Figur 1. Væksthusforsøg ved Institut for
Landbrug og Økologi ved KU Science med
to afdelinger side om side med henholdsvis højtryksnatrium lys (til højre)
og en kombination rødt og blåt
LED lys (til venstre).
tEKSt: CarStEN daM-HaNSEN
OG aNdErS tHOrSEtH, dtU FOtONiK,
OG EVa rOSENqViSt, KU SCiENCE,
[email protected]
FOtO: CarStEN daM-HaNSEN
LEd lamper bruges nu også til væksthusbelysning, og de første til erstatning af
højtryksnatrium lamper har set dagens
lys. 1.000 W højtryksnatrium lamper udsender gulligt lys med en høj fotosyntetisk fotoneffektivitet på omkring 1.9
µmol/s/W, det vil sige antal fotoner pr
sekund i forhold til afsat elektrisk effekt.
Men hvordan er LEders effektivitet i dag
i forhold til dette? de er faktisk på højde
med SON-t.
Både i forskning og i praksis har det
været de røde og blå LEder, der har været
brugt til vækstbelysning. Flere af de store
producenter kan nu levere højeffekts røde
LEder ved 660 nm, der bedre passer til
planters lysabsorption for fotosyntese.
Brugen af hvide LEder ses også til
kunstlys. For hvide LEder er effektiviteten dog lidt lavere (se tabel 1).
LEd producenter oplyser normalt ikke
effektiviteten men den totalt udsendte
lysmængde målt i enten Watt eller lumen
(den sidste enhed; som menneskeøjet
ser lys). Så for at få et overslag på den
24
LED til væksthuse
Den teknologiske udvikling indenfor Lys Emitterende
Dioder (LED) går imod stadig større lysmængder og
stadig højere effektivitet. Kombineret med fordele som
lang levetid, dæmpbarhed og ingen varmestråling gør
det, at LED baserede lyskilder/lamper i stigende grad
benyttes til belysningsformål og kan erstatte en række
traditionelle lyskilder
fotosyntetiske fotoneffektivitet af LEder
(som fotosyntesen bruger), har vi her taget udgangspunkt i databladsværdier og
de på dtU Fotonik målte spektralfordelinger. tabel 1 giver et overblik over de
nyeste højeffekts kommercielt tilgængelige LEder.
Bedre og bedre effektivitet
det ses at de røde og blå LEders effektivitet er højere end for højtryksnatrium
lamper, medens den for hvide LEder er på
samme niveau. disse værdier er taget fra
datablade angivet ved en strøm på 700
ma. Hvis man skruer ned for strømmen
til fx 350 ma, vil man godt nok få min-
dre lys, men energieffektiviteten vil øges
med cirka 20%. det betyder, at man kan
spare elektricitet ved at skrue ned for lyset ved hjælp af strømmen.
Som det ses af tabellen, vil der i en
praktisk LEd lampe skulle bruges mange
LEder for at opnå samme lysmængde som
fra højtryksnatrium lamper. i en sådan
lampe vil operationstemperaturen være
omkring 80-100°C for LEderne, og det vil
give et effektivitetstab, og samtidig vil
der være tab i elektronik og optik.
det betyder, at effektiviteten af praktiske LEd lamper vil være lavere end vist
i tabellen. Beregninger på LEd moduler
og lamper fra Philips viser en samlet efGartNEr tidENdE · Nr. 9 2012
fektivitet på 0,7 – 1,8 µmol/s/W, hvor
de højeste er for rent rødt lys. Dermed
har kommercielle LED moduler og lamper
en effektivitet, der ligger lige under men
tæt på effektiviteten af højtryksnatrium
lamper.
Laboratorieresultater fra LED producenter viser, at vi vil se højere effektivitet af LED lyskilder i de kommende år,
som derfor vil være bedre end for højtryksnatrium lamper.
Men planterne er jo sorte
Et andet spørgsmål er; hvad betyder det
for synsindtrykket af planterne, at LED
lyset ofte kun vil bestå af røde og blå
farver, som vil give væksthusene et lilla
skær i stedet for det gule skær, man er
vant til?
Det bliver i hvert fald et problem for
gartnere at vurdere planternes nærings-/
sundhedstilstand i dette lys, da grønne
blade kun vil ses som mørke objekter. Et
vigtigt aspekt for dette er at undersøge
forskellige sammensætninger af LED lys
for optimal effektivitet kombineret med
en god farvegengivelse, der sikrer gartneres evner til at skelne grønne nuancer.
På DTU Fotonik vil der i løbet af i år
blive igangsat en undersøgelse af, hvordan farvesynet påvirkes under de nye lyskilder, specielt med hensyn til LED væksthusbelysning og farveforskelle på planter,
fx ved sygdomstegn.
Reel information mangler
Der er en del nye LED-baserede lamper til
væksthusbelysning på markedet, og nogle
som siges at kunne erstatte højtryksnatrium lamper. Problemet med mange af
disse er, at man ikke får reel information
om deres egenskaber og kvalitet. I nogle
tilfælde får man kun at vide, hvor stor
en elektrisk effekt lamperne benytter,
men intet om den samlede lysstrøm, der
udsendes målt i µmol/s, den tilsvarende
effektivitet eller lysfordeling.
Nogle steder skrives blot at ”farvesammensætningen er optimal”, men forskningsresultater viser, at der ikke er én optimal
sammensætning, men at den er artsspecifik,
og det vil derfor være vigtigt at kende den
spektrale sammensætning af lyset.
I praksis har man brug for at vide
hvor mange lamper, der skal benyttes for
at opnå en given lysmængde her målt i
µmol/s/m2, og til det har man brug for
at vide hvor meget lys, der udsendes fra
lampen, og hvorledes det udsendes, det
vil sige en lysfordelings kurve.
På DTU Fotonik vil der i løbet af det
næste halve år blive installeret nye testgartner tidende · Nr. 9 2012
faciliteter, der vil kunne karakterisere
større LED lampers lysfordeling, lysstrøm,
effektivitet og farvesammensætning og
dermed kunne give gartnere en bedre information om LED produkters egenskaber.
Der er søgt fælles midler for SDU, KU, AU
og DTU til at uddybe vores viden om LED
til planteproduktion, da de fire universiteter er hovedaktører indenfor LED og
kunstlysstyring.
Mål lyset rigtigt
Når man ser på nytteværdien af de
nye lamper i gartnerierne, fremkommer
spørgsmålet om lysmåling igen. Her er
danske gartnerier ved at forstå betydningen af at måle på det lys, der har betydning for fotosyntesen, nemlig fotoner
(lyspakker) som µmol/s/m2 med en kvan
tumsensor, i stedet for den traditionelle
måling i lux, som kun har betydning for
menneskers synsevne.
Når det er sagt, er der dog også forskel mellem kvantumsensorer fra forskellige firmaer. Den ideelle sensor skal måle
mellem 400-700 nm, det vil sige det fotosynteseaktive lyse. Afhængigt af hvilke
type sensorer som bruges, skærer de ved
forskellige bølgelængder (figur 2).
Det er ikke kun LiCor, som laver brugbare sensorer for LED-lys, men som man
kan regne ud, er det de billigere sensorer,
der har den skæveste spektralfordeling.
Det er derfor vigtigt, at man sammenligner kvantumsensorens og LED-lampernes
spektrum. Og så er spørgsmålet, hvornår
klimacomputerfirmaerne konsekvent vil
tilbyde kvantumsensorer som standard. n
Elektrisk UdsendtFotosyntetisk
effekt pr. enhed lysmængde foton-effektivitet
[W]
[µmol/s]
[µmol/s/W]
Dyb rød ved 660 nm
1,68
4,0
2,4
Blå ved 450 nm
2,1
4,2
2,0
Kold hvid (30 % blå andel)
2,24
3,7
1,7
Neutral hvid (20 % blå andel) 2,24
3,2
1,4
Varm hvid (7 % blå andel)
2,24
3,2
1,4
Agrolite XT
1000
1850
1,9
SON Agro
430
670
1,6
LED typer
Højtryksnatrium lamper
Tabel 1. Beregnede fotosyntetisk foton-effektivitet af farvede og hvide LEDer på baggrund af datablads værdier ved en operations-strøm på 700 mA og -temperatur på
25°C (data for henholdsvis Luxeon Rebel direct color og Cree XLamp XP-G), sammenlignet med to typer af højtryksnatrium lamper. De forskellige typer af hvide LED vil have
forskelligt blå andel.
Figur 2. Forholdet mellem
lysudsendelse fra blå og røde
LEDer og den spektrale følsomhed i nogle almindelige lysmålere; de traditionelle fotometre
(lux, grå stiplet linje) og to
kvantumsensorer (µmol/m2/s)
fra LiCor (oran-ge) og Apogee
(grøn stiplet linje). Fotometeret kan overhovedet ikke
bruges til rødt/blåt LED-lys,
da det meste af LED-lyset ikke
registreres, og Apogee’s kvantumsensor måler for lidt for
begge LEDer men mest forkert
for den røde.
25