Освещение растений белыми светодиодами — проверочная работа
Эта статья написана под впечатлением от другой статьи на GT, о чем говорит похожее название. Дело в том, что этой темой я интересуюсь лет двенадцать и потому статья iva2000 вызвала довольно живой отклик в моем сознании. Результаты и выводы меня почти убедили, но остались моменты, с которыми я не согласен. Решил всё пересчитать и так как результат получился довольно объемный, я решил написать его в виде отдельной статьи, а не комментария.
Прочитав заголовок и вступление, я был настроен критически. Еще бы! Я сам производил расчеты, куча людей производит и использует специальные фитолампы (не только светодиодные — посмотрите на люминесцентные светильники в любом цветочном магазине!), а тут некто заявляет, мол, всё это туфта, белые светодиоды не хуже. Но ознакомившись до конца, я свое мнение изменил и понял что в этом мнении есть существенная доля истины, но надо разбираться… Всем кто не читал эту статью — убедительная просьба ознакомиться для лучшего понимания, т.к. для сокращения объема и исключения дублирования информации я буду только ссылаться на данные указанной статьи, но не повторять их. Остальные же — давайте продолжим!
Итак, сначала, что же мне показалось спорным.
1. В указанной статье приводится кривая фотосинтетической активности света McCree, которая означает прибавку биомассы растением при освещении его светом узкой полосы, но почему-то отметается её значение вовсе под предлогом, что «в широкой полосе разница будет незначительной). В разделе „Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов“ под пунктом 3 и вовсе приведена формула расчета энергетической ценности света с использованием ДВУХ интересных параметров — это ɳ — световая отдача в лм/Вт и Ra — индекс цветопередачи.
Обе этих величины имеют жесткую привязку к другой кривой, которая называется „фотопической“. Это кривая чувствительности человеческого глаза к свету. Чтобы не быть голословным, посмотрим на картинку:
Они едва ли похожи друг на друга, верно? Поясню, что люмены измеряются датчиком, имеющим чувствительность, строго соответствующую приведенной фотопической кривой. А фотосинтез осуществляется в соответствии с приведенной кривой McCree (она и есть гоафическое отображение интенсивности фотосинтеза в зависимости от длины волны). И, как вы уже заметили, кривых на рисунке две. Одна из них — нормирована к числу фотонов, а вторая к мощности излучателя, что в обсуждаемой статье даже не упомянуто. Уважаемый автор приводит кривую нормированную по числу фотонов, но не указывает этого и в дальнейшем не использует её, а использует кривую чувствительности глаза человека. Но, простите, причем здесь тогда фотосинтез? Либо не использовать никакую кривую и считать все фотоны равнозначными либо использовать ту, которая соответствует изучаемому процессу! Индекс цветопередачи же — это вообще некий виртуальный показатель, который говорит — на сколько точно будут переданы цвета (фотографии, ткани и т.п.) при освещении их данным источником света. Т.е. тоже никакого отношения к фотосинтезу не имеет. Т.е. приведенная формула является слишком грубым приближением чтобы оценить реальное качество источников со сложным спектром излучения!
Дальше-больше! Я проверил расчетные значения ФАР в мкмоль/дж, которые автор приводит в таблице с помощью приведенной им же формулы и получилось вообще черте что:
Цифры вообще не те и отличаются в разы от приведенных. Неужели автор не проверял свои же данные для статьи? Это меня никак не устроило и я сделал расчет как положено — без странных формул с не понятно откуда взятыми коэффициентами и параметрами, относящимися к другой области применения.
Для начала цифруем картинки всевозможных графиков и загоняем их в табличный процессор. Оп!
Затем делаем так. Сначала рассчитаем коэффициент фотосинтетической активности для каждого источника. Для этого для выбранного источника умножаем мощность излучения на каждой длине волны на число из графика McCree, для той же длины волны. Затем подсчитываем интеграл (сумму) мощности для исходного графика и результата перемножения. Делим второе на первое — получаем коэффициент, означающий эффективную долю излучения для данного источника (ту, которая примет участие в фотосинтезе):
Вот, уже можно сделать предварительные выводы!
1. ДНаТ — это супер для освещения растений! Эффективность его спектра достигает 79% и это для лампы, которую первоначально проектировали в общем-то не для этого, а для освещения автомагистралей и промышленных объектов.
2. Фитолампы не смотря на „специальный“ спектр не превосходят обычные белые светодиоды с цветовой температурой 4000К и не сильно лучше „холодно-белых“ 6000К.
3. Светодиоды красного (обычного) и дальнего красного вообще вне конкуренции.
4. Получается, что если хочется выжать всё из каждого ватта освещения, нужно брать обычные красные светодиоды (излучатели дальнего красного — почти в 2 раза дороже), а если хочется сэкономить в цене аппаратуры — нужно брать белые светодиоды.
Но, как я уже сказал, выводы эти предварительные и основаны только на оценке эффективности спекра источников, без учета их кпд и некоторых других моментов. Поэтому разбираемся дальше.
Что же будет, если учесть КПД источников? Данные о КПД взяты частично из статьи iva2000, а по красным светодиодам я точных данных не нашел, но в старых моих записях по данным литературы были числа меньше чем для синих светодиодов, т.к. в последнее время всё развитие технологии было направлено именно на светодиоды синего свечения, а другие оставались в хвосте прогресса.
По большому счету их цифры взяты наобум, но они в данном случае не играют основную роль, поэтому хватит об этом. И если кто-то сообщит более достоверные данные, я буду только благодарен.
Вот тут-то расстановка сил уже меняется!
Оказывается, светодиоды с CCT 4000К лучше даже ДНаТ! Причем, если для 1000 Ваттной лампы преимущество это не существенное, то для натриевых ламп малой мощности (100Вт) преимущество уже достигает 2,4 крат! А фитолампа — бесполезная трата денег — она уступает обычным белым светодиодам на 25%! Вот тебе и фитолампа!
И чтобы уже всё сделать предельно точно, считаем на фотоны по формуле:
Где h- постоянная Планка, c — скорость света.
Но число фотонов нам не нужно, поэтому чтобы перевести все в моли, делим всё на число Авогадро и умножаем на миллион для представления в микромолях.
Вот теперь можно сделать окончательные выводы:
1. ДНаТ имеет сравнимую эффективность только при использовании ламп большой мощности (600-1000Вт). Если Вы хозяин крупного тепличного хозяйства, то по совокупности эксплуатационных характеристик лампы на киловатт — Ваш выбор! Затраты на установку освещения и замену ламп будут существенно ниже, а затраты на электроэнергию приблизительно одинаковы со светодиодами. Малое количество синих лучей в спектре ламп компенсируется наоборот высоким их количеством в естественном свете, особенно зимой (цветовая температура неба достигает 15000К!) — это как раз ситуация с теплицами, когда досветка включается утром и вечером, а днем используется естественное освещение.
2. Наиболее эффективны светодиоды с цветовой температурой 4000К. 100 Ваттная светодиодная лампа дает на 43% больше фитоактивного излучения чем лампа ДНаТ той же мощности! Цена, как ни странно, тоже на стороне светодиодов — цена лампы ДНаЗ на момент написания статьи — чуть больше 1000р., в то время как светодиоды с той же мощностью на алиэкспрессе идут за 360р. (в исполнении COB — много чипов на одной подложке)! Это еще не считая балласта в обоих случаях. Если вы растите зелень на подоконнике или в гроубоксе, то белые светодиоды — вне всякой конкуренции. Достаточно один раз купить хорошие светодиоды и их обвязку и вы обеспечены отличным экономичным освещением на годы.
3. Фитолампы. Я изначально был другого мнения, но основываясь на данных о практическом использовании белых светодиодов из статьи iva2000, подтвержденных теперь собственным исследованием приходится констатировать, что они не дают никакого преимущества по энергоэффективности или по качеству выращенных растений, а всё с точностью до наоборот! Скрипач не нужен!
* Небольшое пояснение по фигурировавшим в таблицах комбинациям белых светодиодов с красными. Я для интереса рассмотрел вариант освещения, когда в дополнение к белым светодиодам дополнительно устанавливаются обычные красные или специальные с дальним красным спектром свечения (в пропорции 3:1 по мощности). Это бывает необходимо для стимуляции цветения. Если вы разводите цветочки или землянику или другие растения, у которых цветение или плодообразование является основной целью, это может быть оправдано. Если вы растите салат и петрушку, то вряд ли стоит заморачиваться — красные светодиоды дороже белых раза в 2,5, а специальные „фито“ с дальним красным — в 4 раза! Если цель — нарастить зеленой массы за минимальные деньги, лучше взять еще один или даже два белых светодиода — будет лучше и дешевле! Только не стоит загонять бедные диоды в гроб — зная любовь китайских товарищей к завышению параметров, нужно следить, чтобы при работе основание светодиодов грелось как можно меньше — позаботиться об эффективном теплоотводе и ограничивать рабочий ток. Лучше купить на 20% больше диодов и пустить на них на 20% меньший ток и таким образом в разы увеличить их время жизни, чем навалить на полную катушку и через год получить 50% первоначального светового потока и половину нерабочих корпусов!
В целом нельзя не отметить, что революция в малом растениеводстве свершилась и это не может не радовать! Ко мне сейчас едут несколько мощных светодиодов и если со свободным временем всё сложится, то в продолжении будет практический результат в дополнении к этой сугубо теоретической части.
PS: Друзья! Большое спасибо за положительную оценку моей небольшой, но я очень надеюсь полезной для всех работы! Мне интересно пообщаться на эту тему и ответить на все вопросы, по ней, в рамках объема моих знаний. Так что не стесняйтесь — заходите в обсуждение. Особенно приветствуются дополнения и ссылки на другую информацию, которые могли бы восполнить возможные пробелы в этом материале!
Источник
Вся правда о светодиодных фитолампах
Вот уже несколько месяцев я занимаюсь светодиодными фитолампами. Скажу честно – это было трудно, т.к. все приходилось изучать самому, информации очень мало, тема еще слишком новая. Правда мне помог один технический специалист по свету. Теперь самая пока изложить Вам всю правду и развеять мифы, бытующие на форумах. Для удобства постараюсь разбить всю информацию и мысли на пункты:
Видео о практике использования фитоламп для выращивания растений:
1) Форумы и демагогия. Больше всего меня удивило общение на форумах. Там 90-95% людей которые даже светодиоды не пробовали, пытаются что-то утверждать (что они лучше или хуже), реально людей, кто пробовал, было несколько человек. Все остальное – пустой треп, теоретические доводы, заблуждения, флуд… Вывод пока такой: не хотите запутаться и получить дезинформацию – не читайте форумы. Например, многие думают, что можно люксометром сравнивать разные типы ламп на предмет эффективности для досветки растений. Нет! Люксометром можно сравнивать только одинаковые типы ламп и больше для других целей. Он не дает представления о спектральном свойстве света от фитолампы! Ох уж эти форумы… Реально понимающих людей и тех, кто хоть что-то пробовал, там почти нет! Кстати, однажды все-таки встретил отчет с фото, семьи которая пробовала светодиоды, результаты были средние, но проблема в том, что им за весомую сумму продали дешевые светодиоды малой мощности и не того класса. Короче, их продавцы обманули. Такие как у них были – надо было ставить вплотную к растениям.
Видео обзор о фитолампах и их производителях:
2) Китай или? Профессиональные американские или европейские фитолампы, у нас пока не доступны (и стоят они бешеных денег, просто не реальных), а те что есть – это китайские, выдаваемые под европейскими брендами. Поэтому смело покупайте китайские, и не переплачивайте за обман продавцов и дистрибуторов. У китайцев сейчас уже более пятидесяти фабрик, специализирующихся на теме фитосвета. И многие делают это очень хорошо. А как выбрать и на что смотреть – Вы будете знать, дочитав до конца эту статью. Светодиоды все равно у всех преимущественно сделанные в Китае! (а светильники можно собирать хоть в Подмосковье). Но отечественные пока не советую – дело в том, что те, которые я видел, были очень слабые по характеристикам, а выдавали их как «супер пупер». Или так же встречал под видом «наших» самые дешевые китайские, но уже с хорошей наценкой. Короче, развод покупателя.
3) ДНаТ или LED? Скажу коротко. Они очень близки по положительному эффекту для растений. ДНаТ хорош для роста, но опасен (сильный нагрев, большие токи), у моего друга ДНаТ взорвался за спиной (хорошо, что за спиной) и я вытаскивал мельчайшие осколки из его спины минут тридцать. Меня лично в ДНаТ и подобных больше всего удручает сложность установки (много требований, как это делать по уму – новичкам тяжело будет все учесть), наличие дополнительного оборудования и потерь, пожароопасность. В итоге по моим данным светодиоды будут на 30 – 50 % эффективнее в целом (опять же, если брать правильные фитолампы и ставить как нужно, а не как в голову придет). Светодиоды безопаснее и проще как ни крути (всегда боюсь пожала, когда техника работает долго и без присмотра).
4) А почему вообще светодиоды? Тут можно почитать теории, но найти ее сложно, мне пришлось даже посидеть с переводчиками и почитать доклады зарубежных ученых (наших спецов в этой области я не нашел). Резюмирую главное, что стоит запомнить и принять: А) растения воспринимают свет в диапазоне длины волны от 400 до 700 нм. Б) Есть два участка длин волн, на которых рост наиболее восприимчив: 420-470 и 620-670 н.м. В) Красный свет в диапазоне 620-670 (даже больше 660 н.м.) почти в 1,5 раза более эффективен, чем синий диапазон. Но стоит понимать, что это в рамках универсальности. Иногда некоторым растениям на разных стадиях приоритеты меняются. Г) Интенсивность фотосинтеза выше в красном диапазоне, т.к. она пропорциональна числу квантов (а не энергии). Число квантов на Ватт в красном свете попросту больше!
В итоге мы имеем такие данные. А что светодиоды? Да все дело в том, что светодиоды можно создавать с очень определенными свойствами излучения и узким диапазоном, тратя драгоценную энергию именно на тот спектр, который дает наибольший эффект для растения! Это главное преимущество, на котором основаны светодиодные фитолампы. Все остальные преимущества светодиодов давно известны.
5) Дешевые светодиоды. Характеристики светодиодов очень различны. Не буду вдаваться в мелочи, расскажу суть. Лучше один мощный светодиод, чем 100 дешевых маломощных с сомнительными характеристиками! Запомните это. Бывают, конечно, случаи, когда удобно использовать не очень мощные, например, если Вы делаете установку выращивания с лотками и полками низкой высоты, тогда лучше использовать менее мощные, но распределенные по большей площади светодиоды. В хороших светодиодных фитолампах (светильниках) светодиоды должны быть номинальной мощностью от 1 до 5 Вт. И правило: дорогие хорошие светодиоды имеют более высокий КПД для Вас и вашего растения (и по энергоэкономии и по воздействию на растение).
6) Самодельные фитосветильники из светодиодов. Конечно можно взять и купить детали самому, взять в руки инструмент и сделать светильник. Но есть множество подводных камней, из-за которых 99% пробующих останутся недовольны результатом…
1. Хорошие светодиоды можно купить редко и у специализированных компаний, а не на развалах или интернет-магазинах барахла по рублю!
2. Светодиодам нужен драйвер управления. От его работы будет зависеть очень многое. Так вот с этими драйверами проблемы на рынке. Дешевых точно не найдете. Мой приятель делает лампы для авто и в итоге был вынужден собирать драйвера сам!
3. Конструкция и охлаждение. Опять обращусь к опыту моего приятеля: приходится фрезеровать самому радиаторы и ОЧЕНЬ много проблем у него было из-за «горения» светодиодов, связанного с неправильной работой системы охлаждения. Во многих светодиодах очень плохие подложки охлаждения и получить от них хороший результат иногда невозможно – будет перегрев и будут гореть и драйвера и светодиоды. Этим нужно заниматься в комплексе и выбирать светодиоды очень досконально. На это уйдет очень много времени в кустарных условиях.
В итоге с Китаем Вы все равно не сможете конкурировать. Заниматься этим есть смысл, только если специализироваться в этой области и делать все в коммерческих масштабах.
7) Какие параметры важны? На что смотреть при покупке? А вот что на самом деле важно: характеристики PAR и система охлаждения светодиодной фитолампы! Про систему охлаждения расскажу ниже. А что такое PAR, если по-простому и понятным языком? Это значение показывает нам как раз эффективность энергетики лампы в процессе роста растения (фотосинтеза). Как много нужного нам «микро моль» даст определенная лампа на определенной дистанции от растения. Меряется это значение специальным прибором – спектрорадиографом (а никаким не люкс-метром!)! Большинство производителей ламп старого типа (классических), которые привыкли ставить для растений, даже не предоставляют данные о значении PAR. Делайте выводы! (например, у многих профессиональных заводов в Китае, делающих лампы для растений – они есть).
8) Качество и долговечность. Качество, конечно, у всех разное. Я сейчас как раз тестирую множество образцов китайского прома. Одни хочется выбросить сразу, другие хоть как эталон продавай! Ждите обзоров и тестов. Или пишите мне, подскажу, что смогу. А долговечность ламп со светодиодами во многом зависит от того, как сделана система охлаждения. Светодиод хоть и выделяет не столько тепла, как другие типы ламп, но все равно выделяет и очень концентрированно (т.к. он сам очень маленький). В итоге должны быть достойные радиаторы и отвод тепла. В лампочках под цоколь Е27 должен быть хороший алюминиевый радиатор (внешний). А в модулях встроены в добавок вентиляторы! Как проверить хороша ли лампа или нет – после нескольких часов работы померить ее температуру. Чем ниже температура на корпусе радиатора или лампы – тем лучше. В нормальном режиме она в пределах 60С. Если за 100С – эта лампа долго не прослужит (не 50 000 – 100 000 часов точно, а меньше).
9) Какие реально плюсы у светодиодов? Коротко подведу итог, какие плюсы я получил для себя:
— безопасность;
— экономичность;
— эффективность в удобном корпусе;
— долговечность;
Надеюсь теперь Вы знаете больше и лучше будете ориентироваться в светодиодном фитосвете. В любом случае – если остались вопросы или возражения, пишите и звоните мне, буду рад!
Источник
