روشنایی LED برای کشاورزی و گلخانه ها

روشنایی ال ای دی مجموعه ای از فواید برای صنعت کشاورزی به همراه آورده است که از جمله آن می توان به تولید بیشتر، شکوفایی زودتر، و رشد ریشه سریعتر، کنترل بیشتر روی رشد گیاه و استفاده اقتصادی از زمین کشاورزی اشاره کرد. آنها همچنین از نظر مصرف انرژی بسیار مقرون به صرفه هستند، در نتیجه به کشاورزان با مصرف انرژی کمتر به خصوص در طول فصول زمستان و پاییز کمک بسیار می کنند.

 در هر پروژه مقدار بهینه نور مورد نیاز دریافتی توسط هر گیاه خاص که برای پرورش آن گیاه مناسب است در شرایط موجود مورد مطالعه قرار گرفته و به صورت جداگانه محاسبه خواهد شد. در نهایت این محاسبه شامل روشنایی (سطح نور، طیف نور، یکنواختی مورد نیاز، و مکان وزمان نور) و شرایطی که در آن این سطح روشنایی اثرگذار باشد مانند شرایط جوی و غیره و میزان مصرف انرژی خواهد بود. این محاسبات برای محصولات مختلف کشاورزی از جمله تولید سبزیجات، پرورش برگ و گیاهان جوان، گل های زینتی، رشد و نگهداری گیاه قابل استفاده است.

روشنایی و پرورش گیاه

نور برای رشد گیاه لازم است. نور خورشید ارزان ترین منبع در دسترس نور است ولی برای کشاورزی همیشه به میزان لازم در اختیار نیست. درنتیجه استفاده از نور مصنوعی به جهت افزایش تولید و کیفیت گیاه بسیار متداول شده است. گیاهان نسبت به انسان ها حساسیت کاملا متفاوتی به رنگ های نور دارند. با توجه به رشد گیاه نور به صورت ذره های ریزی که فوتون یا کوانتوم نامیده می شوند تعریف می شوند. مقدار انرژی فوتون ها بسته به طول موج آنها (رنگ طیف نوری) تغییر می کند. برای یک انرژی نورانی نور قرمز تقریبا یک ونیم برابر فوتون بیشتر از نور آبی تولید می کند. یعنی اغلب منابع نور قرمز فوتون بیشتری از منابع نور آبی تولید می کنند. البته گیاهان دارای حساسیت متفاوت به رنگ های مختلف نور نشان داده و اثرات متفاوتی روی آنها می گذارد. درنتیجه استفاده از منبع نوری مناسب برای هر گیاه برای دستیابی به نتیجه بهینه در تولید آن موثر است.

 

نمودار حساسیت گیاه براساس افزایش نور

تنها قسمت از طیف تابش عمومی که می تواند توسط گیاهان برای عمل فوتوسنتز مورد استفاده قرار گیرد بین 400 تا 700 نانو متر است که به آن PAR (Photosynthetically Active Radiation) گفته می شود. تعداد فوتون ها در ناحیه PAR نور پرورش دهنده گفته می شود که به صورت میکرومول تعریف می شود. درنتیجه تغریبا 45 درصد نور عمومی نور PAR است. فتوسنتز فرآیند اصلی رشد گیاه است که نور قسمت اصلی آن است. این انرژی گاز دی اکسید کربن و آب را توسط برگ و ریشه به گلوکز تبدیل می کند. این فرآیند به این صورت انجام می شود:

 

یک لامپ کارآمد برای رشد گیاه باید تا حد امکان انرژی الکتریکی بیشتری را به انرژی PAR تبدیل کند. عبارت DLI (Daily Light Integral) به تعداد ذرات نوری یا فوتون هایی که در طول روز در ناحیه PAR (400 تا 700 نانومتر)دریافت می شود گفته می شود. DLI مشخصا به مقدار نور فوتوسنتز دریافت شده در مساحت 1 متر مربع در هر روز گفته می شود. DLI می تواند اثر قابل توجهی بر رشد ریشه و ساقه و برگ و گل بوته ها، و افزایش تعداد گل ها وشاخه وضخامت برگ ها داشته باشد. مقدار DLI میانگین که درفضای آزاد دریافت می شود تقریبا بین 5 تا 60 مول بر متر مربع بر روز است و به مکان و زمان بستگی دارد.

 

داخل یک گلخانه انتقال نور معمولا به 35 تا 50 درصد کاهش پیدا می کند. پس داشتن DLI متوسط کمتر از 3 مول بر متر مربع بر روز در گلخانه در طول فصول تاریک تر سال غیر معمول نیست. در کل داشتن DLI 4 تا 6 مول بر متر مربع بر روز برای رشد گل های تزئینی قطع شدنی و حداقل 10 تا 12 مول بر متر مربع بر روز برای گل های تزئینی باغچه ای و گیاهانی که در طول بهار و تابستان گل دارند و گل های گلدانی پیشنهاد می شود. کیفیت گیاه با افزایش DLI میانگین افزایش پیدا می کند. با افزایش DLI شاخه، ریشه وتعداد گل ها افزایش ودر برخی مواقع ارتفاع گیاهان کاهش پیدا می کند. البته استثنائاتی نیز وجود دارد مانند بنفشه آفریقایی و ارکیده فالانئوپتیس تحت DLI میانگین 4 تا 6 مول بر مترمربع بر روز رشد خوبی دارند.

DLI به صورت مول بر مترمربع بر روز اندازه گیری می شود که به معنی تعداد مول های نور بر واحد سطح که یک متر مربع است در یک روز می باشد. یک مول یک عدد ثابت بسیار بزگ است. (1023*022/6)

زمینه کاربرد:

با توجه به گروه گیاه مورد نظر LED مورد نیاز تعیین می شود:

پرورش گل ها:

·         نور مطمئن برای تکمیل نور موجود فراهم می شود یا جایگزین نور موجود می شود.

·         یکنواختی و کیفیت گیاه افزایش پیدا می کند.

·         نورهای قابل کنترل و قابل تنظیم برای کنترل وتکرارپذیری رشد گیاه

·         استفاده کامل از فضای گلخانه وتولید خط انتقا

·         مدیریت موثر گرما

تولیدمثل (Tissue culture and seedlings, cuttings & young plants)

·         بنا به راندمان بالا نوردهی لامپ های پرتوان می توانند جایگزین شوند.

·         یکنواختی در نوردهی ایجاد می کند و فاصله بین لایه ها را کاهش می دهد.

·         سرعت رشد دانه را افزایش می دهد و چرخه تولید را کوتاه تر می کند.

·         مدیریت گرمای موثر باعث کاهش هزینه دستگاه تهویه هوا شده و عمر سیستم لکتریکی را افزایش می دهد.

 

کشاورزی شهری (سبزیجات برگ دار و میوه های نرم)

·         با نتیجه خوب و پایدار هزینه تولید کاهش یافته

·         باعث بهبود کیفیت، محصولات غذایی و گل دهی می شود.

·         زمان رسیدن محصول را کاهش داده و سبزیجات تازه از منبع محلی را فراهم می کند.

·         نرخ استفاده از زمین را بهبود می بخشد و بهره وری در زمین را با استفاده از روش چند لایه ای افزایش می دهد.

·         مصرف انرژی را کاهش می دهد.

سیزیجات و میوه ها(high wire vegetables, leafy vegetables, herbs & soft fruits)

·         تولید بالای صیفی جات مانند خیار و هویج با نوردهی داخلی

·         به صورت موثر مکمل نور طبیعی با یک طیف شده و شدت نور ها برای افزایش رشد گیاه طراحی می شود.

·         باعث پایداری و افزیش کیفیت و میوه گیاه می شود.

·         طراحی علمی موقعیت و زاویه نور به گیاهان اجازه می دهد تاحداکثر استفاده از نودر را داشته باشد.

·         نوردهی داخلی بین سبزیجات و گل ها با استفاده از گرمای کم LED ها باعث افزایش تولید می شود.

·         استفاده کارآمد از انرژی می تواند باعث کاهش بار و مصرف انرژی سیستم الکتریکی می شود.

 

مزیت های LED

نور یک ابزار مهم در محصولات کشاورزی بوده و یک فاکتور کلیدی در تحقیقات گیاهان است. LED ها نقش اساسی در روشنایی کشاورزی بازی می کنند. توسط LED ها خروجی نوری که جهت رشد گیاه به آن تابانده شده قابل کنترل بوده در نتیجه اعمال نور بهینه در هر یک از سطوح رشد ممکن می باشد. این قابلیت به همراه مدیریت موثر گرمایی، طول عمر طولانی، راندمان نوردهی بالا و راندمان انرژی مناسب یک فرصت استثنائی برای کشاورزان است. برای بازار محصولات کشاوزی این مسئله به معنای افزایش بهره وری، گلدهی زود هنگام، رشد ریشه سریعتر، و استفاده اقتصادی از فضا می باشد.

 

سوالاتی که باید ابتدا به آنها پاسخ دهید

1-     گیاه شما در چه مرحله ای از رشد است؟

2-     آیا گیاه شما از منبع دیگری نور دریافت می کند؟

3-     طول روز به طور معمول چقدر است؟

مشخصات طیف نور مورد نیاز برای گیاهان در حال رشد به نوع گیاه و مرحله ای از رشد که گیاه در آن قرار دارند و تمایل پرورش دهنده آن (برای مثال کوتاه بودن گیاه) بستگی دارد.  

 

تعاریف واحدهای کشاورزی:

PAR

تابش نور مصنوعی (Photosynthetically Active Radiation) توسط CIE به عنوان کل فوتون های ساطع شده در طول موج 400 تا 700 نانومتر است که توسط رنگدانه گیاه جذب می شود. تصادفا این تقریبا همان مقدار طول موج است که توسط انسان قابل رویت است (380 تا 780 نانومتر) البته چشم انسان بیشترین حساسیت را به طیف نور سبز یعنی 555 نانومتر دارد.

 

PPF

شار فوتون نور مصنوعی (Photosynthetic Photon Flux) که با واحد میکرومول بر ثانیه اندازه گیری می شود. PPF مشخص کننده تعداد کل فوتون ها در در محدوده فعال ساطع شده از منبع نور در هر ثانیه است. Luminous flux

 

PPFD

چگالی شار فوتون نور مصنوعی (Photosynthetic Photon Flux Density) با واحد میکرومول بر متر مربع بر ثانیه اندازه گیری می شود. این واحد اندازه گیری تعداد کل فتون ها در ناحیه فعال طول موج که بر یک متر مربع از سطح در هر ثانیه فرود می آیند گفته می شود. illuminance

 

PPF/WATT

واحدی برای اندازه گیری راندمان که با میکرو مول بر ژول اندازه گیری می شود و بیان کننده تعداد کل فوتون ها در ناحیه فعال طول موج که توسط یک ژول از انرژی الکتریکی تولید می شود است. (لومن بر وات)

 

Delivered PPF/Watt

اندازه گیری کارآیی سیستم روشنایی به صورت میکرومول بیان می شود این واحد اندازه گیری نشان دهنده تعداد کلی فوتون ها در محدوده فعال طول موج نور است توسط یک ژول انرژی الکتریکی تولید شده و به گیاه می رسد. در حالت کلی، این بهترین واحد اندازه گیری راندمان الکتریکی برای سیستم های روشنایی کشاورزی مختلف است. 

 

منبع: فیلیپس

برگردان: صبوری

برگرفته از :فروشگاه اس.پی.ان