Oprawy LED w uprawach szklarniowych, czyli sposób na prowadzenie całorocznej uprawy

Eksperci z Energi Oświetlenie Spólki zależnej Energi z Grupy ORLEN odpowiadają na to pytanie. Można połączyć modernizację oświetlenia i przejście na oprawy LED z wydajną produkcją rolną.

Badania potwierdzają, że zarówno niedobór światła, jak i jego nadmiar, skutkują spowolnieniem wzrostu roślin, utratą sprężystości łodyg, deficytem odporności na choroby i w związku z tym spadkiem ich produktywności. Warunki świetlne w Polsce są zróżnicowane w poszczególnych miesiącach roku.

Należy uwzględnić fakt, że ilość światła docierającego do roślin w obiektach zamkniętych jest mniejsza o ok. 30% w porównaniu ze światłem na powierzchni otwartej. Wynika to z jego odbicia od szkła lub folii bądź braku transparentności pokrycia obiektu, a także rozmieszczenia elementów konstrukcyjnych.

Niskie natężenie światła naturalnego w miesiącach zimowych

Prowadzenie całorocznej uprawy wiąże się z koniecznością doświetlania oraz ponoszenia dodatkowych kosztów. Wielu producentów roślin ozdobnych, warzyw i owoców, mając na uwadze korzyści osiągane dzięki doświetlaniu, podejmuje decyzję o modernizacji systemu oświetlenia na taki, który gwarantuje roślinom wegetację przez cały rok. 

Wzrost areału upraw pod osłonami zaowocował szybkim rozwojem nowoczesnych technologii oświetleniowych. Rozwój technologii LED otworzył szansę dodatkowej redukcji kosztów zużycia energii elektrycznej, a zatem optymalizacji zysków z uprawy przez dostarczanie światła dostosowanego do potrzeb danej rośliny przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii elektrycznej o ok. 40%. 

System doświetlania roślin w szklarniach nazywany jest oświetleniem asymilacyjnym, ponieważ jego celem jest dostarczenie roślinom światła, które zostanie „skonsumowane” przez nie na potrzeby fotosyntezy. Oświetlenie asymilacyjne stymuluje wzrost roślin w okresie niedoboru światła słonecznego, umożliwia efektywniejszą absorbcję CO2 oraz poprawę jakości plonów. Natężenie światła naturalnego w miesiącach zimowych oscyluje na poziomie ok. 45 μmol/m2/s. 

Ciekawym rozwiązaniem jest tzw. doświetlanie fotoperiodyczne

Tymczasem do właściwego rozwoju roślin (np. pomidor, ogórek, róże, gerbery) potrzebne jest natężenie światła w wielkości 180-200 μmol/m2/s. Doświetlanie asymilacyjne pomidorów i ogórków zaleca się głównie w sytuacji, gdy uprawę pod osłonami rozpoczyna się w październiku, a pierwszy zbiór planowany jest na koniec grudnia. 

Ciekawym rozwiązaniem jest tzw. doświetlanie fotoperiodyczne upraw, polegające na okresowym doświetlaniu roślin w ciągu dnia (przedłużanie dnia) lub nocy (przerywanie nocy). Tego typu rozwiązania stosuje się w uprawie sterowanej kwiatów oraz owoców (truskawki). Można dzięki temu rozwiązaniu uzyskać efekty w postaci dodatkowego plonu. Przedłużanie długości dnia od pierwszej połowy stycznia światłem o niskim natężeniu może umożliwić uzyskanie zbioru truskawek już na początku kwietnia. 

Przygotowanie do wdrożenia doświetlania

Z punktu widzenia plantatora ważnym przedsięwzięciem jest racjonalne zaprojektowanie oświetlenia poprzez dobór opraw, ich właściwe rozmieszczenie, możliwości zmian w czasie trwania cyklu produkcyjnego oraz synchronizacja z innymi systemami (nawadnianie, zamglenie, wentylacja itp.).

Dobór opraw i konstrukcja całości systemu oświetlenia zależy nie tylko od zapotrzebowania danej rośliny na światło, ale również od lokalizacji szklarni, jej usytuowania topograficznego oraz elementów konstrukcji, które mogą zaciemniać lub rozpraszać światło.

Dobrze zaprojektowany system oświetlenia asymilacyjnego uwzględnia nie tylko intensywność promieniowania (ppfd), ale także jego barwę. Powinna być ona skorelowana z widmem czynnościowym fotosyntezy danego gatunku. 

Dzięki stosowaniu światła o określonej długości fal można wpływać na przyspieszenie lub hamowanie procesów życiowych rośliny. Możliwość ta w przypadku tradycyjnych źródeł światła jest bardzo ograniczona. 

Rozwój technologii LED, dzięki zastosowaniu diod luminescencyjnych, otworzył niemal nieograniczone możliwości kreowania barwy strumienia światła. Dzięki temu można poprawić jakość plonów. 

Wzrasta zainteresowanie źródłami światła o wyższej trwałości energetycznej

Biorąc pod uwagę nakłady inwestycyjne oraz koszt konserwacji i utrzymania systemu oświetleniowego, należy także brać pod uwagę efektywną trwałość źródeł światła. Jej spadek poniżej 70%, spowodowany w 20% spadkiem wartości strumienia świetlnego i w 10% wypaleniem się niektórych lamp oznacza konieczność wymiany opraw. 

Wyniki badań naukowców, potwierdzone doświadczeniem plantatorów, wskazują, że spadek wartości strumienia świetlnego (względem początkowego) w przypadku wysokoprężnej lampy sodowej (HPS) po ok. 20 tys. godzin użytkowania wynosić może nawet do 15%. 

Na rynku wyraźnie wzrasta zainteresowanie źródłami światła o wyższej trwałości energetycznej, które pozwolą ograniczyć koszt konserwacji i wymiany opraw. 

Ze względu na ograniczenia nośne konstrukcji szklarni, istotnym czynnikiem jest dobór takich opraw, które będą emitowały światło o właściwych parametrach, a jednocześnie ich masa nie obciąży konstrukcji obiektu. 

W tym kontekście należy także uwzględniać okoliczności klimatyczne tzn. okres doświetlania pokrywa się z czasem opadów śniegu, które również stanowią dodatkowe obciążenie konstrukcji. Warte odnotowania jest także wymaganie takiego doboru opraw, które swoją budową nie spowodują niepotrzebnego zacienienia w sąsiadujących rzędach.  

– Ciekawym rozwiązaniem są zintegrowane systemy regulacji strumienia świetlnego – mówi Marcin Stojek, Prezes Zarządu Energi Oświetlenia – których zastosowanie może pozwolić na dodatkowe zaoszczędzenie od 5% do 10% energii. 

Systemy te dostosowują poziom natężenia oświetlenia asymilacyjnego do bieżącego zapotrzebowania roślin, z uwzględnieniem intensywności światła naturalnego.

Technologia LED w szklarni, czyli całoroczny zysk

Obecnie najczęściej stosowanym w ogrodnictwie źródłem światła są lampy sodowe (HPS - High Pressure Sodium), które charakteryzują się skutecznością świetlną na poziomie ok. 118 μmol/m2/s oraz okresem efektywności energetycznej ok. 20 tys. godzin. Oprawy te charakteryzują się duża mocą (1000W). 

Oprawy HPS emitują światło, którego widmo nie jest dostosowane do widma absorpcji rośliny. Obniża to efektywność działania lamp oraz powoduje większe zużycie energii elektrycznej potrzebnej do ich zasilania. 

Ze względu na dużą emisję ciepła w celu ochrony roślin przed przegrzaniem lub poparzeniem liści, lampy te muszą być instalowane odpowiednio wysoko.

Długotrwałe używanie opraw HPS może też powodować problem podwyższenia temperatury w szklarni, co prowadzi do konieczności wentylacji oraz ryzyka utraty CO2, sztucznie implementowanego do szklarni.

Oświetlenie LED pozytywnie wpływa na przyspieszenie tempa wzrostu roślin

Badania naukowców potwierdzają, że oświetlenie LED pozytywnie wpływa na przyspieszenie tempa wzrostu roślin oraz wielkość i jakość plonów. Zastosowanie diod jako źródeł światła sztucznego pozwala zredukować zużycie prądu nawet do 45-50% w stosunku do tradycyjnych opraw sodowych, dzięki czemu plantator może w stosunkowo krótkim czasie uzyskać oszczędności wynikające z kosztów zużycia energii elektrycznej. 

Jest to możliwe dzięki takim cechom opraw LED, jak: niski pobór prądu, wysoka efektywność strumienia świetlnego, minimalne rozproszenie światła. 

Oprawy LED emitują bardzo mają ilość energii cieplnej, a zatem mogą być umieszczane bliżej roślin, dzięki czemu możliwe jest osiągnięcie równomiernego pokrycia światłem całości uprawy. Nie bez znaczenia jest także aspekt ekologiczny. 

Długotrwałość opraw, brak występowania w nich pierwiastków szkodliwych (Pb, Hg) oraz niski pobór prądu pozwalają zaliczyć te źródła światła do rozwiązań bezpiecznych dla środowiska. 

Nie zawsze jest możliwe przekalkowanie rozwiązań przyjętych w jednej szklarni

Wielu producentów rozważających modernizację oświetlenia w szklarniach zastanawia się nad przyjęciem ujednoliconego modelu systemu doświetlenia. Z reguły tego typu schematy nie istnieją. Dlaczego? 

Należy pamiętać, że tworzenie systemu oświetlenia LED dla roślin w szklarniach jest w pewnym sensie operacją na żywym organizmie. Nie zawsze jest możliwe przekalkowanie rozwiązań przyjętych w jednej szklarni do innej, nawet o analogicznych wymiarach i konstrukcji. W przygotowaniu rozwiązań systemowych ważne jest uwzględnienie położenia budynku, odległości pomiędzy oprawą a roślinami, szerokość stołów i wielu innych czynników. 

Dlatego dobrze skonstruowany system oświetlenia w przypadku upraw szklarniowych jest przygotowywany indywidualnie oraz jest sumą efektywności opraw, doświadczenia elektromonterów jak również wiedzy biologów i technologów oświetlenia. Należy także pamiętać, że aby zapewnić właściwe parametry doświetlenia roślin w całym cyklu produkcyjnym, konstrukcja instalacji winna być przygotowana do możliwości wykonywania modyfikacji wysokości zawieszenia opraw wraz ze wzrostem roślin. 

Modernizacja oświetlenia bez dodatkowych obciążeń plantatora

Właściwy dobór opraw oraz specjalistyczne wykonanie modernizacji pozwoli skrócić czas cyklu produkcyjnego, zwiększyć ilość i jakość plonu. Modernizacja oświetlenia na LED w szklarniach oznacza jednak poniesienie nakładów inwestycyjnych, które musi ponieść plantator. 

W obecnej sytuacji może być to czynnik odstraszający przed podjęciem decyzji o wymianie źródeł światła. Istnieją jednak na rynku przedsiębiorstwa, które – jak Energa Oświetlenie – proponują zainteresowanym producentom wykonanie modernizacji oświetlenia i jej spłacenie z uzyskiwanych oszczędności w relatywnie krótkim okresie czasu (ok. trzech lat). 

Umożliwia to szybką i profesjonalną wymianę opraw, zwiększenie możliwości produkcyjnych przy utrzymaniu wydatków na dotychczasowym poziomie. Jest to ciekawa propozycja umożliwiająca rozpoczęcie całorocznej uprawy, bez ponoszenia dodatkowych kosztów. 

fot. Pixabay