Energieffektive belysningssystemer i veksthus Karl-Johan Bergstrand NMBU, Ås SLU, Alnarp, Sverige Agurkdag, Mære, 2015-09-09
Å måle lysstyrke Lux-basert på mennskens uppfattelse µmol/m 2 /s -absolut tall basert på antall fotoner lyspakker PAR-Photosynthetic Active Radiation Typiske taller µmol/m 2 /s: Utendørs opp til 2000, tilskudd veksthus 100, kompensasjonspunkte 15-20 Lyssum-dagens lysmengde regnes sammen-uttrykkes som mol/dag/m 2 Foto: K-J Bergstrand
Lys-hvilke parameter er interessante? Lysstyrke (µmol/m 2 /s) Daglengde (fotoperiode) Lyssum (mol/dag/m 2 ) Lysets kvalitet (spektralfordeling)
Hvorfor bruker vi lys i veksthuse? Drive fotosyntesen i den mørke tiden af året (dyrking hele året alt. forlenging af sesong) Økt transpirasjon og uttørking Fotoperiodisk lys (Forhindre KD-plantor å blomstre i løpet av vintern, resp. indusere blomstring i LD-planter om vintern) Dyrking i dyrkingskammare uten naturlig lys
Hvor mye lys skal vi bruke? (60% Transmisjon) (Mortensen, 2014) Behov: Agurk: 25 mol/m 2 /d Julestjerne: 15 mol/m 2 /d Tomat: 22-25 mol/m 2 /d Potteroser: 12-14 mol/m 2 /d (Moe m.fl. 2006)
350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 Relativ fotosynteserespons Hva slags lys skal planterne bruke? 1,2 Bildkilde: www.wikipedia.org 1 0,8 McCree-spektrum 0,6 0,4 0,2 0
Spektral irradianse, W/m 2, 2 nm Spektrum Relativ fotosynteserespons 1,2 1 HPS IR 0,8 Blått lys 0,6 reduserer strekning 0,4 (?) 0,2-0,2 0 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Også grønt lys brukes McCree-spektrum 1,2 i fotosyntesen! 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 350375400425450475500525550575600625650675700725 Bølgelengde (nm) 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 300 400 500 600 700 800 Bølgelengde, nm BL00 GR00 RE00 YE00 WH00 Langrøtt lys induserer strekning og kontrollerer blomstringen Røtt lys induserer vekst av skudd og røtter
Netto CO 2 -assimilasjon (µmol m -2 s -1 ) Fotosyntetisk response 14 12 10 8 6 4 2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-2 Lysintensitet (µmol m -2 s -1 ) (Bergstrand m.fl. 2015) Økt CO 2 -konsentrasjon flytter hele kurven oppover!
Forventninger på nye teknologier innenfor vekstbelysning Minskat (el-) energiforbruk Bedre muligheter til styring av lyset Nye muligheter for utforming av lamper- interlighting Bedre ytre produktkvalité (hos prydplanter) Bedre indre produktkvalité (bedre smak og næringsværdi/kvalité, hos grønsaker/kryddeurter)
Teknologier Historia: Glødlamper, neon, kvicksølv Idag: Høytrykknatrium (HPS), Lysrør, metall-halid Imorgon: Induktionslamper, feltemissionslamper, plasmalamper, LED? Foto: K-J Bergstrand
Noen resultater- Kalanchoe Friskvegt, plantehøjdd og antall blomster var høyest for planter dyrkede med HPS Foto: H.K. Schüssler Hvit LED Rød/blå LED HPS Datum blomstring: Vit LED: 18. Desember Rød/blå LED: 18. Desember HPS: 13. Desember
Julestjerne Ingen forskjell i strekning Frisk- og tørrvegt lavere i rød/blå LED Foto: H. K. Schüssler Hvit LED Rød/blå LED HPS
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 % RH 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 C 24 22 20 18 En typisk dag White LED Red/blue LED HPS 16 14 12 10 8 6 4 Lamper til Lamper av Lufttemperatur i bladmassen 2 0 100 90 80 70 60 50 Lamper til Lampor av White LED Relativ luftfuktighed i bladmassen 40 30 Red Blue LED HPS 20 10 0
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 % RH 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 C 24 22 20 18 En typisk dag White LED Red/blue LED HPS 16 14 12 10 8 6 4 Lamper til Lamper av Lufttemperatur i bladmassen 2 0 100 90 80 Bladtemperatur har større betydning for plantevekst en lysets kvalitet 70 60 50 Lamper til Lampor av White LED Relativ luftfuktighed i bladmassen 40 30 Red Blue LED HPS 20 10 0
Varme-tilgang eller problem? HPS: Varmen avgis som stråling i samme retning som lyset LED: Trenger kjøling via konveksjon (naturlig luftstrømning, vifter eller vannkjøling) Foto: K-J Bergstrand Ved å plassere lampene imellom plantradene («Interlighting») utnyttes konveksjonsvarmen for å varme plantene
Effektivitet hos forskjellige lyskilder Måles i µmol/w Kan også uttrykkes i % Typiske verdier 1,5-2,5 µmol/w (cirka 25-35%) Resten bliver til varme! Effektivitet Type lyskilde Modell µmol/w HPS Philips 400 W 1,5 HPS Philips 600 W 1,8 HPS Gavita 1000 W 2,0 LED Philips toplight 2,3 LED Valoya B100 1,65 LED Heliospectra LX60 1,6 LED Fionia FL300 2,4 (Bergstrand m.fl. 2015b)
Vad trenges hvis LED-baserte lyskilder skal kunne konkurrere med HPS? Effektiviteten (i % eller µmol per watt) må forbedres Lyskilden må plasseres inde i bladverket for å udnytte varmen och minimera skyggning Fortsat forskning om planternes udnyttelse av lyset Det må til bedre tekniske løsinger for kjølingen av lampene
Konklusjoner HPS fortsatt en konkurransedyktig teknologi LED kan vare interessant til «Interlighting» med flere spesialapplikasjoner Mengden lys viktigere en lysets kvalitet Bladtemperatur og luftens CO 2 -konsentrasjon særlig viktig i forbindelse med bruk av tilskudds-lys Spørsmål?
Takk for invitasjonen! Karl.Johan.Bergstrand@nmbu.no www.vaxthusljus.se Foto: K-J Bergstrand
Litteratur K-J Bergstrand, H. Asp, E.H. Larsson-Jönsson, H.K. Schüssler, 2015: Plant developmental consequenses of lighting from above or below in the production of Poinsettia. European Journal of Horticultural Sciences 80(2), 51-55. K-J Bergstrand, H. Asp, H.K. Schüssler 2015b: Utnyttja belysningen effektivt! LTVfakultetens faktablad 2015:3 R. Moe, S.O. Grimstad, H.R. Gislerød, 2006: The use of artificial light in year round production of greenhouse crops in Norway. Acta Horticuturae 711:35-42 L.M. Mortensen 2014: The effect of photon flux density and lighting period on growth, flowering, powdery mildew and water relations of miniature roses. American Journal of Plant Sciences 5:1813-1818