Автор: Статья расскажет о глубинных принципах действия фитосвета и света в целом на растение. Все указанные материалы основаны на логическом подходе и опираются на физические явления и факты. Разберёмся в отличиях действия фитосветильников малинового и естественного свечения.
Всё чаще, прогуливаясь по улочкам вечерних городов, то тут, то там можно заметить окна с «малиновой» подсветкой. Ассоциации она вызывает разные: «ночной клуб» — подумают одни, «кальянная» — другие, и действительно, отражаясь в пушистом снегу или обширных свежих лужах такой свет бросается в глаза и навевает образы из фильмов и произведений о бурной ночной жизни азиатской культуры.
Знающие же люди сразу отметят, что живет там любитель цветов, огорода, дачной жизни.
И действительно, для многих не секрет, что в последние несколько лет в информационное пространство активно продвигается специальное светодиодное освещение для выращивания растений, все больше вытесняющее традиционное ламповое.
Ко всему прочему, появилось новое явление – агросветильники «естественного» света.
В этой статье мы не будем считать количество светильников на квадратный метр грядки, а порассуждаем на тему эффективности такого света в целом и принципов его воздействия на растения. Надеемся данный материал поможет осознанно подойти к теме фитоосвещения и избежать множества банальных ошибок, положившись на рекламу или яркую коробку с изображением сочных плодов.
Сколько света нужно растению
Большинство растений в этом мире просто обожают свет, причем много света, ведь дневной свет очень мощный, он создаёт на поверхностях растений освещённость, которая, в свою очередь, измеряется в люксах (лк).
Так в солнечный, безоблачный день, специальный прибор – люксметр покажет в районе 30 000 люкс на листе, в пасмурный 1 000 — 2 000 люкс, тогда как норма освещённости в типовых помещениях, таких как офисы, порядка 300 – 500 люкс, а дома у большинства в 2 раза меньше. Разница колоссальная, именно поэтому, растениям в нашей стране, большая часть которой находится в зоне рискованного земледелия, особенно зимой, требуется дополнительная подсветка и это факт.
Решается этот вопрос разными способами:
В бытовых масштабах люди или просто оставляют всё как есть или переставляют растения в более светлые места. Более погружённые в тематику — ставят различные лампы. Аграрные предприятия же используют системы дополнительного освещения, одни из самых популярных источников света в таких установках являются натриевые лампы ДНаТ – хорошо знакомые многим в первую очередь по уличному освещению янтарного цвета.
В отличии от уличного освещения, где норма освещённости на дорожном полотне нормируется в районе 5-20 люкс, для выращивания растений нужно куда больше, о чем мы выше говорили, потому крупные агрокомплексы используют очень мощные системы освещения из ламп ДНаТ. Такие комплексы часто хорошо видно ночью из-за яркого янтарного зарева в небе.
В последнее время, с развитием светодиодной индустрии, все больше специализированных предприятий стали переходить на современные светодиодные системы подсветки, параллельно и частные садоводы и любители стали интересоваться тематикой подсветки рассады и цветов с помощью современных так называемых светодиодных «Фито-ламп».
Отражение и поглощение света
Естественный процесс освещения растений не так прост, как может показаться со стороны – ведь не спроста популярный фито-свет имеет тот самый малиновый оттенок. Попробуем расставить все по местам, но для этого придётся затронуть физические свойства света: его спектр, поглощение и отражение материалами.
Наш глаз – сложный оптический прибор, который служит для улавливания определённых длин волн, а как известно, свет — это электромагнитные волны разной длины. Каждая длина волны представляет собой определённую часть спектра, например, «короткие волны» образуют ту часть спектра, которую мы видим как сине-фиолетовую.
Немного покопавшись в памяти, можно вспомнить такое слово, как «ультрафиолетовый», где «ультра» условно говорит «короткие» или «высокие», в противовес в слове «инфракрасный» слови «Инфра» говорит о «длинной», «низкой» волне. Эти фрагменты расположены на противоположных концах видимого спектра.
В целом мы улавливаем и распознаём только очень малую часть спектра, но именно она представляется нам как свет и именно с ней в основном идет работа, когда говорят об осветительных приборах различного назначения, в частности фитолампах.
Вот так выглядит солнечный свет (видимая его часть):
Все цвета в видимой части приблизительно одной силы, кроме, пожалуй, жёлтой и голубой, (условно смотрим площади, занимаемые тем или иным цветом) – таким светом залит весь окружающий нас мир днем. И мы в своей жизни ориентируемся в первую очередь на цвета предметов именно под дневным солнечным светом, для нас это эталон. Напомним, что сложенные в один луч, эти цвета воспринимаются как белый, дневной свет, а самое интересное начинается, когда этот луч достигает какой-либо поверхности и начинается поглощение и отражение его частей.
А что же для нас этот самый цвет – не что иное как отражённые волны спектра, если проще: мы видим тот цвет, волны которого предмет отражает. Непрозрачная поверхность может либо отражать, либо поглощать свет, но большинство предметов делают и то и другое одновременно в разных соотношениях (например, 30% света поглощает, 70% отражает). Поверхностей, которые свет не отражают, практически не существует вокруг нас, но чем меньше поверхность отражает, тем более темной она нам кажется – так черный почти не отражает свет, а поглощает его.
Какими нам видятся растения? Подавляющим большинством – зелёными (по крайней мере большую часть времени своего развития). Это означает, что стебель и прочая зелёная масса растения отражает практически всю зелёную часть спектра и прилегающие к ней части голубого и желтого, остальное по большей части поглощается.
Наблюдение довольно интересное, заставляет задуматься, какого цвета был бы мир, если бы мы воспринимали не отражённый свет, а какие-либо другие сигналы.
На основе вышесказанного и появились в своё время специальные спектры классических светодиодных агроламп и агросветильников.
Как это работает?
Лампа накаливания
Классические источники света, такие как лампы накаливания работают по совершенно иному принципу, нежели светодиоды, а именно: электроэнергия тратится на нагрев спирали, и после достижения определённой температуры её материал начинает излучать свет (фактически похоже на принцип работы солнца, только очень камерно). В данном случае мы получаем свет от перегретого тела, а это вся видимая часть спектра, даже та, которую «зелень» отражает. При этом на нагрев как раз уходит большая часть электричества, можно сказать, что такая лампа в первую очередь нагревательный прибор, а уже потом источник света (свет в данном случае – побочное явление).
Лампа ДНаТ
Промышленные установки на лампах ДНаТ имеют несколько иной принцип работы: в лампе свечение исходит от газа, через который пропускают электричество. Оттенок света зависит от состава газа и давления внутри. Используемые смеси излучают не полный спектр свечения, который выглядит так:
В нем сильная жёлтая часть, но практически нет синей и красной областей, которые растение поглощает, потому такие установки берут мощностью, а это лишние затраты электроэнергии, тем более что лампы так же сильно греются, как и лампы накаливания, при этом света (хоть и не полноспектрального) испускают значительно больше. Существуют специальные разработки ламп ДНаТ АГРО, в которых спектр скорректирован, но даже он далёк от равномерных пиков светодиодов.
Опять же помимо ламп в таких системах часто используют принудительное охлаждение пространства, так как большая часть энергии таких ламп уходит в тепло, а промышленные вентиляторы так же затрачивают не мало электроэнергии. Конечно, тут многое зависит от региона и окружающей среды. Не стоит забывать и о потерях светового потока таких ламп при применении их в светильниках с отражателями – минимум 20% остаётся в светильнике, то есть уже не используется по назначению (свет из лампы выходит во все стороны, его необходимо собирать, в противном случае его большая часть уйдет в никуда). То самое жёлтое зарево над тепличными комплексами, или так называемое «световое загрязнение» не что иное, как потраченное на освещение воздуха электричество, часть из которого – просто свет, который не сфокусировали в нужном направлении, а часть – то самое отражение от поверхностей, в частности поверхностей листьев, непоглощаемая часть спектра.
Светодиодная система.
Фактически светодиодный агро-светильник декларирует следующее: зачем тратить питающую электроэнергию на ту часть спектра, которая все равно отражается, давайте перенаправим её лучше в части, которые поглощаются растением, а именно синие-фиолетовую и красную части. И как удачно, что именно светодиоды позволяют очень тонко управлять излучаемым спектром. В основе светодиода лежит кристалл, выращивание которого очень сложный технологический процесс, но суть в том, что меняя некоторые исходные настройки можно легко получить цвет свечения нужного диапазона. Сама технология в своей основе уже более энергоэффективна, в ней свет не побочное явление от нагрева, а запрограммированный процесс.
Комбинируя красные и синие светодиоды (либо используя светодиоды с двумя цветами кристаллов одновременно, либо специальную смесь люминофоров – существует несколько технологий) мы и получаем тот самый «идеальный» спектр, который необходим для роста, и тратим именно на этот спектр всю электроэнергию, питающую светильник.
Именно из-за этого светодиодные системы во много раз экономичнее традиционных. Добавим к этому ещё и надёжность светодиода относительно лампы и получим идеальную систему освещения.
Так ли идеален Агро свет?
Стоит отметить, что большинство считает, что, если вместо классической лампы поставить фитосветильник – растение сразу начнет более качественное развитие, и даже существуют различные эксперименты – сравнения вроде: Рассада под лампой накаливания против рассады под фитолампой.
И тут как раз стоит учитывать то, что выше мы разбирали. То есть фактически, меняя лампу накаливания на светодиодную фитолампу мы просто адаптируем затраты на электроэнергию, но не ускоряем рост. Для правильного сравнения нужно так же сравнивать энергоэффективности приборов – то есть сколько света НУЖНОГО спектра выдаст прибор за 1 Вт потраченной электроэнергии. Это вопрос сложный и редко кто-то берёт его в расчет, хотя для того, чтобы добиться желаемого результата необходимо подобрать актуальную мощность, а не только спектр.
Конечно, для условного «подоконника» можно не погружаться в суть и просто помня, что растения любят свет, устанавливать фитоосвещение максимально доступной мощности, вряд ли вы сможете переборщить с освещением рассады, приблизившись к показателю солнца. И ещё одна важная рекомендация – бытовые фитосветильники стоит устанавливать на небольшом расстоянии от листа – сантиметрах в 20ти, так облучение будет намного эффективнее.
Однако, когда речь заходит о серьёзных промышленных объектах, где все затраты строго регламентированы для выявления чистой прибыли предприятия, светодиодная фитосистема потребует грамотного проектирования, консультацией с аграриями и измерения показателей на уровне листьев, ведь на различных этапах роста различные культуры требуют разной интенсивности воздействия. От этих показателей и стоит исходить при принятии решения о количестве и мощности светильников и их расстоянии до растения.
Причем если говорить научными фактами и цифрами, на листе измеряется так называемая «фотосинтетически активная радиация» — именно она используется растениями для фотосинтеза, а не освещённость, о которой многие говорят при проектировании бытового или промышленного освещения.
И действительно, пытаться описать освещённость малинового света в сравнении с обычным офисным довольно сложно, так как наш глаз воспринимает части спектра весьма специфически в сравнении с привычным полноспректральным светом. Например, может показаться, что малиновый свет тусклый, в то время как на самом деле освещённости он выдаёт больше или сравнимо. Именно поэтому, когда речь заходит об освещённости в помещениях с помощью классических источников света, принято измерять её в Люксах (Лк), говоря же про эффект фитосвета, измеряют его уже в микромолях (µмоль) и правильнее было бы называть такой прибор не «светильником», а «облучателем».
Фитосветильники «естественного света»
В последнее время наряду со светильниками малинового свечения слали появляться фитосветильники нового типа – естественного света. Что же это такое и чем они отличаются от обычных светодиодных бытовых светильников, ведь и у тех и других свет выглядит обычным белым. Чаще всего, невооружённым глазом можно отметить наличие вкроплений красных или малиновых светодиодов в ряду классических белых. Именно таким нехитрым способом в «белый» свет добавляется та самая искомая «красная» часть.
Сравним 2 спектра, первый – классический спектр условно любого недорогого офисного или бытового светильника с цветовой температурой 6500К :
Второй – фитосветильник естественного света:
Как видим, спектры светильников похожи друг на друга, однако у «Фитосветильника» более выраженные области (площади) в синей и красной частях, а именно эти части спектра и считаются наиболее поглощаемыми растениями. Зачем же нужна центральная, жёлто-зелёная часть, если в Агро-светильниках её так старательно вырезали?
Можно обозначить 2 причины:
- Самая простая – Малиновый свет не слишком приятный для постоянного нахождения человека, так же он сильно искажает цвета, фактически, делая растения просто серыми для нашего глаза, так как отражать нечего. То есть если растение является частью интерьера или дизайна, то классический агро-светильник конечно не подойдет. Надо понимать, что та самая энергоэффективность, за которую мы боролись, при добавлении зелёной части так же снизится, так как часть электроэнергии все же пойдет на неё.
- Вторая причина более сложная. Безусловно, ценность некоторых растений в зелёной массе, и для таких образчиков данный пункт не актуален, однако, достаточно часто растения содержат не столько ради зелени, сколько ради плодов и цветов. И тут стоит опять вспомнить свойства отражения разных материалов, так, плоды и цветы обычно отличаются цветом от стебля (фактически другой материал), что говорит нам о поглощении совершенно других частей спектра на поздних этапах развития растения. То есть фактически, на этапе цветения и плодоношения классического «малинового» фитосветильника становится мало и требуется дополнительное освещение уже полноспектральным светом.
Исходя из данного подхода можно отметить, что, если фитосветильника «естественного света» под рукой нет, для выращивания вполне сгодится комбинация из двух источников – теплого (3000К) и холодного (6500К), так как мы получим неплохие пики в обеих полезных для растения частях спектра, правда ещё и завышенную, не самую необходимую жёлто-зелёную часть. В фитосветильниках, однако, баланс и величина частей спектра все равно более подходящие.
Светильники с RA 98
Интересный факт: в данное время у разных производителей периодически появляются те или иные светильники и лампы, которые позиционируются как светильники естественного, натурального, солнечного света с прекрасной цветопередачей, приближенной к дневной. Цветопередача осветительного устройства – одна из главных характеристик, про которую многие на задумываются, обозначается она как RA или СRI и у светодиодных светильников основного освещения лежит в диапазоне от 70 до 98, для сравнения у тех же ламп ДНаТ порядка 20-30 (вы наверное замечали, прогуливаясь по улицам освещённым такими светильниками невозможно адекватно оценить цвета одежды и предметов вокруг – все кажется желтым). Эталон – 100 (солнечный свет).
За индекс цветопередачи как раз отвечает полнота спектра светильника, а основная проблема светодиодных светильников общего освещения – очень малая «красная» часть спектра, благодаря структуре классического светодиода «белого света», отличающегося от фитодиода (или группы диодов). Этот свет создаётся здесь благодаря тому, что синий свет от кристалла (а именно так светит сердце светодиода, благодаря сапфировой основе) проходит сквозь жёлтый люминофор (в составе заливки светодиода). Таким образом получаются оттенки света, близкие к белому, но красной составляющей тут минимум – красный в лабораторных показаниях обычно обозначается как R9 и на него часто обращают внимание, когда говорят о высоком качестве света (чем он больше, тем обычно лучше – светодиод становится полноспектральным).
Добавить красный оттенок при таком строении достаточно трудно, потому приборы с CRA 98+ обычно стоят дороже своих собратьев, но и спектр у них гораздо ближе к солнечному.
Посмотрев на данный график и сравнив его с графиком «фитосветильника естественного света» можно заметить много общего, за исключением не сильно выраженной «синей» части спектра. Данный факт свидетельствует о том, что светильники с CRI (RA) близким к 98 так же неплохо будут справляться с функцией фитосветильников, особенно на этапе цветения и плодоношения растений.
Сделаем выводы
— Эффективен ли светодиодный свет при выращивании?
— Определённо энергоэффективен – деньги экономит, однако в науке довольно много «белых пятен» и не факт, что у растений нет ещё каких-либо физических процессов, которые затрагивают, казалось бы, отражаемые части спектра, но эта тема отдельных изысканий.
— Можно ли поменять 1 в 1 светильники ламповые на светильники светодиодные АГРО в надежде на улучшение роста?
— Нет, данный процесс требует серьёзных инженерных изысканий, однако, если вы просто выращиваете рассаду, совет простой – чем мощнее (и ближе к листьям), тем лучше, переборщить сложно.
— На всех ли этапах роста эффективен «малиновый» спектр?
— Если культура полностью зелёная, то да, если предполагаются цветы или плоды, то необходимо комбинировать, добавляя зелёно-желтую часть на этапе цветения и плодоношения (практически любым бытовым светильником).
— Агросветильники «естественного» света, на сколько они рабочие?
— Главное обращать внимание на пики в спектре, должны быть ярко выражены синяя и красная части, в противном случае вы получите обычный светильник под видом АГРО.
Следуя рассмотренным нехитрым подходам дома, либо обращаясь к грамотным специалистам при проектировании агрокомплекса, можно смело рассчитывать на успех своего дела, и получать заметный положительный результат. Причем та самая, идеальная система у каждого будет с индивидуальными параметрами и собрана из разных устройств в зависимости от Ваших потребностей.
Самые сложные системы фитоосвещения содержат отдельные светодиоды всех частей спектра, мощность которых независимо друг от друга регулирует автоматика или квалифицированный специалист исходя из потребностей той или иной культуры на отдельных этапах её роста и развития, однако это совсем другая тема.
