Doświetlanie lampami LED w szklarniach: kiedy i ile światła dodawać

Doświetlanie lampami LED w szklarni istnieje po to, aby wypełnić lukę między światłem, które daje natura, a światłem potrzebnym uprawie. Zimą, przy zachmurzeniu lub na wysokich szerokościach geograficznych naturalne DLI może spaść znacznie poniżej celu dla uprawy i wtedy doświetlanie ma uzasadnienie. Pytanie nigdy nie brzmi abstrakcyjnie „czy dodawać światło”, ale „ile i kiedy, aby zamknąć konkretną lukę dla tej uprawy w tej lokalizacji”. W artykule omawiamy samą decyzję i matematykę wymiarowania. Pełną metodę planowania znajdziesz na stronie branżowej szklarni.

Zacznij od deficytu światła naturalnego

Jedyną liczbą, która mówi, ile dodać, jest deficyt: docelowe DLI minus DLI, które szklarnia już dostarcza. Naturalne DLI zmienia się bardzo mocno w zależności od lokalizacji, sezonu i konstrukcji (przeszklenie, cieniowanie, orientacja), dlatego pierwszym krokiem jest pomiar lub model Twojej lokalizacji, a nie założenie. Gdy znasz deficyt, doświetlanie wymiaruje się tak, aby dostarczyć tę resztę w trakcie fotoperiodu.

Kiedy doświetlanie zwykle się opłaca

Doświetlanie najłatwiej uzasadnić, gdy uprawa reaguje na światło w sposób wymierny ekonomicznie — szybszym zakończeniem cyklu, wyższą klasą jakościową albo produkcją całoroczną, która osiąga wyższą cenę. Wysokowartościowe uprawy pnące, truskawki i kwiaty cięte to typowi kandydaci. Latem lub na nasłonecznionych szerokościach geograficznych deficyt przez większą część roku może być bliski zeru, dlatego system ściemnialny, sterowany bieżącym zapotrzebowaniem, pozwala nie marnować energii, gdy natura dostarcza już wystarczająco dużo.

Doświetlanie górne a konstrukcja

Większość doświetlania szklarniowego to oświetlenie górne montowane na konstrukcji lub wiązarach, dostarczające światło znad łanu. Alternatywę — doświetlanie międzyrzędowe — omawiamy w osobnym artykule. W oświetleniu górnym obowiązuje ta sama logika równomierności i rozstawu co w rozplanowaniach indoor, ale nakładasz światło na nierówne światło naturalne, dlatego warto wykonać model rozplanowania uwzględniający cień konstrukcji.

• Zmierz lub zamodeluj naturalne DLI dla swojej lokalizacji i sezonu.
• Ustal docelowe DLI uprawy na podstawie wytycznych doradczych.
• Wymiaruj PPFD uzupełniające pod deficyt, a nie pod okrągłą liczbę.
• Zadbaj o ściemnianie i świadomość sezonu, aby nie marnować energii.
• Weryfikuj pomiarami w łanie, a nie tylko kartą katalogową.

Źródła

• MSU Extension / e-GRO — oświetlenie szklarni
• University of Arizona CEAC — rolnictwo w kontrolowanym środowisku
• University of Florida IFAS — ogrodnictwo szklarniowe

Przykład obliczeniowy: ile światła uzupełniającego faktycznie potrzebuje szklarnia

To obliczenie ilustracyjne, oparte na danych o świetle dziennym, które musisz zastąpić własnymi liczbami lokalnymi. Załóżmy, że blok pomidorów o powierzchni 500 m2 w umiarkowanym klimacie zimowym otrzymuje w grudniu średnio 8 mol/m2/day DLI światła słonecznego, a Twój cel planistyczny dla tej uprawy to 20 mol/m2/day. Luka wynosi 12 mol/m2/day do dostarczenia przez lampy LED.

• Krok 1 — przelicz lukę DLI na strumień opraw: przy 16 godzinach pracy wymagane PPFD = 12 / (16 x 0.0036) = 208 umol/m2/s.
• Krok 2 — wymiaruj na powierzchnię łanu z równomiernością: 208 x 500 x 1,2 = 124800 umol/s wymaganego PPF (przy mieszanym słońcu i cieniu typowy jest wyższy współczynnik równomierności).
• Krok 3 — przy oprawach górnych o strumieniu 2000 PPF liczba opraw = 124800 / 2000 = 62,4, zaokrąglona do 64 dla czystej siatki.
• Krok 4 — obciążenie elektryczne przy 2,6 umol/J: 64 x 769 W = około 49 kW. Potwierdź zdolność przyłącza i to, czy szklarnia może ograniczyć to obciążenie przy limitach mocowych od dostawcy energii.
• Krok 5 — wykonaj tę samą arytmetykę dla każdego miesiąca w roku; wymagana liczba opraw zwykle gwałtownie spada do marca, dlatego sezonowe ściemnianie i harmonogramy mają większe znaczenie niż sama liczba opraw.

Celem tego ćwiczenia jest profil miesięczny. Wymiarowanie na najciemniejszy tydzień i praca wszystkich opraw na pełnej mocy przez cały rok to najdroższe możliwe rozwiązanie. Wymiarowanie na najciemniejszy miesiąc i ściemnianie w pozostałej części roku kosztuje zwykle mniej, a daje to samo DLI.

Sterowanie: różnica między planem a rachunkiem

Logika sterowania oparta na świetle słonecznym

Doświetlanie powinno reagować na słońce, a nie na zegar. Standardowe podejście wykorzystuje czujnik PAR na wysokości łanu: oprawy pracują tylko wtedy, gdy PPFD światła słonecznego jest poniżej poziomu potrzebnego do osiągnięcia celu dobowego, a sterownik śledzi narastające DLI, aby wyłączyć światła po osiągnięciu celu. Bez śledzenia narastającego DLI jasny dzień, po którym wieczorem działa harmonogram, marnuje dokładnie tę energię, której uprawa już nie potrzebuje.

Taryfy strefowe i opłaty za moc

Tam, gdzie cena energii zmienia się w ciągu doby, przenieś jak najwięcej doświetlania w okna poza szczytem, respektując fotoperiod uprawy. Opłaty za moc również mają znaczenie: rozłożenie załączeń opraw w blokach pozwala uniknąć jednego skoku zapotrzebowania, a niektórzy producenci akceptują nieco niższe PPFD chwilowe, aby spłaszczyć profil obciążenia. Obie strategie zmieniają ekonomikę bez zmiany liczby opraw.

Pytania, które warto zadać przed zakupem

• Czy oprawa jest przystosowana do wilgotności szklarni, kontaktu z wodą i zakresu temperatur w Twojej konstrukcji?
• Jaki stopień IP i jaką ochronę antykorozyjną oferuje producent i co gwarancja wyłącza w warunkach szklarniowych?
• Czy oprawa lub sterownik obsługuje wejście z czujnika PAR i sterowanie narastającym DLI, czy to osobny zakup?
• Jaka jest masa oprawy i system montażu oraz czy Twoja konstrukcja jest przystosowana do dodatkowego obciążenia?
• Czy oprawy można ściemniać w miesiącach przejściowych, aby ta sama instalacja służyła przez cały rok?

Typowe błędy w doświetlaniu

Projekty doświetlania szklarni zawodzą w przewidywalny sposób. Oto powtarzające się przypadki:

• Wymiarowanie na podstawie średniej rocznej liczby godzin słonecznych, a nie danych miesięcznych, co daje zbyt mało światła zimą i zbyt dużo w pozostałej części roku.
• Sterowanie zegarowe bez czujnika PAR, przez co oprawy pracują w jasne poranki i palą pieniądze na światło, którego uprawa nie potrzebowała.
• Pomijanie opłat za moc: wszystkie oprawy startują jednocześnie, skok zapotrzebowania trafia w okno szczytowe, a rachunek odzwierciedla to przez rok.
• Ignorowanie obciążenia konstrukcji: oprawy, ekrany i rury dodają masy, a nieprzeanalizowany dach to gotowy problem bezpieczeństwa.
• Zakup wyłącznie według skuteczności przy akceptacji rozplanowania o słabej równomierności, przez co połowa łanu nigdy nie widzi docelowego PPFD.
• Brak ściemniania, który czyni miesiące przejściowe marnotrawnymi; oprawy projektowane na grudniową ciemność pracują na pełnej mocy w październikowym słońcu.
• Czytanie drobnego druku gwarancji po instalacji, gdy wyłączenia dotyczące wilgotności już zostały uruchomione.

Integracja z ekranami, CO2 i bilansem ciepła

Ekrany i interakcje ze światłem

Ekrany energetyczne oddziałują z doświetlaniem w obu kierunkach: w trakcie fotoperiodu zamknięty ekran może marnować strumień opraw, który odbija lub pochłania, a nocą zatrzymuje ciepło dodane przez oprawy. Jeśli kurtyna ekranu pracuje w godzinach świetlnych, rozplanowanie i układ ekranu trzeba projektować razem; niektórzy producenci akceptują niewielką stratę cieplną, aby trzymać ekran otwarty pod lampami, inni wybierają wzory ekranów przepuszczające światło opraw. Każdą z tych decyzji należy podjąć z dostawcą ekranów przy stole, a nie po instalacji.

CO2 i zimowe okno świetlne

W szczelnie zamkniętej szklarni zimą wzbogacanie CO2 podnosi wartość każdego fotonu uzupełniającego, a system wzbogacania należy wymiarować na te same miesiące, na które planuje się oświetlenie. Gdy w ciepłe zimowe popołudnie otwierają się wywietrzniki, wzbogacanie się zatrzymuje i wartość krańcowa światła spada razem z nim; sterownik, który przycina oprawy w okresach wietrzenia, wychwytuje tę zmianę automatycznie. Nie chodzi o konkretną logikę sterowania, ale o sprzężenie: decyzje o świetle, CO2 i wentylacji należą do jednego planu.

Najczęściej zadawane pytania