при этом получается ранее немыслимый!
Для закрепления информации смотрите видео с нашего канала на YouTube:
Интенсивность фотосинтеза под красным светом максимальна, но под одним только красным растения гибнут либо их развитие нарушается. Например, корейские исследователи показали, что при освещении чистым красным масса выращенного салата больше, чем при освещении сочетанием красного и синего, но в листьях значимо меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов. А биофак МГУ установил, что в листьях китайской капусты под узкополосным красным и синим светом (по сравнению с освещением натриевой лампой) снижается синтез сахаров, угнетается рост и не происходит цветения.
Рис. 1 Леанна Гарфилд, Tech Insider - Aerofarms
Какое нужно освещение, чтобы при умеренном энергопотреблении получить полноценно развитое, большое, ароматное и вкусное растение?
В чем оценивать энергетическую эффективность светильника?
Основные метрики оценки энергетической эффективности фитосвета:
- Photosynthetic Photon Flux (PPF ), в микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов света в диапазоне 400–700 нм, которые излучил светильник, потребивший 1 Дж электроэнергии.
- Yield Photon Flux (YPF ), в эффективных микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов на 1 Дж электроэнергии, с учетом множителя - кривой McCree .
Эффективность ДНаТ
Крупные агрохозяйства с огромным опытом, считающие деньги, до сих пор используют натриевые светильники. Да, они охотно соглашаются повесить над опытными грядками предоставляемые им светодиодные светильники, но не согласны за них платить.
Из рис. 2 видно, что эффективность натриевого светильника сильно зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. Характерное оптимистичное значение YPF для натриевого светильника 600–1000 Вт составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Натриевые светильники 70–150 Вт имеют в полтора раза меньшую эффективность.
Рис. 2. Типичный спектр натриевой лампы для растений (слева) . Эффективность в люменах на ватт и в эффективных микромолях серийных натриевых светильников для теплиц марок Cavita , E-Papillon , «Галад» и «Рефлакс» (справа)
Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт и приемлемую цену, можно считать достойной заменой натриевого светильника.
Сомнительная эффективность красно-синих фитосветильников
В этой статье не приводим спектров поглощения хлорофилла потому, что ссылаться на них в обсуждении использования светового потока живым растением некорректно. Хлорофилл invitro , выделенный и очищенный, действительно поглощает только красный и синий свет. В живой клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу. Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой «McCree 1972 » (рис. 3).
Рис. 3. V (λ) - кривая видности для человека; RQE - относительная квантовая эффективность для растения (McCree 1972); σ r и σ fr - кривые поглощения фитохромом красного и дальнего красного света; B (λ) - фототропическая эффективность синего света
Отметим: максимальная эффективность в красном диапазоне раза в полтора выше, чем минимальная - в зеленом. А если усреднить эффективность по сколько-нибудь широкой полосе, разница станет еще менее заметной. На практике перераспределение части энергии из красного диапазона в зеленый энергетическую функцию света иногда, наоборот, усиливает. Зеленый свет проходит через толщу листьев на нижние ярусы, эффективная листовая площадь растения резко увеличивается, и урожайность, например, салата повышается .
Освещение растений белыми светодиодами
Энергетическая целесообразность освещения растений распространенными светодиодными светильниками белого света исследована в работе .
Характерная форма спектра белого светодиода определяется:
- балансом коротких и длинных волн, коррелирующим с цветовой температурой (рис. 4, слева);
- степенью заполненности спектра, коррелирующей с цветопередачей (рис. 4, справа).
Рис. 4. Спектры белого светодиодного света с одной цветопередачей, но разной цветовой температурой КЦТ (слева) и с одной цветовой температурой и разной цветопередачей R a (справа)
Различия в спектре белых диодов с одной цветопередачей и одной цветовой температуры едва уловимы. Следовательно, мы можем оценивать спектрозависимые параметры всего лишь по цветовой температуре, цветопередаче и световой эффективности - параметрам, которые написаны у обычного светильника белого света на этикетке.
Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов следующие:
1. В спектре всех белых светодиодов даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, крайне мало дальнего красного (рис. 5).
Рис. 5. Спектр белого светодиодного (LED 4000K R a = 90) и натриевого света (HPS ) в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B ), красному (A_r ) и дальнему красному свету (A_fr )
В естественных условиях затененное пологом чужой листвы растение получает больше дальнего красного, чем ближнего, что у светолюбивых растений запускает «синдром избегания тени» - растение тянется вверх. Помидорам, например, на этапе роста (не рассады!) дальний красный необходим, чтобы вытянуться, увеличить рост и общую занимаемую площадь, а следовательно, и урожай в дальнейшем.
Соответственно, под белыми светодиодами и под натриевым светом растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.
2. Синий свет нужен для реакции «слежение за солнцем» (рис. 6).
Рис. 6.
Фототропизм - разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей на синюю компоненту белого света (иллюстрация из «Википедии»)
В одном ватте потока белого светодиодного света 2700 К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если нужно, например, декоративные цветы развернуть в сторону людей, их следует подсветить с этой стороны интенсивным холодным светом, и растения развернутся.
3. Энергетическая ценность света определяется цветовой температурой и цветопередачей и с точностью 5 % может быть определена по формуле:
где - световая отдача в лм/Вт, - общий индекс цветопередачи, - коррелированная цветовая температура в градусах Кельвина.
Примеры использования этой формулы:
А. Оценим для основных значений параметров белого света, какова должна быть освещенность, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить, например, 300 эфф. мкмоль/с/м2:
Видно, что применение теплого белого света высокой цветопередачи позволяет использовать несколько меньшие освещенности. Но если учесть, что световая отдача светодиодов теплого света с высокой цветопередачей несколько ниже, становится понятно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.
Б. Оценим применимость типичного светодиодного светильника общего назначения для выращивания микрозелени.
Пусть светильник размером 0,6 × 0,6 м потребляет 35 Вт, имеет цветовую температуру 4000 К , цветопередачу Ra = 80 и световую отдачу 120 лм/Вт. Тогда его эффективность составит YPF = (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) эфф. мкмоль/Дж = 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Что при умножении на потребляемые 35 Вт составит 52,5 эфф. мкмоль/с.
Если такой светильник опустить достаточно низко над грядкой микрозелени площадью 0,6 × 0,6 м = 0,36 м 2 и тем самым избежать потерь света в стороны, плотность освещения составит 52,5 эфф. мкмоль/с / 0,36м 2 = 145 эфф. мкмоль/с/м 2 . Это примерно вдвое меньше обычно рекомендуемых значений. Следовательно, мощность светильника необходимо также увеличить вдвое.
Прямое сравнение фитопараметров светильников разных типов
Сравним фитопараметры обычного офисного потолочного светодиодного светильника, произведенного в 2016 году, со специализированными фитосветильниками (рис. 7).
Рис. 7. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и светильника для общего освещения помещений
Видно, что обычный светильник общего освещения со снятым рассеивателем при освещении растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе. Видно также, что фитосветильник красно-синего света (производитель намеренно не назван) сделан на более низком технологическом уровне, раз его полный КПД (отношение мощности светового потока в ваттах к мощности, потребляемой из сети) уступает КПД офисного светильника. Но если бы КПД красно-синего и белого светильников были одинаковы, то фитопараметры тоже были бы примерно одинаковы!
Также по спектрам видно, что красно-синий фитосветильник не узкополосен, его красный горб широк и содержит гораздо больше дальнего красного, чем у белого светодиодного и натриевого светильника. В тех случаях, когда дальний красный необходим, использование такого светильника как единственного или в комбинации с другими вариантами может быть целесообразно.
Оценка энергетической эффективности осветительной системы в целом:
Рис. 8.
Аудит системы фитоосвещения
Следующая модель UPRtek - спектрометр PG100N по заявлению производителя измеряет микромоли на квадратный метр, и, что важнее, световой поток в ваттах на квадратный метр.
Измерять световой поток в ваттах - превосходная функция! Если умножить освещаемую площадь на плотность светового потока в ваттах и сравнить с потреблением светильника, станет ясен энергетический КПД осветительной системы. А это единственный на сегодня бесспорный критерий эффективности, на практике для разных осветительных систем различающийся на порядок (а не в разы или тем более на проценты, как меняется энергетический эффект при изменении формы спектра).
Примеры использования белого света
Описаны примеры освещения гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 9).
Рис. 9. Слева направо и сверху вниз фермы: Fujitsu , Sharp , Toshiba , ферма по выращиванию лекарственных растений в Южной Калифорнии
Достаточно известна система ферм Aerofarms (рис. 1, 10), самая большая из которых построена рядом с Нью-Йорком. Под белыми светодиодными лампами в Aerofarms выращивают более 250 видов зелени, снимая свыше двадцати урожаев в год.
Рис. 10. Ферма Aerofarms в Нью-Джерси («Штат садов») на границе с Нью-Йорком
Прямые эксперименты по сравнению белого и красно-синего светодиодного освещения
Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало. Например, мельком такой результат показала МСХА им. Тимирязева (рис. 11).
Рис. 11. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа - под красно-синими (из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)
Пекинский университет авиации и космонавтики в 2014 году опубликовал результаты большого исследования пшеницы, выращенной под светодиодами разных типов . Китайские исследователи сделали вывод, что целесообразно использовать смесь белого и красного света. Но если посмотреть на цифровые данные из статьи (рис. 12), замечаешь, что разница параметров при разных типах освещения отнюдь не радикальна.
Рис 12. Значения исследуемых факторов в двух фазах роста пшеницы под красными, красно-синими, красно-белыми и белыми светодиодами
Однако основным направлением исследований сегодня является исправление недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Например, японские исследователи выявили увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого. На практике это означает, что, если эстетическая привлекательность растения во время роста неважна, отказываться от уже купленных узкополосных красно-синих светильников необязательно, светильники белого света можно использовать дополнительно.
Влияние качества света на результат
Фундаментальный закон экологии «бочка Либиха» (рис. 13) гласит: развитие ограничивает фактор, сильнее других отклоняющийся от нормы. Например, если в полном объеме обеспечены вода, минеральные вещества и СО 2 , но интенсивность освещения составляет 30 % от оптимального значения - растение даст не более 30 % максимально возможного урожая.
Рис. 13.
Иллюстрация принципа ограничивающего фактора из обучающего ролика на YouTube
Реакция растения на свет: интенсивность газообмена, потребления питательных веществ из раствора и процессов синтеза - определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ.
На рис. 14 показана реакция растения на изменение длины волны освещения. Измерялась интенсивность потребления натрия и фосфора из питательного раствора мятой, земляникой и салатом. Пики на таких графиках - признаки стимулирования конкретной химической реакции. По графикам видно что исключить из полного спектра ради экономии какие-то диапазоны, - все равно что удалить часть клавиш рояля и играть мелодию на оставшихся.
Рис. 14. Стимулирующая роль света для потребления азота и фосфора мятой, земляникой и салатом (данные предоставлены компанией Фитэкс)
Принцип ограничивающего фактора можно распространить на отдельные спектральные составляющие - для полноценного результата в любом случае нужен полный спектр. Изъятие из полного спектра некоторых диапазонов не ведет к значимому росту энергетической эффективности, но может сработать «бочка Либиха» - и результат окажется отрицательным.
Примеры демонстрируют, что обычный белый светодиодный свет и специализированный «красно-синий фитосвет» при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Но широкополосный белый комплексно удовлетворяет потребности растения, выражающиеся не только в стимуляции фотосинтеза.
Убирать из сплошного спектра зеленый, чтобы свет из белого превратился в фиолетовый, - маркетинговый ход для покупателей, которые хотят «специального решения», но не выступают квалифицированными заказчиками.
Корректировка белого света
Наиболее распространенные белые светодиоды общего назначения имеют невысокую цветопередачу Ra = 80, что обусловлено нехваткой в первую очередь красного цвета (рис. 4).
Недостаток красного в спектре можно восполнить, добавив в светильник красные светодиоды. Такое решение продвигает, например , CREE . Логика «бочки Либиха» подсказывает, что такая добавка не повредит, если это действительно добавка, а не перераспределение энергии из других диапазонов в пользу красного.
Интересную и важную работу проделал в 2013–2016 годах ИМБП РАН : там исследовали, как влияет на развитие китайской капусты добавление к свету белых светодиодов 4000 К / Ra = 70 света узкополосных красных светодиодов 660 нм.
И выяснили следующее:
- Под светодиодным светом капуста растет примерно так же, как под натриевым, но в ней больше хлорофилла (листья зеленее).
- Cухая масса урожая почти пропорциональна общему количеству света в молях, полученному растением. Больше света - больше капусты.
- Концентрация витамина С в капусте незначительно повышается с ростом освещенности, но значимо увеличивается с добавлением к белому свету красного.
- Значимое увеличение доли красной составляющей в спектре существенно повысило концентрацию нитратов в биомассе. Пришлось оптимизировать питательный раствор и вводить часть азота в аммонийной форме, чтобы не выйти за ПДК по нитратам. А вот на чисто-белом свету можно было работать только с нитратной формой.
- При этом увеличение доли красного в общем световом потоке почти не влияет на массу урожая. То есть восполнение недостающих спектральных компонент влияет не на количество урожая, а на его качество.
- Более высокая эффективность в молях на ватт красного светодиода приводит к тому, что добавление красного к белому эффективно еще и энергетически.
Варианты обогащения спектра красным светом
Растение не знает, откуда к нему прилетел квант из спектра белого света, а откуда - «красный» квант. Нет необходимости делать специальный спектр в одном светодиоде. И нет необходимости светить красным и белым светом из одного какого-то специального фитосветильника. Достаточно использовать белый свет общего назначения и отдельным светильником красного света освещать растение дополнительно. А когда рядом с растением находится человек, красный светильник можно по датчику движения выключать, чтобы растение выглядело зеленым и симпатичным.
Но оправданно и обратное решение - подобрав состав люминофора, расширить спектр свечения белого светодиода в сторону длинных волн, сбалансировав его так, чтобы свет остался белым. И получится белый свет экстравысокой цветопередачи, пригодный как для растений, так и для человека.
Открытые вопросы
Можно выявлять роль соотношения дальнего и ближнего красного света и целесообразность использования «синдрома избегания тени» для разных культур. Можно спорить, на какие участки при анализе целесообразно разбивать шкалу длин волн.
Можно обсуждать - нужны ли растению для стимуляции или регуляторной функции длины волн короче 400 нм или длиннее 700 нм. Например, есть частное сообщение, что ультрафиолет значимо влияет на потребительские качества растений. В числе прочего краснолистные сорта салата выращивают без ультрафиолета, и они растут зелеными, но перед продажей облучают ультрафиолетом, они краснеют и отправляются на прилавок. И корректно ли новая метрика PBAR (plant biologically active radiation ), описанная в стандарте ANSI/ASABE S640 , Quantities and Units of Electromagnetic Radiation for Plants (Photosynthetic Organisms , предписывает учитывать диапазон 280–800нм.
Заключение
Сетевые магазины выбирают более лежкие сорта, а затем покупатель голосует рублем за более яркие плоды. И почти никто не выбирает вкус и аромат. Но как только мы станем богаче и начнем требовать большего, наука мгновенно даст нужные сорта и рецепты питательного раствора.
А чтобы растение синтезировало все, что для вкуса и аромата нужно, потребуется освещение со спектром, содержащим все длины волн, на которые растение прореагирует, т. е. в общем случае сплошной спектр. Возможно, базовым решением будет белый свет высокой цветопередачи.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке статьи сотруднику ГНЦ РФ-ИМБП РАН к. б. н. Ирине Коноваловой; руководителю проекта «Фитэкс» Татьяне Тришиной; специалисту компании CREE
Михаилу Червинскому
Литература
Литература
1. Son K-H, Oh M-M. Leaf shape, growth, and antioxidant phenolic compounds of two lettuce cultivars grown under various combinations of blue and red light-emitting diodes // Hortscience. – 2013. – Vol. 48. – P. 988-95.
2. Ptushenko V.V., Avercheva O.V., Bassarskaya E.M., Berkovich Yu A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Zhigalova T.V., 2015. Possible reasons of a decline in growth of Chinese cabbage under acombined narrowband red and blue light in comparison withillumination by high-pressure sodium lamp. Scientia Horticulturae https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.021
3. Sharakshane A., 2017, Whole high-quality light environment for humans and plants. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
4. C. Dong, Y. Fu, G. Liu & H. Liu, 2014, Growth, Photosynthetic Characteristics, Antioxidant Capacity and Biomass Yield and Quality of Wheat (Triticum aestivum L.) Exposed to LED Light Sources with Different Spectra Combinations
5. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D. et al. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata) // Scientia Horticulturae. – 2013. – V. 150. – P. 86–91.
6. Lu, N., Maruo T., Johkan M., et al. Effects of supplemental lighting with light-emitting diodes (LEDs) on tomato yield and quality of single-truss tomato plants grown at high planting density // Environ. Control. Biol. – 2012. Vol. 50. – P. 63–74.
7. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т». Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 4.
8. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., Яковлева О.С., Знаменский А.И., Тараканов И.Г., Радченко С.Г., Лапач С.Н., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. Оптимизация светодиодной системы освещения витаминной космической оранжереи. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 3.
9. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Смолянина С.О., Помелова М.А., Ерохин А.Н., Яковлева О.С., Тараканов И.Г. Влияние параметров светового режима на накопление нитратов в надземной биомассе капусты китайской (Brassica chinensis L.) при выращивании со светодиодными облучателями. Агрохимия. 2015. № 11.
Зимой солнечных дней становится совсем мало, да и длина светового дня коротка. В эту пору комнатные растения и рассада, которую выращивают садоводы, начинают испытывать световой голод. Освещение, которое им достаётся от обычных ламп комнатного освещения, не может заменить естественного света солнца. Выручают светильники, оснащённые светодиодными лампами для растений, дающих световой поток, близкий к естественному.
Какие лампы можно использовать
Для светильников, пригодных к применению в целях добавочного освещения домашних растений или рассады, можно взять лампы любого типа. При этом, эффективность их будет разной, как и долговечность. Можно рассмотреть все возможные варианты :
![](https://i2.wp.com/sotka.guru/images/485705/vozdeystvie_svetodiodnoy.jpg)
Конструкция светодиодного фитосветильника
Сама такая лампа сконструирована из набора светодиодов. Человеческий глаз видит при их работе только белое свечение. На деле отдельные световые волны идут разноцветным потоком. Тем растениям, которые только начинают расти, необходимо синее свечение, соответствующее длине световой волны в четыреста тридцать - четыреста пятьдесят нанометров. Те же посадки, которые начинают цвести требуют красного свечения (шестьсот шестьдесят нанометров).
Фитолампы на светодиодах
Такие осветительные приборы нашли применение в домах где живут любители комнатных цветов или садоводы, занимающиеся выращиванием рассаду. Овощные культуры занимают значительное пространство и требуют большого количества световой подпитки. После высадки в открытый грунт во время цветения используют светодиоды, помогающие завязи плодов. Светодиодные лампы для растений имеют массу достоинств, отличающих их от прочей осветительной техники:
![](https://i1.wp.com/sotka.guru/images/485714/dostoinstva_ustroystv_svetodiodah.jpg)
При таком количестве убедительных преимуществ кажется что окончательный выбор устройства предрешён. Однако многих останавливает единственный недостаток фитосветильника со светодиодным излучателем – это его высокая стоимость. Не каждый садовод-любитель сможет выложить за простейший осветительный прибор двести долларов не говоря уже про более продвинутые и эффективные модели. На такие затраты пойдёт профессиональный производитель рассады овощей или цветов.
Досветка растений светодиодами
Для налаживания вспомогательной подсветки для растений требуется разобраться в режиме фаз роста будущих посадок. Есть растения, которым безразлична перемена дня на ночь, другие очень остро реагируют не несвоевременность смены режима освещения.
Если совершить ошибку, то будет нарушен фотосинтез зелёных насаждений и затормозится их развитие. Поэтому правильный подбор осветительных приборов является гарантией будущего урожая.
LED для рассады
Для того чтобы воспользоваться плодами труда по выращиванию овощей, начинать приходится когда на улице стоит зима. Именно в это время опытные огородники начинают посев семян и подращивание взошедшей рассады.
Для крохотных нежных ростков нужно создать благоприятный микроклимат, который в немалой мере зависит от качества и режима освещённости места высадки. Светодиоды в комплексе с автоматической аппаратурой в составе специальных осветительных устройств позволяют не только обеспечить необходимую спектральную длину волны, но и протяжённость условных дня и ночи для молодой поросли. А незначительное тепловое выделение позволяет расположить их так близко к земле, чтобы охватить всю площадь, занятую ростками и не повредить листики.
Освещение для теплиц
После высадки немного окрепших растений под защиту тепличных растений изменяются и условия искусственного освещения. Здесь также требуется выдерживание суточной фазы роста, но дополнительно для ускорения вегетативного роста нужно соблюсти и изменения диапазона освещения. В оранжереях чаще всего микроклимат жаркий и влажный, что небезопасно для осветительных устройств.
Приборам освещения на светодиодах такие условия работы не страшны. Чаще всего в подобных целях применяют светодиодную ленту. Она удовлетворяет всем требованиям.
К тому же за счёт самоклеящейся основы она легко крепится в нужном месте. Однако применение такого способа не слишком эффективно. Результат будет заметен после применения специального комплексного устройства для подобных целей.
Принципы воздействия на растения
Ритм роста и развития растений диктует определённые каноны употребления дополнительной подсветки. Этим же правилам нужно следовать и при размещении у себя в теплице или оранжерее светодиодных фитосветильников:
![](https://i1.wp.com/sotka.guru/images/485720/raznovidnosti_svetodiodnyh.jpg)
Та зелень, которая на зиму уходит в спячку (например, декабристы), условное дневное время сокращается до восьми - десяти часов. Тенелюбивым растениям яркого освещения не требуется. Достаточно прибора с мощностью светового потока в триста люкс. И наоборот, для светолюбивых покупают мощные осветители в шесть - семь тысяч люкс.
Количество светильников
Численность источников света определяется несколькими условиями:
![](https://i1.wp.com/sotka.guru/images/485723/lampa_svetodiodnaya_osvescheniya.jpg)
До покупки нужно определить степень светолюбивости планируемых к выращиванию растений. Приборы следует выбирать так, чтобы они обеспечивали ровную освещённость по всей площади рассадника. Необходима возможность регулировки расстояния подвеса светильника.
Затем определяют необходимую суммарную мощность светопотока и уровень освещённости площади, занятой рассадой. На основе этих данных рассчитывается проектное количество ламп или светильников.
Ошибки покупателей подсветки теплиц
Торопясь протестировать достоинства новой системы подсветки, огородники совершают типичную промашку, которая может свести на нет все достоинства покупки. Это приобретение продукции китайских ноунеймов. Обычно это происходит спонтанно на многочисленных распродажах. Как правило, такой товар не выдерживает указанных параметров. Такое случается даже у известных производителей.
Покупку нужно с овершать целенаправленно в магазинах, специализирующихся на продаже именно такой продукции. Здесь можно получить квалифицированную консультацию по вопросам подсветки растений и совет по выбору приборов нужной мощности. В обычных магазинах светотехники всех тонкостей могут не знать и продать первую попавшуюся технику.
Основные изготовители ламп для теплиц
Главными игроками на рынке осветительных светодиодных устройств являются несколько фирм.
Высокотехнологическая немецкая компания в сфере освещения «Осрам» обслуживает этот рынок давно и небезуспешно, обеспечив себе узнаваемость во многих странах. Качество продукции на высоком уровне независимо от сегмента выпускаемой продукции. В зависимости от класса оборудования колеблется и цена.
Устройства по невысокой цене предлагает производитель PRC из Китая. Несмотря на страну происхождения продукция приемлемого качества.
Led Grow Lights производит светотехническое оборудование и устройства для гидропоники из лучших американских и тайваньских комплектующих. Продукция отличается высоким качеством, мощностью и, конечно, немаленькой стоимостью.
Компании Uniel является международным производителем светодиодного оборудования российского происхождения. Продукция и цены относятся к среднему классу.
Сегодня при широчайшем выборе поставщиков фитоламп из светодиодов можно подобрать неплохой комплекс дополнительной подсветки цветов и рассады. Правильно подобранные источники света позволят получить по осени хороший урожай.
Свет - одно из необходимых условий для нормального роста растений. И если летом хватает солнечного света, то зимой, когда день весьма короток, растения испытывают явный его дефицит. Решить проблему недостатка света можно, если использовать специальные светодиодные лампы для растений. Это актуально для тех, кто занимается выращиванием рассады, светолюбивых домашних цветов или круглогодично работает в теплицах.
Для чего нужен свет растениям
Любой школьник, мало-мальски знакомый с основами ботаники, знает ответ на этот вопрос. Все дело в фотосинтезе - сложном биохимическом процессе, который происходит в клетках растений под действием солнечного света. В результате его из углекислого газа и воды синтезируются органические вещества. В листьях растений содержатся особые клетки - хлоропласты, в которых содержится хлорофилл. Это пигмент, который непосредственно поглощает свет. Он имеет зелёный цвет, что и предопределяет окраску всего растения.
Убедиться в важности света для растений очень просто. Достаточно просто убрать любой комнатный цветок в тёмную комнату. Через непродолжительное время листья его начнут сначала белеть, затем опадут. Если продолжать эксперимент, то растение просто умрёт. Научно доказано, что процесс фотосинтеза идёт только при участии света . Ночью этот процесс не идёт, растение только поглощает углекислый газ.
Лампа вместо солнца
Использовать электрическое освещение для замены солнечного света научились давно. В том числе этот метод применяется, например, в тепличных комбинатах. Однако насколько эффективно электрический свет может заменить солнечный? Ведь для полноценной замены свет должен быть максимально приближен к естественному. Для освещения растений в настоящее время используют люминесцентные, галогеновые лампы, лампы накаливания, а с недавних пор и светодиодные. Именно светодиодные лампы наиболее качественно способны заместить для растений недостаток солнечного света.
Для достижения хорошего эффекта спектр света, излучаемого лампой, должен быть максимально фотоактивным, т. е. подходящим для фотосинтеза. Светодиодные лампы для растений (LED-фитолампы) полностью отвечают этому требованию. Они используются как в домашних условиях, например, для рассады на подоконнике, так и в промышленных масштабах, освещая огромные тепличные хозяйства. Диодные фитолампы имеют следующие преимущества перед всеми остальными:
- малое энергопотребление;
- безопасность эксплуатации;
- отсутствие мерцания;
- долгий срок службы;
- устойчивость к повышенной влажности;
- максимально фитоактивное излучение при отсутствии теплового;
- лёгкая регулировка спектра и уровня освещённости.
Самый большой недостаток светодиодных фитоламп - высокая цена. Однако она с лихвой компенсируется всеми достоинствами этих приборов. К тому же сделать её можно и самостоятельно.
Самодельная фитолампа
Если есть время и желание, можно изготовить этот прибор и своими руками. Для этого потребуются:
Перед монтажом диоды нужно проверить на работоспособность с помощью тестера. Если все хорошо, можно приступать к монтажу. Рабочую поверхность нужно разметить под крепление светодиодов, располагая их на расстоянии 7−8 мм друг от друга. Красным и синим маркером желательно пометить полярность, чтобы при пайке случайно не перепутать. Затем светодиоды нужно приклеить к вогнутой стороне рабочей поверхности с помощью моментального клея, чередуя через три синих один красный светодиод.
Затем все диоды нужно спаять между собой последовательно, соблюдая полярность, равными отрезками изолированного провода. Концы цепочки подсоединяются к выходным клеммам драйвера, на вход используют обычный провод со стандартной розеткой. Для пайки вполне достаточно паяльника мощностью 30−40 Ватт, более мощным можно сжечь светодиод. Нужно проследить, чтобы точки пайки не соприкасались с рабочей поверхностью. На всякий случай под них можно приклеить полоски изоленты или скотча.
Остаётся лишь смонтировать все элементы конструкции на алюминиевый профиль с помощью саморезов. Такую лампу можно подвесить над рассадой на подоконнике, и выполнять она свою функцию будет не хуже покупной.
Для развития растениям, кроме воды и удобрений, необходим свет. Но при выращивании в закрытых помещениях, особенно зимой, освещенность недостаточная. Поэтому им необходим дополнительный свет. Для этого используются фитолампы.
Растениям для роста и жизнедеятельности необходим свет определенного спектра. В зависимости от того, развитие каких частей необходимо, спектральный состав может меняться.
Признаки недостатка света у растения
Влияние излучения на рост
Меньше всего подходят растениям лампы накаливания. В спектре этих светильников много желтого света, который, как и зеленый, плохо усваивается растениями. Кроме того, эти лампы выделяют много тепла, которое может обжечь верхушки цветов или рассады.
Красный свет положительно влияет на развитие ростков, цветение и образование завязей. Фиолетовый и синий – способствует развитию корневой системы.
![](https://i1.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/blue-light-intensity-by-lighting-source-technology.png)
В фитолампах используются оба цвета. В зависимости от задач, которые стоят перед владельцем в разные периоды роста растения, необходимое соотношение цветов может меняться.
Спектры света и его характеристики
Обычный солнечный свет имеет непрерывный спектр. В отличие от него, белый, излучаемый люминесцентными и LED-лампами, состоит из смеси разных цветов. Они по-разному влияют на растение:
- красный – ускоряет развитие ростков из семян, образование цветов и завязей;
- оранжевый – способствует развитию плодов;
- желтый и зеленый – почти влияют на рост;
- фиолетовый и синий – стимулируют развитие корневой системы и ускоряют начало цветения;
- ультрафиолет в малых количествах препятствует избыточному росту, но в больших дозах вызывает ожоги.
Особенности ламп для подсветки рассады
В определенные периоды развития рассаде необходима подсветка разного спектрального состава. Фитолампы изготавливаются из светодиодов различного цвета, обычно применяются красные и синие или специальные, двухцветные или многоцветные, с белыми и ультрафиолетовыми светодиодами.
Таким лампам необходим драйвер, позволяющий регулировать соотношение цветов и общую яркость света.
Светодиодная фитолампа своими руками
Готовые светильники и фитолампы стоят довольно дорого. Их применение экономически оправдано при коммерческом использовании. Для дома выгоднее изготовить фитосветильник своими руками.
Изготавливается из следующих элементов:
- светодиоды;
- основание или радиатор для их установки;
- драйвер для фитолампы или блоки питания с диммерами;
- гибкие медные соединительные провода.
Выбор светодиодов
![](https://i0.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/600mm-t8-led-tube-grow-light-6w-2ft-red-blue-7-1-5-1-3-1-e1513809852824.jpg)
Для фитолампы можно использовать четыре вида источников света:
- Светодиоды, специально предназначенные для изготовления фитоламп. Они удобны при установке и имеют возможность регулировки спектра и силы излучения.
- Яркие светодиоды необходимых цветов, предназначенные для установки на радиатор. Можно использовать маломощные диоды, но их потребуется очень много, что увеличит трудоемкость монтажа и сложность конструкции.
- Светодиодные ленты красного, с длиной волны 630 нМ, и синего, с длиной волны 465 нМ. Это близко к необходимым 660 и 445.
- с RGB-контроллером. Если не подключать зеленые светодиоды, то это самый простой в изготовлении вариант. Недостатком является потеря мощности и увеличение длины — в ленте RGB соотношение красных и синих светодиодов – 1:1, а фитосветильниках — 5:2, 7:3 или проще — 2:1.
Расчет потребляемого света
При освещении лампочками растениям необходимо разное количество света. Это зависит от вида, времени года, расположения окна или теплицы и других факторов.
Средняя мощность фитоламп – 40 Вт/м2 на подоконниках, 80 Вт/м2 при полностью искусственном освещении и 150 Вт/м2 в гроубоксах (закрытых ящиках, освещаемых только фитолампами). Точнее расчет можно произвести, проконсультировавшись со специалистом или найти подробную инструкцию на специализированных сайтах.
В любом случае диодные лампы должны располагаться равномерно над всей поверхностью грядок или подоконника. Расстояние до растений – 25 – 40 см.
Расчет драйвера для светодиодов
Яркость и соотношение цветов в подсветке в разные периоды развития растений необходимо менять. Конечно, можно выбрать какое-то среднее значение и использовать обычный блок питания, напряжение и мощность которого зависят от типа применяемых светодиодов.
![](https://i2.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/shema-8led-768x678.jpg)
Однако возможность регулировки каждого цвета в отдельности благоприятно влияет на растения. Для этого необходим драйвер с соответствующими возможностями. Вместо специального устройства можно использовать регулируемые блоки питания, свой для каждого цвета. Выходное напряжение должно соответствовать необходимому для питания светодиодов, а мощность нужно выбирать на 20% больше.
Поскольку обычно соотношение красного и синего цветов 2:1, то и мощности блоков питания должны отличаться друг от друга в той же пропорции.
![](https://i2.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/maxresdefault-5.jpg)
Мощность драйвера выбирается по общей мощности светодиодов.
Драйвер или диммер можно заменить блоком питания. На каждую группу светильников в отдельности при этом устанавливается собственный выключатель.
Основа-каркас для фитолампы
![](https://i0.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/5014390551_0-e1513810595917.jpg)
В качестве корпуса для фитолампы может использоваться старый люминесцентный светильник, пластмассовая коробка или другие подручные материалы.
![](https://i1.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/maxresdefault-1-1-670x377.jpg)
Многое зависит от места установки устройства – на подоконнике желательно, чтобы свет не попадал в глаза людям в комнате и на улице.
При использовании радиатора необходимо исключить прикосновение к нему.
Это особенно важно при подключении светодиодов к сети 220 В.
Размер LED-светильника должен соответствовать размеру грядки. Для более эффективного использования света желательно предусмотреть возможность регулировки фитолампы по высоте. Установить ее можно на кронштейне, подставке, другом держателе или подвесить на стойке.
![](https://i0.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/vyrashhivanie-rassady-na-stellazhakh-so-svetodiodnoy-podsvetkoy.png)
Перед монтажом светодиоды проверяются на работоспособность. Это необходимо делать для того, чтобы после установки не искать причину отсутствия света.
Проверяется светодиод так же, как и обычный диод – тестером:
- при подключении тестера в одном направлении он должен показать нулевое сопротивление, а в обратном – бесконечное;
- если диод многоцветный, то эта процедура повторяется для каждого цвета в отдельности.
![](https://i1.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/2848-768x509.jpg)
Можно также проверить светодиоды на работоспособность, источником постоянного напряжения, подключая его через дополнительный резистор. Его величина рассчитывается с помощью закона Ома или одного из онлайн-калькуляторов.
Исправность светодиодной ленты проверяется подключением к ней питающего напряжения.
Крепим светодиоды на профиль
Яркие светодиоды большой мощности устанавливаются на радиатор. В его качестве может использоваться алюминиевая пластина или уголок. Способ крепления зависит от типа:
- с отверстиями для крепления — на радиатор с помощью саморезов или винтов с шайбами гровера и термопасты;
- без отверстий – на теплопроводящий клей;
- светодиодные ленты приклеиваются липким слоем, находящимся с обратной стороны, или двухсторонним скотчем.
Схемы соединения
Установленные светодиоды соединяются последовательно. Их количество зависит от напряжения источника питания и самих диодов. Параллельно со светодиодами устанавливается токоограничивающее сопротивление. Его величину можно рассчитать с помощью онлайн-калькулятора.
Группы из нескольких светодиодов и резистора, а также отрезки светодиодной ленты соединяются по параллельной схеме.
Пайка
Подключаются светодиоды с помощью пайки. Она производится паяльником мощностью до 25 Вт, чтобы не перегреть диод.
Для пайки используется оловянно-свинцовый припой и канифоль или другой нейтральный флюс.
Важно! Применять кислоту нельзя. Это может вызвать короткое замыкание или разрушить провода.
Для подключения светодиодной ленты можно использовать коннекторы.
Правильное применение светодиодного светильника
Светильники из светодиодов не нагревают растения, поэтому их можно располагать прямо над ними. Длительность подсветки определяется временем года и освещаемой культурой. Например, лимоны, другие цитрусовые и орхидеи подсвечиваются с октября по март.
Рассада подсвечивается в зависимости от этапа развития — перед пикировкой соотношение синий — красный – 2:1, после нее – 1:1 и в течение 2 – 3 дней уменьшают яркость света.
Купить или сделать самостоятельно
Необходимость установки фитосветильника у людей, занимающихся уходом за растениями в закрытых помещениях, не вызывает сомнений. Вопрос только в том, покупать ее или сделать своими руками.
У самодельной лампы есть как достоинства, так и недостатки.
![](https://i2.wp.com/lampaexpert.ru/wp-content/uploads/2017/12/led-japan-e1513811172684.jpg)
Главное достоинство – она намного дешевле покупной. Приобрести светодиоды и блоки питания можно сравнительно недорого, особенно если заказывать на Таобао или в Алиэкспресс, для корпуса и радиаторов использовать подручные материалы, а собирать светильник будет своими руками владелец растений.
Но кроме достоинств, такая самоделка имеет недостатки, главный из которых – ее спектр отличается от идеального, особенно если собрать из дешевых комплектующих. Во многих покупных устройствах он гораздо шире и состоит не только из видимого света, но включает и небольшое количество ультрафиолетового.
Поэтому изготавливать самодельную фитолампу целесообразно в домашних условиях. При таком подходе потери урожая будут незначительными.
Покупная лампа окупится только при коммерческом использовании и больших объемах продукции.