Projektet Växthus-LED
slutseminarium
Daniel Sjöholm/Mats Borg
29-30.10.2014
Finansiärer
 Projekttid 1.12.2012-30.11.2014
 Finansiärer:
 Österbottens förbund (ERUF-medel)
 Österbottens svenska producentförbund (ÖSP)
 Närpes stad
 VASEK
 MTT
 Yrkeshögskolan Novia
Tack till





Botnia Grönsaker Ab
LED Finland Oy
Itä-Suomen yliopisto
Electroteam Närpes Ab
Helle Oy
LED Finland Oy
Projektet
 Att testa LED-växtbelysning i växthus.
Hurudant ljus får tomatplantorna?
Skördeförändring?
Elförbrukning?
Temperaturförändring?
Smak
Hälsofrämjande ämnen?

Laboratorieförsök
Effektivitet
Vad är en effektiv ljuskälla?

Rätt mått: Skördevärde per inmatad elenergi [euro/J]

Förenklat mått: PAR-fotonmängd per elenergi [μmol/J]

Överförenklat mått: strålningsenergi per elenergi [J/J]
el
fotoner
(ljusenergi)
http://www.smartgrowtechnologies.com/lighting-fundamentals
Faktorer att beakta vid val av
belysning
 PAR-effektivitet (kan mätas)
 Spektrum (kan mätas men vad är optimalt?)
 Ljusdistribution (beror av omständigheterna)
 Pris
Fotonspektra för olika ljuskällor
http://www.smartgrowtechnologies.com/lighting-fundamentals
PAR-mätare

En W/m2-mätare ger INTE representativa värden för LEDljuskällor!

De vanligaste PAR-mätarna är av kiselfotodiodtyp.

Inte ens med dessa får man alltid ett tillräckligt noggrant
resultat.
Angivna responskurvor
Skillnader mellan mätarna
Förväntade värden enligt responskurvor
Oikea arvo Apogee
Li-Cor DeltaOHM PAR
HPS
100
100
100
116
Netled
100
100
102
52
Valoya
100
100
102
86
Philips
100
100
102
68
Experimentella värden (jämfört med Apogee)
Oikea arvo Apogee
Li-Cor DeltaOHM PAR
HPS
?
100
113
155
Netled
?
100
117
65
Valoya
?
100
101
105
Philips
?
100
113
76
Experimentella värden (jämfört med LiCor)
Oikea arvo Apogee
Li-Cor DeltaOHM PAR
HPS
?
88
100
137
Netled
?
85
100
55
Valoya
?
99
100
104
Philips
?
88
100
67
Faktor 2,4
Mätmetod
Ljuskällornas fotonflöden
Effektförbrukning
Effektivitetsjämförelse
Slutsats


el
Enligt det förenklade måttet (PAR-fotonmängd per elenergienhet)
finns potentiell lönsamhet endast för Philips LED-armatur
Ett mer korrekt mått (skördevärde per elenergienhet) kan
eventuellt ge ett annat resultat
fotoner
(strålningenergi)
http://www.smartgrowtechnologies.com/lighting-fundamentals
Växthusodlare, växthus





Handelsträdgård Martin
Sigg i Pjelax, Närpes
Blockväxthus 6300 m2,
4 mm glashus
Åretruntodling - tomat
(Encore), 2,5 plantor/m2
Reglerbar
toppbelysningseffekt
600W/750W
Priva
LED-belysning

5 LED-offerter
 Netled Oy – Hortishine á 205 W
- högst verkningsgrad, PPF/W
- högst fotonflöde, µmol/s
- lampkostnad per µmol/s var lägst

112 lampor = 4 odlingsrader

448 m2
Försöksområde
 HPS+LED:
HPS 600 W / LED 205 W
 186 W/m2 / 47 W/m2
= 233 W/m2
 HPS (referens):
HPS 600 W/750 W
 186 W/m2 / 232 W/m2
Försöksområde
Belysningstider
 HPS-belysning (600 W) tändes:
 LED-belysning tändes:
 HPS-belysning (750 W) tändes:
(helljus)
 All belysning av:
11.9.2013
25.9.2013
26.9.2013
1.5.2014
Viktiga tidpunkter






15.8.2013 plantering av plantor
11.9 - 31.10.2013 bel. enligt instrålning
1.11.2013 - 5.3.2014 regelbundna bel. tider
6.3 - 30.4.2014 bel. enligt instrålning
1.5 - 3.7.2014 ingen belysning
4.7.2014 plantorna kastas ut
Belysningstider
 1.11.2013–5.3.2014, regelbundna tider
HPS+LED:
 HPS (600 W)  kl. 23:30-16:30 (17 h/dygn)
 LED  kl. 23:00-17:00 (18 h/dygn)
HPS (referens):
 HPS (600 W)  kl. 23:00-23:30 + kl. 16:30-17:00
(1 h/dygn)
 HPS (750 W)  kl. 23:30-16:30 (18 h/dygn)
Tomatskörden
 Botnia Grönsaker Ab
 Plockning måndag
och torsdag
 3.10.2013 - 3.7.2014
- HPS-ljus vid plantuppdrivning, hur påverkar det?
- När all belysning av - några veckor innan skördeminskning.
- Skuggning av LED-armatur?

~75–103 g

Ingen skillnad över hela perioden (0,2 %)

Under regelbunden bel.tid 0,6 % lägre vid HPS+LED

Belysning av, 0,4 % högre vid HPS+LED
-
vid HPS (övriga) 4,1 % lägre skörd jämfört med HPS (referens)
vid HPS+LED 2,2 % högre jämfört med HPS (referens).
Elförbrukning
 Samma elförbrukning vid
HPS+LED och HPS (referens)
 sänkt HPS-eleffekt vid HPS+LED
 Vid regelbundna bel.tider:
 ca 2,5 % högre kWh/m2 per dygn vid HPS
 ca 5,1 % lägre elförbrukning/kg tomat vid HPS+LED
Novias mätutrustning
Ljussensorer
 2 st PAR-sensorer
Li-Cor, LI-190, (400–700) nm
(0...2000 ± 4) µmol m-2 s-1
 2 st pyranometrar
(Hukseflux, LP02-TR-05),
(285–3000) nm
(0...1600 ± 3) W/m2
PAR och DLI
 Daily light integral (DLI) är ett mått på den
mängd ljus som tas emot under en enda
dag i ett specifikt område.
 T.ex. hur många mol av fotosyntetiskt aktiv
strålning (PAR) fotoner som mottas under
en enda dag i en kvadratmeter, enhet [mol
m-2 d-1].
Average DLI /month
25,0
average mol/m 2 /month
19,3
17,5
18,9
20,0
16,4
17,1
16,2
15,9
15,3
15,2
15,0
12,4
10,0
9,4
7,8
12,0
13,8
12,4
9,5
8,7
7,0
5,0
0,0
October
November
December
January
February
HPS+LED
March
April
HPS
Under tiden 1.11.2013–5.3.2014
HPS+LED: i medeltal (16,7±3,3) mol m-2 d-1
HPS: i medeltal (8,4±4,1) mol m-2 d-1
 faktor 2
May
June
DLI, October 2013
DLI, December 2013
25
DLI [mol m -2 d-1 ]
DLI [mol m -2 d-1 ]
25
20
15
10
5
0
15
10
5
0
HPS+LED
HPS
DLI, April 2014
25
DLI [mol m -2 d-1 ]
20
20
15
10
5
0
HPS+LED
HPS
HPS+LED
HPS
Pyranometrar
 Registrerat ljuset från taklampor och den
naturliga ljusinstrålningen
 Hur mycket ljus får planttopparna?
 När har HPS-lamporna varit tända?
 Priva ljusmätare (lux)  W/m2
(525-1100 nm och 0-160 klux)
 W/m2  MJ m-2 d-1
Ca 20-25 % lägre värden vid HPS+LED mellan oktober till februari än
vid HPS (referens).
Punktljusmätningar, konstljus
 Samarbete med projektet Heijastus
 Konstljus 10.2 och 10.3.2014, soligt 25.4.2014
och mulet 9.5.2014
 DeltaOhm foto-radiometer + PAR sensor
Punktljusmätningar i konstljus
 Jämförelse mellan HPS+LED och HPS
 Vilka är ljusnivåerna (PAR)?
 Vad får plantan för ljus?
 Hur mycket ljus rakt under lampan?
 Hur mycket ljus i gången?
 Inga standarder eller instruktioner på hur man mäter ljus vid tomatplantor har hittats!
Några frågeställningar

Hur många mätpunkter och var?

Hur hålla sensorn vid mätpunkter?

På vilket blad skall man hålla
sensorn?
(skuggat eller belyst)

Sensorn mellan två HPS-lampor
eller mitt vid lampor?
Sammanfattning
• PAR uppmätt i konstljus i LED-belysta raden i procent av värden som
uppmätts i referensraden.
mätpunktsposition
mellan
plantrader
vid plantor på sidan
mellan plantrader
vajer 4 m
planttopparnas höjd (3,3–3,4 m från golv)
5 cm under LED (2,95 m från golv)
vid plantor på
gångsidan
95,9
i gången
90,8
86,1
87,6
108,3
89,9
93,0
193,6
30 cm under LED-armaturen (2,7 m från golv)
20 cm ovanför mittvärmerör (1,7 m)
214,0
128,6
89,7
100,0
tomathöjd/odlingspåse (1–1,25 m från golv)
309,7
119,0
80,8
86,2
golv (0 m)
88,9
• En planta vid HPS+LED får i medeltal totalt 98,4 % av det PAR-ljus som en
planta får vid HPS. (OBS! Enligt vår egen ljusmätningsmodell.)
• Enligt (Grimstad SO & Gislerød, 2006) behövs en PAR ljussumma (naturligt och
konstljus) på 25 mol m-2 d-1) för en sund tomatodling.
 på vintern (enbart konstljus) med en intensitet på 385 µmol m-2 s-1 i 18 timmar
per dygn.
Temp. och RF
 Uppmätta skillnaderna är små.
 Högre temp. (som högst 0,5 °C)
på högsta mätnivån i LED-raden.
 Högre RF (som högst 3 %) på
mellannivå i LED-raden.
Värmekameraundersökning





5.2.2014
Kl. 7:00-9:00 och 10:30-12:00
All belysning på
Energigardiner utrullade
Utomhustemp. 0 °C
- Tomatbladens temp.
- Tomaternas temp.
Kl. 7:00-9:00
1. ca 0,3 °C högre vid HPS+LED
2. ca 0,5 °C lägre vid HPS+LED
3. ca 0,8 °C lägre vid HPS+LED
Kl. 10:30-12:00
1. ca 0,4 °C lägre vid HPS+LED
2. ca 0,7 °C lägre vid HPS+LED
3. ca 0,9 °C lägre vid HPS+LED
Kl. 7:00-9:00
4. ca 1,5 °C lägre vid HPS+LED
5. ca 1,3 °C lägre vid HPS+LED
6. ca 1,2 °C lägre vid HPS+LED
Spektroradiometermätning

Apogee PS-100


HPS-lampspektra
Spektrum och ljusintensitet ovanpå och under blad
 Vid plantrad mellan plantor
 Vid gången vid plantor
Mellan plantor, ovanpå blad
12
10
Intensitet [µmol m-2 s-1 ]
8
6
HPS+LED
HPS
4
2
0
350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000
Våglängd [nm]
På höjden 2,7 m från golvet
På höjden 2,7 m från golvet
Mellan plantor, under blad
8
7
Intensitet [µmol m-2 s-1 ]
6
5
4
HPS+LED
HPS
3
2
1
0
350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000
Våglängd [nm]
På höjden 2,7 m från golvet
Vid gången, under blad
9
8
7
Intensitet [µmol m-2 s-1 ]
6
5
HPS+LED
4
HPS
3
2
1
0
350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000
Våglängd [nm]
På höjden 2,7 m från golvet
Blåa LED-lampor
 LED-Finland Oy
 Påverkas näringsämnen,
hälsoämnet av blått LEDljus?
 Samarbete med ItäSuomen yliopisto och MTT
Blåa LED-lampor
 Blåa LED: kl. 23-6, (7 h)
 HPS 600 W: kl. 23:00–23:30 + 16:30–17:00, (1 h)
 HPS 750 W: kl. 23:30–16:30, (17 h)
 Testperiod 4.11.2013 – 30.4.2014
Tomatanalyser
 4 - 5 omgångar med tomater
 Tomater från:
1) blockhus HPS+LED (Netled)
2) blockhus HPS (referens)
3) blockhus HPS+LED (blå LED, LED Finland)
4) åsväxthus HPS+LED (Philips)
 Brix mätningar och organiska syror (MTT)
Fruktens färg
16
14
12
10
Referens
Netled
8
Philips
Blå
6
4
2
0
Januari
Februari
Mars
April/Mai
Färgkarta (Int. Standardisation of Fruits and Vegetables: Tomato, OECD 2003).
Torrsubstans % i frukten
6,00
5,75
5,50
5,25
5,00
4,75
Referens
% 4,50
Netled
Philips
4,25
Blå
4,00
3,75
3,50
3,25
3,00
Januari
Februari
Mars
April/Mai
Högst vid blåa LED under hela säsongen
Brix
5
4,5
4
3,5
3
Netled
Philips
% 2,5
Referens
2
Blå
1,5
1
0,5
0
Januari
Februari
Mars
April/Mai
Skillnaden mellan olika ljuskällor liten.
Hyperin
7
6
µg/g färskvikt
5
4
Referens
Netled
Philips
3
Blå
2
1
0
December



Januari
Februari
Mars
Apil/Mai
Hyperinhalten var högst vid blåa LED, speciellt under den mörkaste
månaderna
När den globala strålningen ökade, minskade skillnaderna mellan blåa
LED och andra ljuskällor.
Fruktens mognadsgrad verkade inte påverka hyperinhalten.
Tomatanalyser - slutsats
 Ljusspektrum har betydelse för tomatens kvalitet
speciellt på vintern.
 Det borde dock forskas mera för att bli helt säker
på saken och undersöka olika möjligheter till god
kvalitet.
Tomatsmaktest 12.2.2014
Tomater från:
 HPS (referens)
 HPS + LED (Netled)
 HPS (referens)
 HPS + LED (Philips)
Konstljusets inverkan på tomaternas smak
45%
41,9 %
40%
37,6 %
35%
Procent av svararna (n = 93)
34,4 %
36,6 %
33,3 %
30%
25%
30,1 %
28,0 %
25,8 %
24,7 %
20%
21,5 %
19,4 %
15%
16,1 %
12,9 %
10%
5%
12,9 %
7,5 %
6,5 % 6,5 %
3,2 %
0,0 %
0%
Tallrik 1: HPS
Tallrik 2: HPS + LED (Netled Oy)
Mycket välsmakande
Bra smak
Medelmåttlig smak
Tallrik 3: HPS
Dålig smak
1,1 %
Tallrik 4: HPS + LED (Philips)
Riktigt dålig smak
Slutsats: Ingen smakskillnad!
Slutsatser
 LED-lampornas PAR-effektivitet varierar
 Bästa LED-lampan 25 % effektivare än HPS
 OBS! Mellanbelysning jämfört med toppbelysning.
 Skördeskillnaderna var positiva, men små
 2,2 % större skörd under hela odlingssäsongen
 Största skillnaden (+ 6,6 %) under de mörkaste månaderna
 5,1 % större skörd per el-kWh under hela säsongen
 Ljusspektra påverkar tomaternas kvalitet, åtminstone
på vintern.
→
 Lönsamhetsfrågan kvarstår