Fények fedett kertnek: nátrium vagy fénycső?

A fotoszintézis során a klorofill elnyeli a fénysugárzás energiáját, és felhasználja azt szénhidrátok szintéziséhez szén-dioxidból és vízből.

A klorofill zöld pigment, amely megtalálható a zöld növényekben, cianobaktériumokban és egyes algákban. A klorofill a fotoszintetikus pigmentek közé tartozik a fikobilinekkel és karotinoidokkal együtt, amelyek azonban más színűek, és a látható fénysugárzás spektrumának eltérő részéből nyelik el az energiát. A klorofill azért zöld, mert elnyeli a fényspektrum kék és vörös részét, a többit pedig visszaveri. Így zöldnek látjuk, és ez adja az alapvető színt minden fotoszintetizáló növénynek.

2. ábra: A klorofill a és b abszorpciós spektruma

A fotoszintézisben több klorofillfajta vesz részt, a növényeknél a legismertebbek az A és B. A fotoszintézisben részt vevő további pigmentek a karotinoidok (ezek fontos szerepet játszanak a növény fény felé történő mozgásában is). A klorofillok elnyelik a vörös (660 nm) és kék (440 nm) színű hullámhosszakat. A zöld-sárga a klorofill zöld színe miatt kihasználatlan marad, mivel a klorofill visszaveri.

A fotoszintézis maximális hatékonysága a vörös és kék sugárzás tartományában van. Ezt a hatásspektrumot egyes fényforrás-gyártók felhasználták speciális lineáris vagy kompakt fénycsövek és kisülőlámpák kifejlesztésére és gyártására, amelyek növények megvilágítására szolgálnak. Ezeknek a fénycsöveknek a spektrumában erősen elnyomott a zöld-sárga tartomány, így a kibocsátott fény lilás színű, és nagy hatékonysággal járul hozzá a fotoszintézishez.

A kék fény funkciója

A fotoszintézisen kívül a növény a kék fényt fototropizmusra használja – a növény megfelelően elosztja a növekedési hormonokat, és így alakítja formáját ennek a sugárzásnak az intenzitásához és irányához, hogy hatékonyan kihasználja a sugárzást. Továbbá a kék sugárzás szerint történik a sztómák nyitása is.

A vörös fény hatása

Ezt a tartományt a növény mind a fotoszintézishez, mind a szár megnyúlásához használja (nyúlás a nap felé). Itt a növény a 660 (red)/735(far red) nm hullámhosszú sugárzás intenzitásának arányát használja ki. A klorofill abszorpciós görbéjéből (1. ábra) látható, hogy a növény okosan kihasználja ennek a görbének az éles határát. Ha a növény egy másik növény árnyékában van, akkor az árnyékot adó növény klorofillja által elnyelt red sugárzás miatt minimális vörös (red) sugárzás, de elegendő infravörös (far red) sugárzás éri a növényt, és a növény elkezd megnyúlni. Még ha a növény elegendő mesterséges megvilágítást kap is, és a far red dominál, a növény "kinyúlik" a magasba azt feltételezve, hogy árnyékban van. Fordított aránynál viszont a növény lassan nő a magasba. Ezért fontos, hogy ezeknek a sugárzási komponenseknek az aránya kiegyensúlyozott legyen (hasonlóan a napfényhez).

A mesterséges megvilágítást növényeknél olyan esetekben használják, amikor vagy hiányzik a természetes nappali fény, vagy kiegészítő megvilágításra van szükség. Például a téli hónapokban, amikor a nappali fény nem elegendő a növények kívánt növekedéséhez. Tehát a nappalok meghosszabbítására használják, hogy a növények megkapják a szükséges fényt. A fényhiány a növényeknél lelassítja növekedésüket és fejlődési zavarokat okoz, amelyek például túlzott megnyúlásban, a szár vékonyodásában, szabálytalan színeződésben stb. nyilvánulnak meg.

A növények növekedését támogató világítótestekkel végzett mesterséges megvilágítás bizonyítottan elősegíti azok helyes növekedését és fejlődését, segít meghosszabbítani a virágzási időt és növeli a termés hozamát. A mesterséges megvilágítás igyekszik a napfény spektrumához hasonló fényspektrumot biztosítani, vagy olyan spektrumot nyújtani, amely a termesztett növények igényeihez van igazítva. A természetes kültéri körülményeket különböző színekkel, hőmérsékletekkel és a mesterséges megvilágítás spektrális kimenetével, valamint a lámpák fényerejének intenzitásváltozásaival utánozzák. A termesztett növény fajtájától, a termesztési fázistól (pl. csírázási/vegetatív vagy virágzási/terméshozási fázis) és a növények által igényelt nappali és éjszakai időszak (fény és sötétség) hosszától függően meghatározott spektrumtartományok, fényhatékonyság és színhőmérséklet alkalmas a konkrét növényekkel és időszakokkal való használatra.

Források a növények beltéri megvilágításához

A beltéri növénytermesztéshez mesterséges megvilágítást kell használni, ami egy komplett rendszer, amely az elektromos energiát fénnyé alakítja.

A leggyakoribb megvilágítási típus a nagynyomású kisülőlámpák használata, amelyek működéséhez fojtótekercsre (előtétnek), valamint foglalatára és reflektorra van szükség.

Ugyanez szükséges a kompakt fénycső izzók alatt történő termesztéshez is, amelyeket általános nevükön fénycsöveknek vagy szakmai elnevezésükön CFL izzóknak nevezünk. Egyes CFL izzókhoz már be van építve az előtét a testükbe, így már csak egy foglalattal ellátott reflektorra lesz szükség.

Az utolsó változat a LED világítási modulok, amelyek komplett egységek és csak be kell dugni a konnektorba.

A mesterséges világítás választásakor számos mutatót figyelembe kell venni. A fényforrásoknak meg kell felelniük a növények igényeinek mind a megvilágítás intenzitása, mind a kibocsátott sugárzás spektrális összetétele szempontjából. A fény elsősorban energiaforrás a fotoszintézishez, amely biztosítja a növények növekedését. Ez, de a növények összes többi fotobiológiai folyamata is függ az elnyelt sugárzás hullámhosszától.

A spektrum szempontjából a termesztőt az fogja érdekelni, hogy a világítás zöld növényekhez vagy virágzó növényekhez van-e szánva. Ennek megfelelően választunk világítást vagy a növekedéshez, vagy a virágzáshoz, vagy mindkettőhöz.

A növények életjelenségeit nemcsak a fotoszintézis határozza meg, hanem más aktivitások is. Ezek az aktivitások lényegesen kevésbé energiaigényesek. Elsősorban a fotomorfogenézisről van szó, amely befolyásolja a növények alakjának és funkcionális szervei elrendezésének kialakulását, és főként a spektrum kék tartománya támogatja. Egyes, különösen trópusi vagy hegyi növényeknél ez az aktivitás az ultraibolya sugárzás területéig terjed. Kék fény hiányában a növények megnyúltak, a szár internódiumai távol vannak egymástól, a levelek kisebbek és világosabb színűek. További aktivitás a fototropizmus, amely befolyásolja a növények föld feletti és földalatti részeinek növekedési irányát (a föld feletti részek a fény felé fordulnak, a földalattiak ellenkező irányba). Minden virágzó növénynél nagy jelentősége van a fotoperiodizmusnak, amelyet különösen a spektrum hosszúhullámú része befolyásol (vörös és mélyvörös). Hatással van az indukciós folyamatokra, vagyis a rügyek kialakulására és a virágok fejlődésére. Egyes virágoknál a rügyek indukciója függ a nappal hosszától. A hosszú nappalos növények hosszú nappalokban virágoznak, a rövid nappalos növények éppen ellenkezőleg, rövid nappalokban.

Világítás beltéri termesztéshez

3. ábra: A LED lámpák mesterséges környezetet hoznak létre növények és zöldségek termesztéséhez, és a magas hatékonyságnak köszönhetően alig melegszik fel, ellentétben a hagyományos izzóval vagy halogén izzóval

Energiatakarékos lámpák vagy nátrium izzók?

Az energiatakarékos lámpák alacsony energiafogyasztást biztosítanak. A lámpák bekötése egyszerű. Az energiatakarékos lámpák fényspektruma a növekedéshez és virágzáshoz hasonló, mint a kisülő lámpáké. Az energiatakarékos lámpák alkalmasak olyan helyiségekbe, ahol probléma a felesleges hő, és lehetséges alacsonyra, a növények fölé körülbelül 30 cm-es magasságba akasztani őket.

A kisülőlámpák nem alkalmasak közvetlenül a hálózatba való csatlakoztatásra. A világítás összeállításához speciális előtét szükséges, amely megfelel a teljesítménynek, egy foglalat és megfelelő kábel. A kisülőlámpák lehetnek növekedési, virágzási vagy kombinált fényspektrumúak. Növekedési kisülőlámpák – kék és fehér fény. Virágzási kisülőlámpák – vörössárga fény. Kombinált kisülőlámpák – vörös, sárga és kék spektrum részaránya.

Lineáris fénycsövek – növekedéshez és gyökerezéshez

4. ábra: Lineáris fénycsövek

A lineáris fénycső egy hosszú üvegcső, amelynek végeit légmentesen lezáró foglalattal látták el, amelyen keresztül az elektródák kerülnek a csőbe. Belsejében higanygőz és argon keveréke található. A fénycsövek hideg kékesfehér vagy vörös fényt bocsátanak ki. A kékesfehér különösen alkalmas a növények növekedési fázisához. A növények gyökereztetésekor a termelők jó eredményeket érnek el a vörös fényt termelő fénycsövekkel. A fénycsövek használhatók palánták előnevelésére vagy fűszernövények termesztésére (például bazsalikom, metélőhagyma vagy petrezselyem). Mivel a lineáris fénycsövek gyengébb teljesítménnyel rendelkeznek, különösen az alacsonyabb növekedésű növényekhez megfelelőek. A nagyobbaknak esetleg nem lennének elegendőek.

Tulajdonságok:

- az elektromos energia fényenergiává való átalakításának magas hatásfoka, amely nagyfrekvenciás táplálás esetén eléri a 104 lm/W értéket, miközben az általános színvisszaadási index R_a akár 80-as értéket is elérhet,

- megfelelő geometriai paraméterek, amelyek lehetővé teszik anyagtakarékos lámpatestek tervezését egyszerű optikával, lehetőséggel összefüggő világító sávok vagy nagy felületek kialakítására,

- nagyon széles teljesítmény-választék 4-től körülbelül 200 W-ig,

- a kibocsátott fény színének nagyon széles választéka, amelyet a 2 700-tól 17 000 K-ig terjedő helyettesítő színhőmérséklet jellemez,

- speciális típusoknál R_a akár 98 is elérhető, nagyon jó fajlagos teljesítmény mellett,

- rendkívül produktív gyártósorok, amelyek kapacitása eléri a 4 000 db/h-t, a gyártási folyamat magas hatásfoka mellett; ebből következik a fénycsövek alapválasztékának tartósan alacsony ára,

- hosszú élettartam, amely egyes speciális típusoknál meghaladja a 20 000 órát, a fényáram jó stabilitása mellett az égés során

Kompakt fénycsövek (energiatakarékos lámpák) – kicsi és közepes növényekhez

5. ábra: Kompakt fénycső

A kompakt fénycsövek az általános hagyományos izzókhoz képest 60-80%-kal nagyobb energiahatékonysággal rendelkeznek. A kompakt fénycsövek átlagos élettartama több mint tízszer hosszabb, mint a hagyományos izzóké – a kompakt fénycső körülbelül 6 000-20 000 óra, a hagyományos izzó körülbelül 1 000 óra. A fogyasztók számára készült minőségi kompakt fénycsövek színvisszaadási indexe Ra > 80.

A kompakt fénycsöveket hagyományosan vegetatív, virágzási és duál spektrummal gyártják. Ezek az úgynevezett energiatakarékos lámpák 85W-tól 250W-ig terjedő teljesítménnyel rendelkeznek. A kompakt fénycsövek működése gyakorlatilag azonos a lineáris fénycsövek működésével, azzal a különbséggel, hogy a kompakt fénycsövek teljesítménye magasabb, mint a lineáris fénycsövek teljesítménye. A vegetatív spektrumú kompakt fénycsövek használhatók palánták előnevelésére, nem virágzó növények termesztésére vagy virágzó növények vegetatív fázisára. A virágzási spektrumú kompakt fénycsövek pedig használhatók a virágzó növények virágzási fázisában. A duál spektrumú kompakt fénycsövek minden növényfajta bármely fejlődési fázisában használhatók. Mivel az energiatakarékos lámpák kevesebb hőt bocsátanak ki, közvetlenül a növények csúcsaihoz közel is telepíthetők. Ezért kis vagy nehezen szellőztethető helyiségekben is alkalmazhatók.

Tulajdonságok:

- kisebb méret, mint a lineáris fénycsövek

- nagyobb teljesítmény adott térben, de kisebb fajlagos teljesítmény a lineáris fénycsövekhez képest
- a teljesítmény 5-től 55W-ig terjed

- a fénycsövek akár 80%-kal kisebb fogyasztással rendelkeznek azonos fénymennyiség mellett

- hatszor-tizenötször hosszabb élettartam, amely átlagosan 6000 órától akár 15000 óráig terjed

- számos típusban és formában gyártják

- kiváló színvisszaadás Ra80

Fluoreszcens fénycsövek

6. ábra: Fluoreszcens fénycsövek

A fluoreszcens fényforrás alapja az emberi szem számára láthatatlan ultraibolya fény, amely az elektromos áram inert gázon való áthaladása során keletkezik. Ez az ultraibolya fény reagál a fénycső belső falát borító speciális foszfor keverékkel. A láthatatlan fény így hasznosítható fehér fénnyé alakul. A fluoreszcens fényforrások speciális energiaforrást, úgynevezett előtétet igényelnek, amely szabályozza a fényforrás üzemi áramát és megfelelő feszültséget biztosít a kisülés meggyújtásához. Az elektronikus előtétek ugyanazt a funkciót töltik be, mint az elavult mágneses előtétek, de velük ellentétben nagyon nagy frekvencián működnek. Ezáltal megszűnik a zavaró villogás és zaj, ugyanakkor nő a teljesítmény. Az elektronikus előtéteket könnyebb úgy megtervezni, hogy stabilabb és hatékonyabb fényforrás-működést, fényerő-szabályozást és az egyes világítási elemek hálózaton belüli összekapcsolását tegyék lehetővé, így a világítás modern módon szabályozható.

A fénycső kiváló megoldás célszerű megvilágításra dolgozószobákban, otthoni irodákban és egyéb helyiségekben, ahol igazán erős fényre van szükség. Akár 20-szor tovább bírják, mint a hagyományos izzók, és akár 80%-kal alacsonyabb a fogyasztásuk.

Különböző méretű fénycsövek használhatók, a harminccentiméteres modellektől a két és fél méter hosszú változatokig, amelyek standard fluoreszcens lámpatestek­be illeszthetők. Ilyen megvilágítással szinte ugyanolyan ütemben lehet növényeket termeszteni pincében, kamrában vagy tetőtérben, mint kint nyár közepén. Tökéletesek a növekedési fázishoz. 18W, 36W és 54W teljesítményekben gyártják őket. Alacsony teljesítményük miatt inkább dugványok gyökereztetésére vagy a növények alsó részeinek átvilágítására alkalmasak mind a vegetatív, mind a virágzási fázisban. Bekapcsolásukhoz indítóra és fojtótekercsre is szükség van, azonban sokkal kisebb teljesítményűekre, mint az "energiatakarékos" égők esetében.

Technikai tulajdonságok

- alacsony nyomású higanygőz fénycsövek

- a fényforrás alacsony hőmérséklete lehetővé teszi, hogy a fénycsöveket szorosan a növények fölé helyezzük, megégés veszélye nélkül

- magas kezdeti fényteljesítmény

- használhatók hagyományos és nagyfrekvenciás előtétekkel

- teljesen újrahasznosítható fénycsövek, minden alkatrész felhasználható új fénycső gyártásához

- a foglalaton zöld folt jelzi, hogy a fénycső újrahasznosítható

LED lámpák - növényneveléshez

7. ábra: LED lámpa

A növénynevelést támogató LED lámpák elsősorban botanikus kertekben, növények nemesítéséhez kertészeti üvegházakban, beltéri növények megvilágításához stb. használhatók.

A LED-es termesztő lámpákat egy alapvető tulajdonság jellemzi. A félvezető alkatrészek keskeny sávú monokromatikus fényt tudnak kibocsátani. Különböző színű diódák kombinálásával és a teljesítmény szabályozásával tetszőleges fényspektrumot lehet keverni és dinamikusan változtatni. A fény minősége így az adott faj vagy fejlődési fázis igényeihez igazítható (vegetatív fázis, generatív fázis - virágzás indukciója). A legjobb mai automata és megfelelően drága, üvegházakba szánt rendszerek például a napkelte és napnyugta idején uralkodó fénysugarak színének utánzásával kényeztetik a termést. Egyszerű telepítés és kezelés, közvetlen csatlakoztatás 220-240V-os konnektorba. (Nincs szükség további elektromos táplálásra.) A lámpa közvetlenül a növények fölé helyezhető, egyáltalán nem bocsát ki meleg fényt vagy rezgést. Várható működési idő napi 10-18 óra.

Tulajdonságok:

- rendkívül hosszú élettartam - 100 000 óra (több mint 10 év megszakítás nélküli működés),

- alacsony teljesítményfelvétel,

- ellenálló rázkódásokkal, ütésekkel, rezgésekkel szemben,

- minimális hőleadás,

- szabályozott sugárzási jellemzők,

- nincs infravörös vagy ultraibolya sugárzás,

- hosszú élettartam és szinte nulla meghibásodás,

- az éves villamosenergia-fogyasztás elhanyagolható költsége,

- minimális, illetve nulla karbantartás,

- gyakori ki- és bekapcsolás lehetősége,

- magas ellenállóság a sérülésekkel és hideggel szemben,

- színgazdagság – fehér, piros, kék, sárga, zöld,

- a magas hatékonyságnak köszönhetően szinte nem melegszik fel.

Nátrium kisülőlámpák

8. ábra: Nátrium kisülőlámpa

A nátrium kisülőlámpák olyan fényforrások, amelyekben a fényt főként nátriumgőz sugározza ki 3-60 kPa közötti üzemi parciális nyomással. A kisülőlámpákat teljesítmény (70W, 100W, 150W, 400W, 600W stb.), spektrum - növekedési, virágzási vagy kombinált spektrum - és lumenszám szerint osztályozzák. A kisülőlámpák a hagyományos izzókhoz képest rendkívül gazdaságos működésűek, és méretükhöz képest extrém nagy mennyiségű sugárzást bocsátanak ki. A nátrium kisülőlámpák a higanygőz lámpákhoz képest kétszeres hatékonysággal alakítják át a villamos energiát fotoszintetikusan aktív sugárzási energiává. A tubuláris nátrium kisülőlámpák magas sugárzási teljesítményt (akár 150lm/W) kombinálnak olyan spektrális energiaelosztással, amely a legkedvezőbbnek tűnik a fedett kultúrák különböző típusai számára. A nátriumgőz nyomásának növelése a sugárzási fókuszban lehetővé teszi a spektrum bővítését a vörös és kék színben, valamint az ún. állandó hátteret a hullámhossz nagy tartományában. A kisülőlámpák nem alkalmasak közvetlen hálózati csatlakoztatásra - működtetésükhöz speciális előtét szükséges. A növekedési lámpák kék és fehér fényt, a virágzási lámpák vörös-sárga fényt sugároznak, a kombináltak pedig vörös, sárga fényt, és rendelkeznek bizonyos kék spektrummal is.

A nátrium kisülőlámpák alkalmasak üvegházak megvilágítására. Ideálisak kiegészítő megvilágításhoz a kertészetben, mert stimulálják a növények asszimilációját és növekedését. Ez különösen fontos vágott virágok, zöldségek, szobanövények és palánták termesztésénél. A kertészet számára ebből a következő előnyök adódnak: rövidebb termesztési idők, egészségesebb növények, a virágzási idő befolyásolása.

Tulajdonságok

- nagyon intenzív fény termelése

- nagy fajlagos teljesítmény lm/W

- magas élettartam

- stabil teljesítmény

- nagy mennyiségű hő termelése, ami további hűtőberendezés szükségességéhez vezet

- a fényforrás felmelegedése miatt ügyelni kell a fény és a növények csúcsai közötti távolságra

- magasabb villamosenergia-fogyasztás