Часть 6
Часть 1/ Часть 2 / Часть 3 / Часть 4 / Часть 5
7. Выбор параметров фитосвета
Результаты радуют, однако, при длительном выращивании растений под светодиодами, те, кто уже дольше использовал светодиодные осветительные системы, указывают на то, что могут возникать проблемы со спектральным перекосом света. Сейчас набирает обороты выпуск всевозможных специализированных фитосветодиодов. Первая категория – это набор различных светодиодов с кристаллами, излучающими одну конкретную длину волны света. Вторая категория – это светодиоды с синим излучающим кристаллом, который покрыт специальным люминофором. Он преобразует спектр из синего света с длиной волны 455 нм в различные вариации «полного» или «широкого» спектра (Full Spectrum). В первом случае подбор спектра длин волн делается на своё усмотрение исходя из потребностей растений, условий их природных мест произрастания и нашего вкуса. Во втором – производители сами используют различные подходы в спектральном распределении пиков плотности солнечного света.
Много споров об эффективности специальных фитосветодиодов, вплоть до мнения о полном нивелировании эффекта от их применения, и использования вместо них обычных светодиодов белого света. Детальнее об этом можно почитать в статье Антона Шаракшанэ «Освещение растений белыми светодиодами», открывшей для меня много нового, и подтвердившей многие мои догадки и наблюдения.
В последнее время среди биологов установилась точка зрения, которая говорит о том, что растения используют весь видимый спектр в своей жизнедеятельности, но в разной степени. Конечно, самые потребляемые длины волн – это красные и синие. Но остальные части спектра очень сильно влияют на гормональную регуляцию, например – в течении суток. Известно, что спектральный состав солнечного света очень сильно меняется в течении дня. Именно это и служит одним из регуляторов различных циклических процессов растений.
На приведённом ниже графике можно увидеть, что ни на каком из участков видимого спектра солнечной радиации, который поглощается растениями, нет абсолютных провалов. Любые длины волн используются растениями: одни больше, другие – меньше.
График активности фотобиологических процессов при поглощении растениями различных длин волн солнечного света
При этом на графике не отображена активность поглощения света различными вспомогательными фотосинтезирующими пигментами хлорофилла. Они хоть и менее эффективны по результирующим количественным показателям, но зато активны в самых различных частях спектра солнечного света, в том числе – и в зелёной части. К примеру, у всех каротиноидов максимум поглощения солнечного света приходится как раз на зелёную часть спектра.
В итоге обычный белый светодиод производит только порядка на 20% меньше полезного для растения света, по сравнению со специализированными светодиодами.
Однако, возможно, изыски новых оптимальных спектральных распределений у специализированных фитосветодиодов всё же смогут в будущем ощутимо решить проблему эффективного, сбалансированного и достаточного органичного освещения наших растений для их полноценного роста, развития красивого габитуса и цветения, но пока ещё цена на них на порядок-два выше обычных светодиодов белого света без достаточных гарантий их эффективности.
8. Технические аспекты выбора светодиодов
Параметры светодиодов – это первое, что нам приходится выбирать при построении светодиодного светильника. И кроме спектральных характеристик светодиодов, нам приходится решать проблему выбора мощности светодиодов, из которых будет состоять светильник.
Наиболее часто используемые светодиоды – это светодиоды мощностью 1 и 3 Ватта, реже используется мощность полватта (0,5 Ватт).
И одноваттный, и трехваттный светодиод чаще всего имеют один и тот же излучающий кристалл. Это, по сути, один и тот же светодиод, предназначенный для работы в двух мощностных режимах. Если на него подать ток 300…350 мА – он будет работать в одноваттном режиме, если же подать ток 600…700 мА – в трехваттном режиме. В остальных светодиодах – чем меньший ток подаётся на кристалл, тем меньший размер кристалла используется, поэтому для полуваттного светодиода уже используют меньший кристалл. Нюанс – при работе на одном и том же токе, уменьшение размера кристалла приводит к падению его коэффициента полезного действия: уменьшается световой поток, и увеличивается количество выделяемого тепла.
Но основная КПД-зависимость выражается в том, что в одноваттном режиме светодиод будет потреблять 1 Ватт, и давать 100 люмен, а в трехваттном режиме потреблять 3 Ватта, и давать 200 люмен. То есть эффективность трехваттного режима в полтора раза ниже. Грубо говоря, в трехваттном режиме энергия, которая могла бы потратиться на оставшиеся 100 люмен, просто превращается в излишнее тепло, дополнительно создавая проблемы по его отводу. Эту зависимость светоотдачи от тока, проходящего через светодиод, наглядно показал Александр Порошин в своей лабораторной работе, и описал в статье «Про диоды 1W LED Bulbs High power» на примере обычного светодиода белого света.
Однако, при этом как раз чаще используют трехваттный режим, потому как это позволяет сэкономить количество светодиодов, и получить больший световой поток на меньшей площади. Это разумно для качественных светодиодов, в которых вы уверенны. А в случае дешёвых китайских светодиодов, если наоборот – использовать полуваттный режим, можно не только повысить КПД работы светодиода, но и, учитывая «экономичность производства» китайских светодиодов, в которые ставят излучающие кристаллы с размером меньшим заявленного, можно также оградить светодиод от перегрузок и перегрева, и тем самым продлить время его службы.
Нужно так же понимать, что при всей экономичности светодиодного светильника, большая часть электроэнергии всё же идёт на нагрев: современные светодиоды обладают КПД порядка 30…40%, то есть в среднем 60…70% потребляемой мощности преобразуется в тепло! У других источников света этот показатель конечно ещё хуже. Ещё никто не придумал (и сомневаюсь, что придумает) источник света с КПД 100%, или даже 95%…98%…
То, что светодиоды “не греются” (не ощущается тепло руками) так сильно как другие источники света, еще не означает, что всё электричество превращается в свет. Просто человек наибольшую часть информации воспринимает глазами. То, что он видит глазами – многократно чувствительней того, что он может почувствовать руками. Если бы мы могли видеть инфракрасное излучение (тепло) светодиода (или тем более – другого менее экономичного источника излучений), то оно бы с лихвой перекрыло видимую часть спектра! Видимый свет был бы тусклым в сравнении с теплом.
В моём светильнике измеренная температура на уровне горшков составила 28…30ºС, температура радиатора, замеренная электронным контактным кулинарным термометром – в среднем 45ºС, что более чем приемлемо, так как рабочая температура большинства светодиодов для их надёжной (без искажения спектра излучаемого света) и продолжительной работы должна быть не более 60ºС. При этом, как я уже упоминал, охлаждение светильника – только пассивное воздушное, в полностью закрытой тепличке.
Продолжение следует