Посібник із розміщення та покриття фітоламп: висота і PPFD

Під час розроблення схеми фітоламп необхідно разом оцінювати кількість світильників, відстань між ними, висоту підвішування, розмір рослинного покриву, перекриття зон освітлення та карту PPFD на рівні рослинного покриву. Високе значення в центрі не показує, чи отримують краї й кути достатньо світла та чи немає у схемі гарячих плям, тьмяних коридорів або недостатньої рівномірності.

Цей посібник присвячено саме розміщенню та покриттю. Якщо ви обираєте довжини хвиль або намагаєтеся зрозуміти реакції рослин на якість світла, прочитайте наш посібник із наукових основ спектра світлодіодних фітоламп. Для планування приміщення навколо системи освітлення скористайтеся посібником із планування приміщення для вирощування або посібником із планування теплиці.

Якщо вам потрібен планувальник фітоламп або візуальний робочий простір для їх розміщення, перегляньте Garden Architect. Використовуйте його для впорядкування схеми, а потім перевірте покриття за даними світильників і картою PPFD на рівні рослинного покриву.

Упродовж процесу планування ви використовуватимете два показники освітлення:

• Щільність потоку фотосинтетичних фотонів (PPFD) вимірює кількість фотосинтетичних фотонів, що щосекунди потрапляють у певну точку рослинного покриву. Одиниця вимірювання — µmol m⁻² s⁻¹.
• Добовий інтеграл світла (DLI) визначає загальну кількість фотосинтетичних фотонів, що надходять упродовж доби. Одиниця вимірювання — mol m⁻² d⁻¹.

Стандарт ANSI/ASABE щодо випромінювання для рослин визначає ці величини. PPFD описує карту в певний момент. DLI пов’язує цю інтенсивність із тривалістю освітлення. Електрична потужність у ватах не замінює жодного з цих показників, оскільки вати характеризують споживання електроенергії, а не фотони, що досягають рослин.

Додаткова дія для наявних користувачів: Відкрити Garden Architect

Зміст

• Узгодьте світильники з площею рослинного покриву
• Визначте відстань і перекриття зон освітлення
• Перекриття зон освітлення фітоламп
• Прочитайте або створіть карту PPFD
• Виберіть висоту підвішування
• Перевірте рівномірність і спад освітленості на краях

Узгодьте світильники з площею рослинного покриву

Корисна схема фітоламп починається з площі насаджень і цільового значення PPFD або DLI для конкретної культури, а завершується виміряною картою. Між цими етапами ви оцінюєте кількість світильників, розміщуєте реальні розподіли світла світильників на визначеній висоті, перевіряєте перекриття й межі та коригуєте проєкт, перш ніж вважати його робочим планом.

Зберіть вихідні дані перед розміщенням світильників

Запишіть ширину й глибину площі насаджень, а не лише розміри приміщення. Прохід, резервуар, сервісний проміжок або незасаджена частина стелажа не повинні мати той самий статус, що й рослинний покрив. Позначте кожну окрему поверхню рослинного покриву, якщо яруси або столи розташовані на різній висоті.

Далі визначте очікувану площину верхівки рослинного покриву. Висота підвішування означає відстань від світловипромінювальної поверхні до цієї площини. Вимірювання висоти приміщення недостатньо, оскільки рослини ростимуть у напрямку світильника. Запланована відстань має враховувати найближче очікуване положення рослинного покриву, а не лише висоту щойно висадженої розсади.

Виберіть цільове значення з перевірених даних про рослину або дослідження конкретної культури. Уникайте узагальненого цільового значення для «кімнатних рослин». Культура, сорт, стадія росту, температура й виробнича мета можуть змінювати корисний DLI або PPFD. Gavhane та колеги встановили, що різні фотоперіоди за однакового PPFD дали різні результати в одній системі вирощування салату айсберг. Walters та колеги виявили, що реакції пряних культур на DLI також змінювалися залежно від культури й середньої добової температури. Ertle і Kubota повідомили про специфічний для сорту компроміс між DLI наприкінці циклу, крайовим опіком листя салату та врожайністю.

Якщо джерело наводить DLI, а освітлення працюватиме зі сталою потужністю, перетворіть DLI на середній PPFD:

середній PPFD = цільовий DLI ÷ (години освітлення × 0.0036)

Зворотний розрахунок:

DLI = середній PPFD × години освітлення × 0.0036

Константа перетворює мікромолі за секунду на молі за добу. Ці рівняння пов’язують PPFD і фотоперіод, але не доводять, що будь-які дві комбінації з однаковим DLI дадуть однаковий урожай. Реакція культури також може залежати від температури, сорту, стадії та часу подавання світла.

Наприклад, середній PPFD 240 µmol m⁻² s⁻¹ за 16-годинного фотоперіоду дає 13.82 mol m⁻² d⁻¹, що округлюється до DLI 14 mol m⁻² d⁻¹. Значення 300 µmol m⁻² s⁻¹ упродовж тих самих 16 годин дає 17.28 mol m⁻² d⁻¹, а не 15. Саме тому PPFD, DLI та фотоперіод потрібно перевіряти як єдиний набір, перш ніж переносити їх у схему.

Оцініть кількість світильників

Необхідні дані світильника — це потік фотосинтетичних фотонів (PPF), зазначений у µmol s⁻¹, а також просторовий розподіл інтенсивності або карта рослинного покриву на вказаній висоті. Рекламне позначення площі покриття без висоти, нанесеної на карту площі й цільового PPFD не надає достатньої інформації для розроблення схеми.

Спочатку оцініть потік фотонів, потрібний площі насаджень:

потрібний отриманий потік фотонів =
цільовий середній PPFD × площа насаджень

Потім урахуйте коефіцієнт використання фотонів — частку випромінених світильником фотонів, які досягають цільової поверхні:

початкова кількість світильників =
потрібний отриманий потік фотонів
÷ (PPF світильника × оцінений коефіцієнт використання фотонів)

Округліть результат угору до цілого світильника. Balasus та колеги визначають коефіцієнт використання фотонів як отриманий потік фотонів, поділений на випромінений потік фотонів системи освітлення. Цей розрахунок є початковою оцінкою на основі такого співвідношення та стандартизованих величин PPFD і PPF. Це не фотометричний розрахунок схеми, а припущення щодо коефіцієнта використання має залишатися видимим поруч із результатом.

Розгляньмо засаджену поверхню площею 2 m² із цільовим середнім PPFD 220 µmol m⁻² s⁻¹. Рослинному покриву потрібен отриманий потік фотонів 440 µmol s⁻¹. Якщо кожен світильник випромінює 300 µmol s⁻¹ і припустити коефіцієнт використання фотонів 0.70, оцінка становить 440 ÷ 210 = 2.10 світильника, тому в першому варіанті використовують три. Цей приклад не доводить, що три світильники забезпечать цільове значення в кожній точці. Їхні розподіли все одно можуть утворити яскравий центр і тьмяні краї.

Перетворіть оцінку на схему

Розмістіть оцінену кількість світильників над фактичним контуром рослинного покриву. Використовуйте розподіл інтенсивності від виробника, файл IES або карту PPFD для запропонованої висоти підвішування, якщо вони доступні. Зберігайте в плані всі моделі світильників, оптику, налаштування димерів та орієнтацію. Карта від іншої моделі або для іншої висоти не є взаємозамінною.

Плануйте освітлення всього рослинного покриву, а не просто розставляйте центри світильників у візуально охайну сітку. Внутрішні точки часто отримують світло від більшої кількості сусідніх світильників, ніж точки по периметру. Harbick і Mattson описали це як мішенеподібний рисунок: середина стає яскравішою, а краї та кути залишаються темнішими. В їхній оптимізованій експериментальній схемі світло змістили до периметра й змінили висоту світильників у центрі. У ній використали 16 світильників замість 20, водночас підвищивши рівномірність за співвідношенням мінімуму до середнього з 79% до 95%. Ці значення стосуються випробуваної системи, але результат показує, чому розміщення на основі вимірювань може бути кращим за регулярну сітку.

Використайте першу схему, щоб відповісти на чотири практичні запитання:

1. Чи досягає оцінений середній PPFD цільового значення для культури?
2. Чи залишає мінімальний PPFD будь-яку частину площі насаджень значно нижче цього цільового значення?
3. Чи виявляє максимальний PPFD гарячу пляму, яку приховує середнє значення?
4. Чи включено краї й кути до розрахунку?

Якщо будь-яка відповідь непевна, план ще не завершено. Скоригуйте кількість, положення, висоту, орієнтацію або димування світильників, а потім знову складіть карту.

Контрольна точка рішення: Перегляньте Garden Architect, щоб розмістити світильники в ширшому плані саду. Використовуйте сцену для впорядкування світильників, ярусів і площ насаджень, а потім підтвердьте покриття за даними світильників і вимірюваннями на рівні рослинного покриву.

Визначте відстань і перекриття зон освітлення

Визначайте відстань між фітолампами, порівнюючи їхні розподіли інтенсивності на рівні рослинного покриву за запланованої висоти підвішування. Переміщуйте сусідні світильники, доки їхнє перекриття не заповнить коридор із низьким PPFD між ними, не створюючи надмірно яскравої смуги. Урахуйте краї й кути, а потім перевірте відстань за повною картою PPFD. Універсальної відстані, незалежної від світильника, не існує.

Починайте з рисунка світлового пучка, а не з корпусу

Відстань між корпусами світильників сама по собі мало про що свідчить. Два лінійні світильники можуть мати різний крок світлодіодів, оптику, потужність, довжину й розподіл інтенсивності. Тому корисна відстань між ними може відрізнятися, навіть якщо їхні зовнішні розміри здаються подібними.

Почніть із поперечного перерізу двох сусідніх карт світильників. Розгляньте PPFD безпосередньо під кожним світильником і в середній точці між ними. Якщо значення в середній точці набагато нижче локального цільового значення, зблизьте світильники, підніміть їх для змішування розподілів, змініть орієнтацію або виберіть розподіл, який відповідає площі. Якщо середня точка стає найяскравішою смугою, розсуньте, опустіть або приглушіть світильники чи перегляньте їхню кількість.

Використовуйте контур рослинного покриву як межу для перевірки відстані. Не слід за звичкою встановлювати перший світильник на відстані, що дорівнює половині міжцентрового інтервалу від стіни. Його слід розташувати там, де реальний розподіл підтримує освітлення засадженого краю, не спрямовуючи необґрунтовано велику частку випромінювання за межі цільової поверхні.

Розглядайте висоту й відстань як одне рішення

Підняття світильника зазвичай поширює його розподіл на більшу площу, але також може призвести до виходу більшої кількості фотонів за межі засадженої ділянки. Опускання може поліпшити захоплення фотонів та інтенсивність, проте світильник із великим кроком світлодіодів або вузькими локальними пучками може утворювати смуги чи прогалини до того, як ці пучки змішаються.

Sheibani та колеги випробували один щільний світильник із регулюванням яскравості на висоті 45, 35, 25 і 15 cm над рослинним покривом салату. За сталого PPFD 160 µmol m⁻² s⁻¹ споживання енергії протягом 15-денного циклу вирощування знизилося з 40 kWh на висоті 45 cm до 20 kWh на висоті 15 cm, без істотної різниці в біомасі під час цього випробування. Без димування PPFD зріс із 160 до 480 µmol m⁻² s⁻¹, коли світильник перемістили з 45 до 15 cm. Попередній світильник із рідшим розміщенням світлодіодів не можна було використовувати так близько, оскільки його пучки змішувалися нерівномірно.

Це дослідження підтверджує доцільність освітлення поблизу рослинного покриву, коли це дозволяють геометрія світильника й засоби керування. Воно не робить 15 cm універсальною висотою підвішування. Інша панель, досліджена Wong і Zhou, ставала рівномірнішою зі збільшенням відстані, якщо тільки рефлектори й лінзи не змінювали розподіл. Ці два висновки сумісні, оскільки крок світильника, оптика, рефлектори, розміри й висота діють разом.

Повторюваний процес визначення відстані

1. Накресліть контур насаджень і позначте очікувану висоту рослинного покриву.
2. Виберіть одну можливу висоту підвішування в межах задокументованих умов використання світильника.
3. Імпортуйте або виміряйте розподіл світильника на цій висоті.
4. Розмістіть перші світильники й перевірте PPFD у середній точці між ними.
5. Додайте до тієї самої карти точки по периметру й у кутах.
6. Переміщуйте світильники невеликими задокументованими кроками.
7. Порівнюйте мінімум, максимум, середнє значення й рівномірність після кожної зміни.
8. Збережіть схему, яка забезпечує цільове значення по всій площі насаджень із прийнятним компромісом між кількістю світильників, потужністю та виходом фотонів за межі.
9. Виміряйте встановлену систему, перш ніж покладатися на неї.

Не копіюйте міжцентрову відстань із дослідження як загальне правило. Gavhane та колеги використали чотири трубки на відстані 15 cm одна від одної у власній вертикальній гідропонній конструкції. Zou та колеги використали 12 трубок із кроком 20 cm, а потім відкоригували їхні кути на основі карти PPFD. Ці розміри описують конкретні експериментальні системи. Повторюваний урок полягає в тому, щоб складати карту, коригувати й вимірювати.

Практична дія: Перегляньте Garden Architect, щоб розмістити можливі світильники й зафіксувати їхнє положення відносно площі насаджень. Наявні користувачі потім можуть відкрити налаштування, але візуальне розташування все одно потребує перевірки покриття на рівні рослинного покриву.

Перекриття зон освітлення фітоламп

Перекриття зон освітлення — це ділянка, де світло від двох або більше світильників потрапляє в ті самі точки рослинного покриву. Корисне перекриття піднімає значення в западинах між світильниками до цільового рівня культури. Недостатнє перекриття залишає смуги або тьмяні коридори. Надмірне перекриття може створити яскраву центральну смугу, тоді як межа все ще отримуватиме замало світла.

Розглядайте перекриття як додавання по всьому рослинному покриву

У кожній точці карти PPFD дорівнює сумі внесків, що надходять до неї від сусідніх світильників. Harbick і Mattson моделювали це додавання за допомогою даних інтенсивності світильників на рівні рослинного покриву. Wong і Zhou також підсумовували внески фотонів по нанесеній на карту цільовій поверхні. Отже, перекриття є вимірюваним питанням розподілу, а не заздалегідь вибраним відсотком.

Уявіть дві однакові зони освітлення світильників. Безпосередньо під кожним світильником може переважати одна зона. Поблизу середньої точки свій внесок роблять обидва світильники. На зовнішньому краї значний внесок може давати лише один світильник, а частина його розподілу може виходити за межі площі насаджень. Тому центр може досягати або перевищувати цільове значення, тоді як край залишатиметься тьмяним.

Розрізняйте в плані чотири терміни:

• Зона освітлення світильника — це розподіл PPFD від одного світильника на визначеній висоті та з визначеним налаштуванням.
• Перекриття зон освітлення — це ділянка, де додаються розподіли сусідніх світильників.
• Спад освітленості на краях — це нижчий PPFD поблизу межі через внесок меншої кількості світильників і вихід частини фотонів за межі площі насаджень.
• Рівномірність — це статистичний показник, розрахований за повною картою. Це не візуальна оцінка, заснована на симетрії світильників.

Усуньте западини, не створюючи гарячої плями

Коли карта показує коридор із низькою освітленістю між світильниками, перевірте, чи є причиною міжцентрова відстань, висота підвішування, орієнтація світильників або вузький розподіл. Змінюйте по одній змінній, щоб бачити, яка саме зміна поліпшила карту.

Більша кількість світильників може заповнити западину, але це не єдиний варіант. Harbick і Mattson поліпшили свою експериментальну схему, змінивши розміщення й висоту та використавши менше світильників, ніж у регулярній схемі. Zou та колеги змінювали кути трубок і повторювали вимірювання сітки. Ці приклади віддають перевагу коригуванню на основі вимірювань, а не додаванню світильників, доки середнє значення не стане достатньо високим.

Димування може допомогти, коли вся центральна зона має високі значення, а периметр залишається поблизу цільового рівня. Якщо димування всіх світильників також опускає периметр нижче цільового значення, спочатку змініть геометрію. Можливо, потрібно перемістити зовнішні світильники до межі, змінити висоту центрального світильника, використати зони з незалежним керуванням або вибрати розподіл, краще узгоджений із рослинним покривом.

Відбивні бічні поверхні — ще один можливий спосіб коригування меж. У спеціальній матриці, змодельованій Wong і Zhou, бічні рефлектори перенаправляли світло, що виходило за межі, і змінювали як середню опроміненість, так і рівномірність. Рефлектори не створюють фотонів. Вони перенаправляють частину світла, яке інакше не потрапило б на цільову поверхню. Поліпшення в дослідженні було пов’язане з конкретними рефлектором, лінзою, панеллю та відстанню, тому його не слід копіювати як універсальний приріст продуктивності.

Якщо ви додаєте відбивний матеріал навколо реальної зони вирощування, ураховуйте в проєкті повітрообмін, вологість, температуру, санітарні умови, доступ і пожежну безпеку. Sheibani та колеги встановили, що відбивні завіси не давали однакової реакції культури за всіх випробуваних умов PPFD і могли перешкоджати руху повітря. Розглядайте відбивні межі як одну зі змінних системи, а не як безкоштовне виправлення невдалої відстані.

Перевіряйте перекриття на кількох висотах рослинного покриву

Схема світильників може здаватися рівномірною на висоті розсади й стати смугастою, коли рослинний покрив виросте ближче до світильників. Корисний діапазон залежить від геометрії світильника й очікуваної висоти культури.

До встановлення складіть карту для найменшої очікуваної відстані між світильником і рослинним покривом, якщо це підтримують ваше програмне забезпечення або дані світильника. Після встановлення повторно перевірте карту, коли висота рослинного покриву зміниться достатньо, щоб вплинути на розподіл. Дослідження освітлення поблизу рослинного покриву й матриць на малих відстанях показують, що співвідношення висоти, кроку, оптики та меж визначає, чи рівномірно змішуються розподіли.

Практична дія: Перегляньте Garden Architect, щоб порівняти можливі положення світильників у повній схемі. Позначте всі заплановані зони перекриття, коригування периметра й припущення щодо висоти, щоб їх можна було перевірити після встановлення.

Прочитайте або створіть карту PPFD

Карта PPFD фіксує інтенсивність світла в регулярному наборі точок на рівні рослинного покриву по всій площі насаджень. Вона має включати периметр і кути, а також показувати мінімум, максимум, середнє значення й названий показник рівномірності. Використовуйте карту, щоб знаходити гарячі плями й тьмяні зони, коригувати схему та повторювати вимірювання.

Побудуйте вимірювальну сітку

Розмістіть усі точки вимірювання датчика на одній опорній площині. Для живої культури цією площиною є верхівка рослинного покриву. Для порожньої установки закріпіть датчик на запланованій висоті рослинного покриву. Запишіть вертикальну відстань від світловипромінювальної поверхні світильника до цієї площини.

Розділіть площу насаджень на регулярну сітку. Сітка має бути достатньо дрібною, щоб виявляти зміни між світильниками й поблизу меж. Універсальної кількості точок не існує, оскільки мала панель, довгий лінійний світильник, приміщення й багатоярусний стелаж мають різні просторові масштаби.

Дослідницькі сітки показують, як методи адаптуються до системи. Zou та колеги виміряли 63 точки в сітці дев’ять на сім на 30 cm нижче 12 світлодіодних трубок. Wong і Zhou виміряли одну панель розміром 88 cm на 54 cm у сітці 32 на 28 на відстані 15 cm. Harbick і Mattson розрахували точки на рівні рослинного покриву за даними IES, а потім перевірили прогноз квантовим датчиком. Це методи досліджень, а не обов’язкові шаблони для кожного приміщення вирощування.

Завжди включайте:

• Чотири кути кожного засадженого прямокутника
• Точки вздовж кожного засадженого краю
• Точки безпосередньо під репрезентативними світильниками
• Середні точки між сусідніми світильниками
• Будь-який видимий стик, смугу, тінь або зміну геометрії підвішування

Не вилучайте низьке значення в куті лише тому, що воно зменшує середнє. Вимірювання на краях і в кутах часто виявляють проблему покриття, яку не показує вимірювання в центрі. Harbick і Mattson, Sheibani та колеги, а також Zou та колеги повідомляли про втрати на межах або нижчі значення на краях у відповідних системах.

Вимірюйте в контрольованих умовах

Використовуйте квантовий датчик для збирання показників PPFD на рівні рослинного покриву, як це робили в дослідженнях Gavhane та колег, Harbick і Mattson, а також Zou та колег. Підтримуйте однакове положення датчика й потужність світильників по всій сітці, щоб кожна точка належала до однієї карти.

Разом із показниками запишіть модель світильника, висоту підвішування, орієнтацію, налаштування потужності, крок сітки, дату й стан рослинного покриву. Ці відомості дають змогу відтворити карту після зміни схеми або висоти рослинного покриву.

Якщо програмне забезпечення генерує карту за даними виробника, позначте її як розрахункову. Карта встановленої системи все одно необхідна, оскільки фактичні положення світильників, монтажні допуски, стіни, стелажі й висота рослинного покриву можуть відрізнятися від проєкту. Harbick і Mattson повідомили, що показники їхнього квантового датчика збігалися з розрахованим PPFD на рівні рослинного покриву в межах 2 µmol m⁻² s⁻¹, але такої відповідності було досягнуто завдяки конкретному фотометричному й вимірювальному процесу.

Розрахуйте статистичні показники карти

Додайте всі значення сітки й поділіть на кількість точок, щоб знайти середній PPFD. Окремо запишіть найнижче й найвище значення. Потім назвіть рівняння, використане для рівномірності.

Для зрозумілої початківцям перевірки схеми використовуйте рівномірність за співвідношенням мінімуму до середнього:

рівномірність за співвідношенням мінімуму до середнього =
мінімальний PPFD ÷ середній PPFD

Якщо мінімум становить 170 µmol m⁻² s⁻¹, а середнє значення — 200 µmol m⁻² s⁻¹, рівномірність за співвідношенням мінімуму до середнього дорівнює 0.85, або 85%. Друга схема з таким самим середнім значенням може мати мінімум 100 і максимум 300. Саме лише середнє значення приховало б і тьмяну зону, і гарячу пляму.

Термін «рівномірність» неоднозначний без формули. Harbick і Mattson повідомляли про кілька показників, зокрема співвідношення мінімуму до середнього, мінімуму до максимуму, середнього до максимуму, середнє абсолютне відхилення та стандартне відхилення. Wong і Zhou у своїй роботі визначали рівномірність як мінімум, поділений на середнє значення. Щоразу, коли порівнюєте карти, указуйте вибраний показник.

Не застосовуйте єдиний поріг успішності чи невдачі до кожного вирощування. Zou та колеги вимагали щонайменше 80% рівномірності за співвідношенням мінімуму до середнього як експериментальний контроль. Wong і Zhou проєктували конкретні матриці для значення щонайменше 0.70 та повідомляли про значення понад 0.80 у деяких конфігураціях. Ці пороги належать до проєктів відповідних досліджень. Ваш прийнятний рівень має відповідати культурі, світильнику, виробничим допускам, методу вимірювання й застосовному стандарту проєктування.

Використовуйте цикл складання карти й коригування

Колір може полегшити швидкий перегляд карти, але залишайте значення видимими. Плавний колірний градієнт може приховати вузьку ділянку з низьким значенням, якщо сітка надто груба. Спочатку прочитайте числа, а потім використовуйте візуалізацію для пошуку закономірностей.

Класифікуйте кожну проблему, перш ніж переміщувати світильники:

• Центральна гаряча пляма вказує на надмірний внесок у внутрішній частині відносно межі.
• Тьмяний коридор вказує на недостатнє змішування сусідніх розподілів.
• Тьмяний периметр вказує на замалий внесок світильників на краю або надмірний вихід фотонів за межі.
• Смугаста карта може свідчити про надто малу висоту підвішування для кроку світлодіодів або орієнтації світильника.
• Одна ізольована точка з низьким значенням може бути тінню, похибкою вимірювання або локальною перешкодою, тому її слід виміряти повторно.

Змініть одну змінну, повторіть вимірювання всієї сітки й порівняйте статистичні показники за однакових умов. Збережіть попередню карту. Запис до й після зміни покаже, чи виправило коригування найслабшу ділянку, чи лише перемістило проблему в інше місце.

Практична дія: Перегляньте Garden Architect, щоб пов’язати карту PPFD із фізичним розташуванням світильників і засаджених поверхонь. Планувальник упорядковує схему, а виміряна сітка визначає, чи працює покриття.

Виберіть висоту підвішування

Висота підвішування одночасно змінює інтенсивність, змішування пучків, захоплення фотонів і втрати на краях. Нижче розміщений світильник може зменшити вихід фотонів за межі й споживання енергії, якщо його розподіл залишається рівномірним, але також може виявити прогалини або гарячі плями. Вибирайте висоту разом зі схемою світильників, а потім порівнюйте карти рослинного покриву для найменшої очікуваної відстані до культури.

Чому ближче не завжди краще

Коли потужність залишається сталою, наближення світильника зазвичай підвищує PPFD у точках під ним. Вплив на весь рослинний покрив залежить від розміру світильника, кроку світлодіодів, оптики, орієнтації та меж. Довгі лінійні світильники й панелі на малих відстанях не слід вважати ідеальними точковими джерелами, тому закон обернених квадратів не є точним правилом розрахунку схеми для кожного світильника.

Дослідження Sheibani та колег щодо освітлення салату поблизу рослинного покриву показало потенційну перевагу. Коли щільний світильник димували для підтримання 160 µmol m⁻² s⁻¹, зменшення відстані від світильника до рослинного покриву з 45 cm до 15 cm удвічі знизило зареєстроване споживання енергії освітлення протягом 15-денного циклу. Ті самі дослідники відмовилися від першого світильника з рідким розміщенням світлодіодів для близького використання, оскільки він не забезпечував достатнього перекриття пучків.

Wong і Zhou досягли високої рівномірності на малій відстані завдяки спеціальному поєднанню кроку світлодіодів, лінз і бічних рефлекторів. Один результат проєктування перевищив рівномірність 0.80, коли відстань від світлодіодів до рослинного покриву становила половину випробуваного кроку матриці. Це співвідношення стосується конструкції їхньої панелі. Воно не є загальною формулою висоти підвішування.

Ці дослідження вказують на умовне правило: опускайте світильник лише доти, доки вся площа насаджень залишається в межах прийнятих значень карти. Якщо мінімум знижується, з’являються смуги або максимум надто сильно перевищує цільове значення, світильник розташовано надто близько для такої геометрії й налаштування потужності.

Чому вище не завжди означає рівномірніше

Більша відстань може допомогти сусіднім пучкам змішатися, але також може розсіяти фотони за межі культури. Карта може виглядати плавнішою, тоді як коефіцієнт використання фотонів знижується. Тому підняття світильника й збільшення потужності для відновлення середнього PPFD може обміняти краще просторове змішування на більші втрати й споживання енергії.

Тут важливий контур рослинного покриву. Велика цільова площа під широким світильником може захоплювати іншу частку випромінених фотонів, ніж вузький стіл під тим самим світильником. Balasus та колеги показали, що коефіцієнт використання фотонів змінюється залежно від ефективної цільової площі. Sheibani та колеги спостерігали більший вихід фотонів за межі біля країв стола за більшої відстані.

Тому рівномірність потрібно розглядати разом із мінімумом, максимумом, середнім значенням і потужністю, потрібною для їх отримання. Схема з добрим співвідношенням, але середнім значенням нижче цільового для культури, усе одно має недостатнє освітлення. Схема з добрим середнім значенням, але низьким мінімумом усе одно залишає частину культури позаду. Схема, що відповідає обом вимогам лише за непрактичного налаштування потужності, може потребувати іншої геометрії або краще підібраного світильника.

Установіть монтажну висоту

Для остаточного вибору висоти дотримуйтеся такої послідовності:

1. Визначте найближче й найдальше очікувані положення рослинного покриву.
2. Отримайте або створіть розподіли світильника для можливих відстаней у межах цього діапазону.
3. Порівняйте середній PPFD, мінімальний PPFD, максимальний PPFD, рівномірність за співвідношенням мінімуму до середнього й оцінений коефіцієнт використання фотонів.
4. Перевірте периметр на вихід фотонів за межі, а внутрішню частину — на наявність гарячих смуг.
5. Переконайтеся, що світильник можна димувати або розділити на зони керування, якщо за найближчого положення рослинного покриву PPFD перевищує планове значення.
6. Виберіть систему кріплення, здатну стабільно підтримувати заплановану відстань.
7. Виміряйте карту встановленої системи на рівні рослинного покриву.
8. Повторно перевірте її після істотного росту рослинного покриву або зміни положення світильника.

Відокремлюйте реакцію культури від характеристик схеми. В одній системі вирощування салату айсберг Gavhane та колеги виявили найбільшу свіжу масу й ефективність використання ресурсів за DLI 11.5 mol m⁻² d⁻¹ при 200 µmol m⁻² s⁻¹ протягом 16 годин. Вищий DLI 14.4 у тому самому випробуванні зменшив кілька показників росту. Zou та колеги рекомендували різні рівні PPFD для двох випробуваних сортів салату на основі компромісів між урожайністю й енерговитратами. Ці значення є прикладами результатів, специфічних для сортів і систем, а не цільовими значеннями для всього салату.

Перевірте рівномірність і спад освітленості на краях

Остаточна перевірка має включати мінімум, максимум і середнє значення для рослинного покриву, а також названий показник рівномірності, наприклад мінімальний PPFD, поділений на середній PPFD. Окремо перевірте кути й засаджені краї, оскільки ці точки отримують внесок від меншої кількості світильників і можуть залишатися тьмяними, навіть коли центр досягає цільового значення.

Остаточна схема має відповідати на просте запитання: чи здатні встановлені світильники утримувати всю площу насаджень у межах плану для культури від найдальшого до найближчого очікуваного положення рослинного покриву? Якщо ні, перегляньте висоту, відстань, зони потужності, вибір світильників або межі насаджень і виконайте вимірювання знову.

Дія для ухвалення рішення: Перегляньте Garden Architect, щоб розмістити вибрані світильники, записати заплановану висоту й перевірити їхню сумісність зі стелажами, столами та зонами насаджень. Наявні користувачі можуть як додатковий крок відкрити Garden Architect. Зберігайте карту PPFD разом із проєктом, щоб креслення й виміряний результат залишалися пов’язаними.