Выбор освещения Ч.4
Внимание! Данный материал содержит информацию, написанную жителем Канады для русскоязычных жителей Канады. Данные научные сведения предназначены исключительно для информационных целей и не являются призывом или пропагандой к употреблению наркотических веществ или к нарушению действующего законодательства.
Пожалуйста, читайте данный материал только если культивация Cannabis Sativa не нарушает законодательство государства, на территории которого вы находитесь в данный момент.
Оглавление
Световая компенсация и насыщенность
Позиционирование лампы в боксе
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ
Изначально я планировал включить сюда несколько разных типов газоразрядных ламп, однако, при исследовании рынка оказалось, что многие из них уже пропали из продажи, проиграв технологическую гонку.
- Низкая базовая эффективность (максимально 2.1µmol/J у двухцокольных ДНаТ).
- Сильное падение при снижении тока во время диммирования.
- Низкая эффективность маломощных ламп (до 600Вт).
- Низкий индекс цветопередачи (CRI).
- Большой обьем энергии передается в ИК спектре, нагревающим растения, но не имеющим фотосинтетической ценности.
Увы, даже крупные аграрные корпорации постепенно завершают выпуск ДнАТ светильников и закрывают компании, занимавшихся их производством.
СВЕТОДИОДЫ
Химия
По способности проводить электрический ток, все материалы делятся на 3 основных группы:
Проводники
Материалы, легко проводящие электричество. Представлены в большинстве своем металлами. Электропроводность образуется за счет несвязанного состояния электронов внутри материи. Это позволяет им свободно "течь" и переносить электрический ток.
Самые распространенные проводники, которыми пользуется человек - это аллюминий, медь, а также золото.
Изоляторы
Материалы, не проводящие электричество. Изоляционные свойства этой группы определяются связанным состоянием электронов внутри материи, которое не позволяет им свободно перемещаться и блокирует способность переносить электрический ток.
Самые распространенные изоляторы, с которыми мы взаимодействуем каждый день - это стекло, керамика, резина, пластик.
Полупроводники
Материалы, электропроводность которых представляет из себя нечто среднее между изоляторами и проводниками. Их способность проводить ток меняется в зависимости от условий.
Самые распространенные полупроводники, используемые человечеством - это кремний и германий.
Физика
Человек использует свойства полупроводников для производства:
- транзисторов в процессорах телефонов и компьютеров;
- диодов в блоках питания;
- солнечных панелей;
- светодиодов в LED лампах.
Диод - это сформированная из полупроводников структура, пропускающая ток только в одну сторону. Выборочная проводимость диода образуется благодаря его уникальному устройству, напоминающую своего рода мостик с дверью, открывающуюся только в одну сторону.
Любой диод устроен по принципу соединения N (Негативных) и P (Позитивных) частей.
N Часть
Негативная часть полупроводника представляет из себя кусок кремния, в который, при помощи специальных примесей, добавляют избыточное количество электронов (несущих отрицательный заряд).
P Часть
Позитивная часть полупроводника тоже является кусочком кремния, однако вместо добавления, примеси забирают электроны, делая эту часть дефицитной (положительный заряд). Для упрощения, мы визуализириуем этот дефицит как отверстия, готовые принимать электроны.
P-N Соединение
Когда P и N части соединяются, образуется уникальная структура, названная P-N соединением (функционально напоминает мостик). Из-за разницы в зарядах, электроны (-) моментально связываются с отверстиями (+), образуя насыщенную и незаряженную зону прямо на стыке этих частей. Она не дает другим электронам и отверстиям перемещаться через неё.
Чудо происходит, когда на полупроводник подается электричество. Нейтральная P-N зона (мостик) сужается, позволяя электронам перепрыгивать из Негативно-заряженной части на отверстия в Позитивно-заряженной.
Светодиод
Из-за своей химической структуры, негативная часть полупроводника имеет немного большую энергию (электронов), чем позитивная часть способна принять. Приземляясь в отверстие в P части обычного диода, электрон выделяет лишнюю энергию в окружающую среду. Эта энергия зачастую находится в виде инфракрасных фотонов (тепла).
Транзисторы в микропроцессорах работают по аналогичному принципу. Именно поэтому все современные процессоры требуют постоянного охлаждения.
Для создания светодиодов, производитель:
- Подстраивает разницу между энергией электрона и принимающей способностью отверстия, тем самым принуждая электроны освобождать больше лишней энергии (фотонов) при приземлении. Обладающие высокой энергией фотоны в итоге принимают форму видимого света.
- Конструирует диод таким образом, чтобы максимальное количество энергии могло выделяться напрямую в окружающую среду.
Электрика
Уникальное устройство светодиодов подразумевает прямой переход электрического тока без необходимости терять энергию в процессе нагрева какой-либо материи или пропускания тока через газ. Именно поэтому на сегодняшний день эффективность LED не имеет аналогов.
В случае с ДНаТ, чем сильнее мы повышаем ток, тем эффективнее начинанет работать лампа. В светодиодах мы видим обратную картину.
Чем ниже производится запитка диода, тем выше становится его эффективность. Происходит это из-за того, что высокий ток перегружает P-N мостик, проходя через диод. Это сбивает процесс приземления электронов в отверстия, что заставляет светодиод выделять тепло вместо света. Далее все действует как снежный ком: тепло нагревает диод, увеличивая перегрузку, что, в свою очередь, выделяет еще больше тепла.
На графике ниже можно увидеть зависимость излучаемого светового потока от температуры диода.
Таким образом, снижая ток, мы снимаем нагрузку с мостика, заодно снижая его перегрев.
Не смотря на то, что со снижением тока падает и количество вырабатываемых диодом фотонов, эффективность выработки возрастает.
Таким образом, более низкую светоотдачу можно компенсировать большим количеством эффективных светодиодов. По этой причине все современные производители предпочитают увеличивать количество диодов, снижая их запитку. Бюджетные лампы часто суммарно имеют больше диодов, чем лампы высокого уровня. Это несколько компенсирует низкую эффективность дешевых светодиодов и снижает разницу в светоотдаче с дорогими диодами.
Меньше диодов, запитанных стандартным током, будут иметь более низкую эффективность, чем большее количество диодов, запитанных низким током. Именно поэтому сравнение ламп посредством сравнения моделей используемых светодиодов обладает низкой репрезентативностью.
Бины
Процесс производства любых полупроводников невероятно тонок и сложен. Даже не смотря на современный технологический прогресс, добавление присадок и спайка P-N частей не всегда производится со 100% точностью.
В результате, итоговое качество даже одной модели может иметь разницу светоотдачи, порой доходящую до 25%. Именно поэтому производители делят каждую производимую модель на несколько "субмоделей", обладающими немного разными характеристикам. В качестве примера приведена сортировка по бинам модели LM281B+ от самсунга.
Из этого следует, что идея сравнения разных ламп исключительно по моделям светодиодов - не репрезентативна.
Спектры диодов
Узкий спектр
Базовая технология определения спектра светодиодов подразумевает манипуляцию P-N мостиком. Чем выше разница между энергией электрона и принимающей способностью отверстия, тем выше лишняя энергия, от которой фотону приходиться избавляться. Увеличивая длину этого мостика, производитель вынуждает электроны выделять все более энергитичные фотоны, что снижает длину волны выделяемого света.
Более энергитичные синие фотоны будут иметь большую длину мостика, чем красные.
Из-за этого, современные синие диоды имеют наибольшую эффективность среди всех остальных спектров. Их КПД способен доходить до 93% (Вт энергии света от Вт потребленных). Красные и ДК светодиоды могут похвастаться лишь 81% и 77% КПД соответственно.
Эффективность диодов
Тут мы сталкиваемся с длиной волны и понятием фотосинтетической фотонной эффективности (PPE).
Как мы помним, длина волны обратно пропорциональна энергии. Это определяет феномен того, что обычный синий фотон (450нм) несет практически в полтора раза больше энергиии, чем красный (660нм). Таким образом, красные диоды, вырабатывая одинаковое количество ватт света, могут вырабатывать в полтора раза больше фотонов, чем синие. Это компенсирует их низкую эффективность.
Красные светодиоды будут вырабатывать меньшую энергию фотонов, но большую их численность.
Согласно упоминавшемуся ранее закону Энштейна-Старка, один фотон задействует один электрон. Так что растениям важно именно количество фотонов, а не их энергия. Синие (450нм) светодиоды способны давать 3.5 µmol/J, красные (660нм) - целых 4.5 µmol/J, а дальние красные (730нм) так и все 4.7 µmol/J.
Преведенная выше информация как бы самостоятельно отвечает на вопрос о том, почему 100% производителей света добавляют в свои лампы красные диоды с пиком в 660нм. Это буквально увеличивает как эффективность, так и световой поток каждой отдельной панели. Не стоит также забывать, что красный свет немного эффективнее поглощается растением в процессе фотосинтеза.
Белый широкий спектр
Белые светодиоды производятся посредством нанесения специального фосфорного покрытия на простые синие диоды. Фосфор поглощает энергию синего спектра и выделяет свет в широком зелено-красном диапазоне (практически флюоресцирует).
Из-за этого, белые светодиоды могут терять светоотдачу вплоть до 5-20% от своего изначального (синего) излучения.
Энергетическая разница между поглощенным и выделенным светом всегда выходит в форме тепла. Поэтому белые светодиоды всегда нагреваются сильнее.
На изображении выше можно увидеть, что диоды с более низкой цветовой температурой (3000К) имеют на 5% более низкую эффективность, чем холодные светодиоды (5000К). Чем больше фосфора покрывает диод, тем больше красного спектра он выделяет и тем больше греется.
Кроме того, "теплый" светодиод выглядит скорее оранжевым, чем желтым.
Возвращаясь к теме "бустеров цветения": Такие крупные производители, как Fluence, продают розовые (450+680нм) "супплиментарные" лампы в качестве дополнительного источника ФАР, для использования их максимальной эффективности (3.8 μmol/J) для снижения энергопотребления крупных теплиц в процессе добавки нужных количеств фотонов к естественному дневному свету. Однако, такие схемы не имеют никакой особой ценности для гроверов, работающих в малых масштабах.
Типы LED светильников
Бытлед
Хотя я и не думаю, что новый в гровинге человек дочитает до этой части, все-таки добавлю этот тип сюда.
Если у вас нет бюджета на обустройство даже самой простой системы, то можно собрать люстру ~150Вт белых светодиодов (3,500К) на 1 растение. На деревянной раме параллельно соединяем 10 светодиодных ламп по 15вт (1500лм), и стартовый свет для микрогрова 1 автоцветущего растения готов. Длинный световой день в 20 часов немного скомпенсирует низкий световой поток.
Эффективность около 1.7 μmol/J очень далека даже от ДНаТа, подобная люстра будет сильнее нагреваться; однако, все мы с чего-то начинали, так что для одного растения в небольшом боксе такой вариант может и сойти. Гроу чаты в помощь.
COB LED
Chip On Board (чип на плате) - подразумевает технологию совмещения диодов на одной большой матрице, что позволяет увеличить эффективность относительно старых высокомощных диодов. В числе преимуществ использования COB светодиодов: простота обслуживания, защитная линза, относительно высокая эффективность.
Но, как и описанные ранее технологии, ЧОБ светильники медленно уходят из агрикультуры. Происходит это из-за того, что их актуальность прошла около 3-х лет назад.
Худшая, чем у SMD светодиодов эффективность (2.1 μmol/J), высокий нагрев, ограниченность спектра, а также специфичное распределение света по площади определили участь этой технологии.
Квантум лед (SMD)
Surface Mounted Device (Поверхностно Монтированный Прибор) - это наиболее современная технология, предпологающая размещение отдельных маломощных диодов на печатной плате.
Иными словами, SMD является логичным последствием эволюции технологии LED, собирающим в себе все нюансы использования диодов для выработки света.
Резюмируя, отдельно расположенные диоды позволяют:
- Низко запитывать каждый отдельный светодиод.
- Эффективно охлаждать каждый отдельный светодиод.
- Оптимально располагать диоды на плате для равномерной засветки пространства.
- Совмещать разные типы диодов для манипуляции спектром.
- Использовать дополнительные диоды, увеличивающие эффективность всего светильника.
- Скалировать размеры панелей от микрогрова до промышленных масштабов без потери эффективности.
На основании вышеизложенного, можно заключить, что SMD диоды на сегодняшний день обладают наибольшей функциональностью и эффективностью.
В коммьюнити последние годы было принято считать, что квантум лед является наиболее дорогим выбором. На сегодняшний день, сборка качественного комплекта ДНаТ из лампы, балласта и отражателя будет стоить немногим меньше, а то и аналогично базовому ЛЕД решению.
Компоненты ЛЕД ламп
Радиатор
Рабочий диапазон температур для обычных LED диодов составляет от -40 до +85С. Но стоит помнить, что высокая температура мешает светодиодам работать, и кроме снижения эффективности это также укорачивает срок их службы.
Приводимые температуры - это нагрев самих диодов. Температура печатной платы/панели/радиатора всегда будет несколько холоднее температуры самих диодов. Тепло не может отводиться со 100% эффективностью, так что чем выше загрузка диода, тем больше разница температур между панелью и диодом.
Типичный срок службы светодиодов, указываемый производителем, составляет около 50,000 часов. Это время службы подразумевает потерю 30% от изначальной светоотдачи, и, как видно из графика выше, сильно зависит от рабочих температур.
Хотя все современные борды и рассчитаны на достаточное отведение тепла, важно убедиться в адекватной циркуляции воздуха вокруг охлаждающей панели. Если же ограниченное пространство не позволяет свободно подвесить лампу, то лучше направить на неё воздушный поток.
Я бы в любом случае рекомендовал направлять на радиатор компьютерный куллер для того, чтобы немного снизить рабочую температуру. Как видно из графика выше, даже небольшая разница в температуре диода может дать дополнительные сотни часов службы.
Хорошей практикой будет периодическая проверка радиаторов и самой платы с помощью ИК пирометра. Это поможет контролировать адекватный диапазон температур.
Линзы/Защита
Оголенный диод, в зависимости от модели, может быть подвержен деградации при контакте со средой. Поэтому, многие производители используют специальный акриловый клей, либо пластиковые линзы в качестве средств защиты от урона.
- Клей обладает небольшой толщиной, что снижает относительные потери света из-за поглощения материала; защищает диоды от воды, грязи и пыли, однако практически никак не сопротивляется физическим повреждениям и мешает диоду охлаждаться.
- Пластиковые линзы хорошо подходят для защиты диодов от условий среды, а также физического урона. Относительным плюсом линз является возможность фокусировки света, но за пропусканием света через любой материал следует потерия некоего количества светового потока.
К примеру, в этом исследовании авторы обозначают среднюю потерю светового потока в 8-10% в случае использования линз. Кроме того, в зависимости от формы линзы, свет может рассеиваться в другие, невыгодные стороны, а также отражаться назад в диод, тем самым нагревая его.
Также не стоит забывать о размерах ламп для разных площадей. Линзы могут помочь большой лампе на большой площади сделать световой поток однороднее, но для фокусировки малой лампы на малой площади окажутся бесполезными.
Тут стоит выбор между 1) лучшей изначальной эффективностью + охлаждением незащищенных диодов и 2) фокусировкой + защитой от среды/физических повреждений. Так что однозначного ответа на вопрос о релевантности линз попросту не существует.
Диммер
Чрезвычайно важная функция лампы, позволяющая настраивать световой поток без снижения эффективности, потери покрытия и рассеивания светового пучка.
При снижении тока запитки диодов, КПД увеличивается. Таким образом, снижение мощности посредством диммирования позволяет немного повысить общую эффективность светильника.
Вспоминая первый закон термодинамики, невыделенная лампой в форме фотонов энергия никуда не исчезает, она выделяется в форме тепла. Следовательно, эффективность лампы (PPE) говорит лишь насколько много света она производит относительно выделяемого ей тепла.
Дальше в главе "Позиционирование лампы в боксе" мы рассмотрим тему рассеивания и поглощения света намного подробнее. Упрощая, можно сказать, что при увеличении расстояния между лампой и листвой растения, количество света, доставленное до кроны, постоянно падает; однако количество произведенного тепла остается прежним. Таким образом, при уменьшении светового потока с помощью увеличения дистанции, уменьшается еще и эффективность.
Для большего понимания рассмотрим пример:
- Висящая под потолком лампа с номинальной эффективностью 3.2 umol/J может, гипотетически, доносить растениям лишь 60% от всех произведенных ей фотонов. Таким образом, её реальная эффективность будет составлять 1.9 umol/J.
- Расположенная на оптимальном расстоянии диммируемая лампа с номинальной эффективностью 2.6 umol/J гипотетически способна доносить 90% излучаемых фотонов, технически получая эффективность около 2.3 umol/J.
Следовательно, даже ДНАТ с его PPE в 2.1 umol/J при правильном расположении в боксе может быть более эффективным решением, чем висящий под потолком LED.
Вывод. В сравнении с диммируемыми аналогами, лампы без диммера всегда будут:
1) Иметь худшую эффективность на цикл;
2) Намного быстрее деградировать (из-за 100% использования + более высокого нагрева);
3) Сильнее нагреать воздух в боксе, из-за постоянной работы на полную мощность.
Драйвер
- Конвертации электроэнергии в стабильную форму нужного формата запитки.
- Преобразования тока для диммирования.
- Защиты борда от скачков напряжения и перегрузок.
Средняя эффективность драйверов при 100% загрузке составляет около 85-95%. Показатель эффективности драйвера падает вместе с нагрузкой, что в большинстве случаев нивелирует прирост эффективности от снижения запитки диодов ниже 40% мощности диммера.
УПРАВЛЕНИЕ СВЕТОМ
Световая компенсация и насыщенность
Каннабис - очень светолюбивое растение, относящееся к группе растений, нуждающейся в прямом солнечном свете (эвкалипт, томат, подсолнечник и лимонное дерево). Для понимания базовых потребностей каннабиса в свете, сначала нужно разобрать такие определения, как:
Точка световой компенсации
Количество света, дающее тканям растения больше энергии, чем эти ткани тратят. Упрощая, это минимальное количество света, позволяющее растению жить. К примеру, в этом исследовании авторы указывают точку световой компенсации шпината в 73 μmol*m2*-s.
Точка световой насыщенности
Максимальное количество света, которое растение может принять без негативных последствий.
Находящаяся на верхних уровнях листва насыщается и получает максимальное количество света в районе 1500 PPFD. Урожайность растет вместе с увеличением света из-за того, что свет начинает проникать в более глубокие уровни листвы. Выражение "для каннабиса много света не бывает" практически верно до уровней около 2100 PPFD в оптимальных диапазонах температуры и СО2.
Перефразированное выражение звучит так: Для каннабиса много света почти никогда не бывает, бывают лишь недостатки других условий.
Оптимальная световая насыщенность
Без использования СО2 рекомендуемым объемом света считается 900 PPFD.
С поддержанием высоких уровней СО2 оптимальной точкой в абсолютных условиях можно назвать 1500 PPFD. После неё насыщенность продолжает возрастает вплоть до 2100 μmol·m−2·s−1, однако эффективность этих дополнительных 500 PPFD в данный момент экономически нецелесообразна.
Многие профессиональные гроверы в США на сегодняшний день используют средний световой поток в 600 PPFD для вегетации и 1100-1200 PPFD для цветения. Этот диапазон является для них оптимальным, так как он совмещает в себе лучшее качество, оптимальную урожайность и относительно умеренные расходы на электроэнергию.
Влияние интенсивности света на морфологию
С повышением света растет не только фотосинтетический темп, но и урожайность растения, плотность соцветий, а также индекс урожайной биомассы. Так, в одном из исследований, при увеличении PPFD с 600мкмоль до 1000мкмоль, индекс полезной биомассы (процент соцветий от общей массы растения) каннабиса увеличился на 7%.
В другом, урожайность, плотность, а также индекс полезной биомассы линейно увеличивались вплоть до 2000PPFD.
- Вместо инвестиций в спектральные усилители цветения, ультрафиолет, стимуляторы и прочие "магические" приспособления, просто повышайте общий поток света, попутно снабжая растение всеми требуемыми условиями.
Однако согласно общему мнению про гроверов, совместно с повышением мощности потока сверх 1200PPFD и ростом урожайности, падает качество соцветий.
Позиционирование лампы в боксе
Однородность и Hot Spot
Одной из особенностей использования любой лампы в условиях замкнутых пространств является однообразие засветки растений.
Для получения однородного урожая, защиты от световых ожогов, а также для одинаковой температуры верних уровней листвы, лампа должна как можно равномернее освещать растения, избегая образования хотспота. Простыми словами, хотспот - это центральная область, в которой концентрация фотонов значительно превосходит концентрацию периферии. Именно из-за него производители не рекомендуют вешать лампы ниже определенного расстояния.
Для того, чтобы рассчитать однородность покрытия лампы, потребуется ФАР карта от производителя. Все, что нужно сделать - это поделить наименьший показатель на наибольший. Чем ближе получившееся число к 1, тем равномернее засвет. Таким образом можно сравнивать разные светильники по однородности засвета определенного пространства. (Главное, чтобы площадь, в которой производились замеры, совпадала с вашей.)
Хотспот всегда находится прямо под центром лампы, и в закрытых пространствах избежать его появления полностью (без потери большого количества фотонов) невозможно.
Можно сократить его интенсивность с помощью выбора оптимального формфактора ламп под ваше пространство, а также правильной дистанции подвеса.
Эффективность покрытия в боксе
Распределение света по площади бокса зависит от множества переменных.
С помощью логарифмической модели, рассчитав распределение света по площади в 140х70 см бокса двух линейных (55х55см) ламп, я пришел к результату, что в моих условиях, при увеличения дистанции в 3 раза, количество света снижалось в 1.5 раза. На графике выше видно как ~1800 микромоль при высоте в 10 см постепенно снижается до ~1200микромоль при 30 см.
Для каждого бокса и формы ламп это распределение будет разным, однако это примерное базовое правило (при увеличении дистанции в 2 раза, количество света снижается на треть) можно использовать для рассчета приблизительной освещенности в боксе.
Закон обратных квадратов
Закон обратных квадратов подразумевает, что при увеличении дистанции от источника в два раза, количество света падает на обратный квадрат двух (в четыре раза, и становится 0.25).
Использование этого принципа для рассчета освещенности в гроубоксе не имеет никакого смысла по причине того, что этот закон подходит только для точечных источников освещения и только для открытых пространств.
В обычном борде каждый светодиод является точечным источником, а отражающие стенки бокса являются полной противоположностью открытого пространства.
Если рассчитать распределение, полагаясь исключительно на этот закон, то в моих условиях, 1400 PPFD при 20см должны превращаться в 350 PPFD при 40см, чего, естественно, не происходит.
Отражение стенок
На 30-сантиметровой высоте лампы, стандартные майларовые стенки моего гроутента (spider farmer 140x70) сохраняют (отражают назад) около 22% света, по сравнению с открытым пространством (где эти 22% теряются). С дистанцией этот показатель постепенно увеличивается, так как все большее количество света начинает теряться в стороны (до 39% на высоте в 65см для моего примера).
Разница в отражающих материалах, используемых для растениеводства, составляет не более 5-7%, согласно этому видео.
Хуже всего себя показывает матовая краска, после идет белый полиэтилен (2% лучше), затем идет гладкий майлар (на 5% лучше краски), и следом (в зависимости от производителя) идет стандартный майлар для боксов (на 7% больше отражения, чем краска).
Я бы не назвал это большой разницей, так как данные результаты могут практически полностью нивелироваться погрешностью + качеством материалов.
Вывод: Использование отражающих стенок может сохранить значительное количество света, выделяемого лампой. Материалы для отражения могут незначительно отличаться в эффективности отражения (майлар из дешевого гроубокса может быть несколько хуже, чем белый полиэтилен из дорогого).
Дистанция VS Диммер
Старайтесь держать лампу в диапазоне 25-35см, либо в диапазоне, рассчитанном производителем для конкретной модели светильника. Контролируйте количество света с помощью диммера, это даст наилучшую однородность засветки и позволит сократить потери света от рассеивания.
Манипуляция освещенностью
Daily Light Integral
Хотя пиковая освещенность в натуральных условиях может доходить и до 2000PPFD, с рассветами и закатами эта цифра дает средний показатель в 1000мкмоль света в день. С длиной светового дня в 16.5 часов, этот показатель составляет около 60моль/день (DLI).
Показатель DLI особенно важен во время перевода растений между стадиями. К примеру, если во время перевода с 18ч на 12ч фотосинтетический поток (PPFD) остается прежним, общий объем света (DLI) падает на 33% (разницу между 12 и 18ч).
Как видно из таблицы выше, даже небольшое увеличение продолжительности дня способно значительно увеличить количество получаемого растением света.
Обладая этими знаниями, можно компенсировать слабую мощность лампы для автоцветов. Поток в 600PPFD на протяжении 20 часов обеспечит их суммарным количеством света (DLI), которое получает фотопериодное растение на цветении при 900PPFD в течении 13 часов света.
Средний PPFD
Чтобы узнать количество света, реально получаемое растением, необходимо рассчитывать средний показатель на площади.
Предполагая, что гровер использует 100% горизонтально пространства, объем фотосинтеза (всех находящихся на площади растений) должен напрямую зависеть от среднего PPFD на этом пространстве.
- Создайте ФАР карту для вашего сетапа (сделайте 16 замеров на одинаковом расстоянии друг от друга);
- Найдите среднее арифметическое от всех замеров.
Выбор мощности освещения
Так как в идеале листва растений будет покрывать всю горизонтальную площадь, рассчитывать количество света следует именно на общую площадь пространства, а не на количество растений.
- Находим площадь бокса (умножаем длину на ширину);
- Площадь бокса умножаем на PPFD для получения минимального PPF лампы;
- PPF делим на среднюю эффективность в 2.7 мкмоль на Дж.
Показатель рассчитанного PPFD в любом случае будет немного отличаться от реальности, так как какое-то количества света будет теряться из-за отражения стенок, диммирования, а также эффективности драйвера. Однако это - наиболее точный расчет, который мы можем сделать без лишних замеров.
- Для автоцветов минимально нужно ~ 600 μmol·m−2·s−1;
- Для мощной засветки автоцветов ~ 800 μmol·m−2·s−1;
- Для фотопериодных растений ~ 900 μmol·m−2·s−1;
- Для выращивания в условиях супплиментарного СО2 ~ 1300 μmol·m−2·s−1.
Лучше выбрать мощность "на вырост". Общая рекомендация на площадь в 1 м2 выглядит примерно следующим образом:
- 250Вт минимум для автоцветов.
- 300Вт для автоцветов.
- 400Вт для фотопериодных растений.
- 480Вт для фотопериодных растений в условиях высокого СО2.
Измерение света
Рассчитывать освещенность можно многими способами:
Люксометр
Из-за того, что люксометр настроен на человеческое световосприятие (пик 555нм), он очень слабо коррелирует с PPFD.
В большинстве случаев люксометр будет:
- Практически полностью игнорировать разницу в УФ, синих, красных, а также ДК добавочных диодах;
- Активно реагировать на разницу в количестве зеленого света в спектре.
Чем меньше зеленого в спектре лампы, тем большую погрешность покажет люксометр.
Мои тесты сравнения приложения и прибора показали, что замеры необходимо делать именно с помощью отдельного прибора (люксометра). Приложения для телефона дают чрезмерный разброс около 30%, что имеет под собой нулевую информационную ценность. На фото люксометр показывает 50,000 люкс, приложение же 29,700 люкс.
Предоставить универсальную таблицу для перевода я не могу по причине того, что каждая отдельная лампа будет давать разный спектр, но вот два основных сценария:
Замеры люкс на основе ФАР карты производителя
Можно также найти коэффициент перевода из Люкс в PPFD конкретно для вашей лампы. Для этого понадобятся PPFD карта производителя и простой люксометр.
Чтобы пользоваться этим методом, вы должны быть уверены в карте от производителя. Ложные цифры только введут вас в заблуждение.
- Люксометром произвести замер в центре лампы на расстоянии, идентичном расстоянию ФАР-карты производителя;
- Разделить получившиеся люксы на центральные микромоли с карты;
- Делить все последующие замеры на получившийся коэффициент для нахождения PPFD.
К примеру, если наш замер в центре этой лампы на высоте в 6" (15.2см) показывает 45,000 Люкс, то мы делим получившиеся люксы на 815.5 и получаем коэффициент 55.2.
В дальнейшем, просто делим замеренные люксы на 55.2, получая таким образом реальный PPFD.
Квантум метр (Quantum Meter)
Самый точный способ, подразумевает использование прибора, созданного специально для измерения фотонов в рФАР диапазоне. В качестве примера представлен график спектрального считывания рФАР спектра Квантум метра модели MQ-610 от Apogee instruments.
Вывод
Стандартным правилом при расчете урожайности является: "1% больше света дает на 1% больший урожай". Происходит это вплоть до 1100 PPFD без СО2 и 1500 PPFD с СО2. Дальше урожай сильно зависит от остальных условий среды и генетики.
В идеальных условиях без СО2 базовые стандарты выглядят так:
Логично, что количество энергии, получаемое растением, является первостепенным лимитирующим фактором его роста. Следовательно, здоровье растения и количество усваиваемых удобрений прямо пропорциональны интенсивности освещения.
Данный тезис работает и в обратную сторону. Замедляя метаболизм растения, мы уменьшаем его возможность усваивать свет. Таким образом, при болезнях, засухе, дефолиациях, вредителях, а также передозировках и дефицитах, нужно уменьшать уровень освещенности.
ИТОГИ
Выводы
- Все связаны лимитами современных технологий, и чудес не бывает. Все крупнейшие мировые производители, включая FLUENCE, GAVITA, HLG продают лампы со средней эффективность в 2.6-2.8, максимум 3.1 μmol/J.
- В коммерческих лампах вы редко увидите УФ или ДК спектры. Это говорит о том, что крупные фермы не видят причин для переплаты за эти добавочные технологии.
- Ищите золотую середину. Эффективность, конечно, важна в долгосрочной перспективе, но двукратная переплата за топовые светодиоды при 10% разнице в производительности - дело достаточно бессмысленное, особенно в малых масштабах персонального выращивания.
- Диммер обязателен. Без него даже самая дорогая LED панель с заоблачным PPE будет бессмысленно нагревать воздух в боксе, теряя большой процент света (эффективности) из-за расстояния.
- Во время сравнения моделей и производителей, в первую очередь сравнивайте PPF лампы, либо средний PPFD (только для одинаковых мощностей) на определенной высоте (желательно, чтобы замеры были сделаны в гроубоксах примерно одного размера). Дальше рассчитывайте цену за микромоль PPF или средний PPFD. Этот показатель даст намного больше понимания об оптимальном выборе, нежели эффективность (PPE или μmol/J).
- Точный расчет попадающего на растение света даст намного больший прирост урожайности, чем погоня за самыми лучшими светодиодами с самым широким спектром. Растение - живой организм, и все его качества, включая урожайность, содержание каннабиноидов, морфологию и цвет, в большей степени контролируются генетикой. Наша задача - дать растению все, чтобы раскрыть его генетический потенциал, а не сделать из генетически слабого растения гипер-урожайного мутанта любой ценой.
Также стоит помнить, что очень важно обращать внимание на диапазон ФАР, который производитель использовал для своей ФАР карты или рассчета PPF и PPE.
Не смотря на то, что стандартные, общепринятые рамки ФАР диапазона - это 400-700нм, некоторые производители используют более широкие границы для замеров.
К примеру, диапазон замера 350-750нм расширяет границы ФАР, увеличивая их на 25%. Это, естественно, увеличивает как показатели PPFD, так и PPF, с эффективностью (PPE) отдельной лампы, что делает сравнение с аналогами, замеренными по стандартному диапазону(400-700нм), некорректным.
Такие уловки не говорят о плохом качестве лампы, даже наоборот, могут подразумевать более широкий и разнообразный спектр. Просто стоит понимать, что любой диапазон за рамками стандартных 400-700нм называться PAR/ФАР картой по определению не может (только рФАР или ePAR картой).
Где купить лучшие лампы?
Ссылок тут, увы, не будет. Я слишком много и долго работал для написания этого цикла, чтобы скатываться в обычную рекламу.
На данный момент в СНГ буквально десяток производителей, дающих примерно одинаковое качество на идентичных диодах.
Если же вам не особо важны сервис и быстрая доставка, то лампы вообще можно заказывать из-за рубежа. Попробуйте поискать обзор на интересующую лампу на этом ютуб канале. Автор часто тестирует разнообразные панели, в том числе и с Алибабы.
Спрашивайте в чатах, смотрите отзывы, общайтесь с продавцами, ну и ,конечно же, используйте данные из этого материала.