Τίτλος Διάλεξης: Φωτισμός της καλλιέργειας με τεχνολογία LED. Δυνατότητες και προοπτικές. Χ. Λύκας

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «ΑΕΙΦΟΡΟΣ ΑΓΡΟΤΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ» Μάθημα: «Επίδραση του αβιοτικού και βιοτικού περιβάλλοντος στην παραγωγή των φυτών» Τίτλος Διάλεξης: Φωτισμός της καλλιέργειας με τεχνολογία LED. Δυνατότητες και προοπτικές Χ. Λύκας

2 Φωτισμός Σημαντικότερη παράμετροι φωτισμού: Ένταση (γιαταπερισσότεραφυτά25 έως 40 Wm -2 είναι αρκετά) Ποιότητα (Φάσμα, λόγος R/FR και Β/R) Διάρκεια (Φωτοπερίοδο)

3 Φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης Η επιλεκτική χρήση συγκεκριμένου φάσματος της ακτινοβολίας για τη φωτοσύνθεση αποτελεί τη βασική αρχή του φωτισμού με LED

4 Φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (PAR) Το ορατό φάσμα,δηλαδή,από 400 nm (βαθύ ιώδες) έως και τα 700 nm (βαθύ κόκκινο), ονομάζεται Photosynthetic Active Radiation ( PAR). H ραδιομετρική μονάδα ισχύος του φωτός σε αυτή τη περίπτωση είναι τα μmol sec -1 Γενικά 1Wm -2 = 4.6 μmol m -2 s -1 Άρα 25 έως 40 Wm -2 αντιστοιχούν σε 115 έως 184 μmol m - 2 s -1

5 Επίδραση του φάσματος στα φυτά Χαμηλός λόγος R/FR μειώνει το ύψος των φυτών Ο μπλέ φωτισμός περιορίζει την ανάπτυξη των μεσογονατίων διαστημάτων

6 Ανάγκες σε μονοχρωματική ακτινοβολία Το κυανό φως κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης είναι απαραίτητο σε ποσότητα μέχρι και % της συνολικής PAR. Η έλλειψη του προκαλεί έντονα φαινόμενα επιμήκυνσης του βλαστού, δυσμορφίες και παραμορφώσεις, αδύναμο ριζικό σύστημα, μειωμένη αναπνοή και διαπνοή. Το κόκκινο φώς Σε υπερβολική αναλογία (πάνω από 75%) σε σχέση με τα υπόλοιπα μήκη,προκαλεί κλείσιμο των στομάτων στα φύλλα. Προάγει την αδυναμία πρόσληψης CO 2 απότοφυτό. Προκαλεί έντονα φαινόμενα επιμήκυνσης του βλαστού αν δεν συνδυάζεται με κυανό φως. Ορισμένα είδη αποδίδουν καλύτερα σε άλλα μήκη και όχι στο κόκκινο (π.χ. η αγγουριά που "λατρεύει" το κίτρινο-πορτοκαλί φως ή τα μωβ/κυανά φυτά...) Προάγει την ανθοφορία.

7 Απαραίτητα στοιχεία τεχνητού φωτισμού Ερυθρή ακτινοβολία : (optim. 660) Κυανή ακτινοβολία: (optim. 455) Απορρόφηση ακαιb χλωροφύλλης Ένταση ακτινοβολίας 25 έως 40 Wm -2

8 Τι είναι LED Η δίοδοςεκπομπήςφωτός(light Emitting Diode) είναι μία ημιαγώγιμος δίοδος που εκπέμπει φως όταν ηλεκτρικό ρεύμα εφαρμόζεται με ορθή πόλωση. Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται εξαρτάται από την χημική σύσταση του ημιαγώγιμου υλικού που χρησιμοποιείται, καιμπορείναείναι υπεριώδες, ορατό ή υπέρυθρο. Το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται, και, κατά συνέπεια, το χρώμα του, εξαρτάται από το χάσμα ενέργειας των υλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του

9

10

11 LED ισχύος

12 Εκτίμηση της ενέργειας της μονοχρωματικής ακτινοβολίας 1 mol φωτός=6.023*10 23 φωτόνια. Ενέργεια φωτονίου: Όπου: h = σταθερά Plank ( Js -1 ) c=ταχύτητα του φωτός (3*10 8 m s -1 ) και λ = το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (m) E=h c/λ Ενέργεια ενός φωτονίου κυανής ακτινοβολίας (455 nm) Eb ph =(6.63*10-34 )*(3*10 8 )/(455*10-9 ) = 4.37*10-19 J Αν έχουμε 1mol m -2 s -1 κυανής ακτινοβολίας (450 nm) Eb mol = 4.42*10-19 * 6.023*10 23 = J m -2 s -1 = Wm -2 Ενέργεια ενός φωτονίου ερυθρής ακτινοβολίας (660 nm) Eb ph =(6.63*10-34 )*(3*10 8 )/(660*10-9 ) = 3,01*10-19 J Αν έχουμε 1mol m -2 s -1 κυανής ακτινοβολίας (450 nm) Eb mol = 4.42*10-19 * 6.023*10 23 = J m -2 s -1 = Wm -2 Αντίστοιχα για 1 Watt μπλε ή κόκκινης ακτινοβολίας ο αριθμός των μπλέ φωτονίων είναι σημαντικά μικρότερος του αριθμού κόκκινων φωτονίων.

13 Εκτίμηση του λόγου ερυθρή/κυανή ακτινοβολία Επιθυμητή αναλογία Red/Blue 8:1 Αν θέλουμε να δώσουμε φωτισμό 36 Wm -2 τότε τα 32 W θα ως κόκκινο φως και τα 4 W ως μπλέ.

14 Εκτίμηση του λόγου ερυθρή/κυανή ακτινοβολία Επιθυμητή αναλογία Red/Blue 8:1 Αν θέλουμε να δώσουμε φωτισμό 36 Wm -2 τότε τα 32 W θα ως κόκκινο φως και τα 4 W ως μπλέ. To 1 Watt κόκκινο στα 640 nm έχει 136,6 lumens φωτομετρική ισχύ To 1 Watt μπλε στα 450 nm 13,66 lumens φωτομετρική ισχύ. Τεχνικά χαρακτηριστικά LED Απαιτούνται 175 LED κόκκινα 3 LED μπλέ

15 Παλαιά τεχνολογία PAR ακτινοβολίας h h

16 Νέα τεχνολογία LED για PAR ακτινοβολία

17

18 Απόσταση του φωτιστικού pnel από τα φυτά h h

19

20 Κατανομή του φωτισμού σε φωτιστικά LED

21 Πλεονεκτήματα της τεχνικής φωτισμού με LED Απόλυτος έλεγχος του φάσματος Έλεγχο των χαρακτηριστικών ανάπτυξης των φυτού Χαμηλή κατανάλωση Ψυχρός φωτισμός Μικρότερος χώρος εγκατάστασης Ελαφριά κατασκευή Μειονεκτήματα της τεχνικής φωτισμού με LED Μεγάλο κόστος Τεχνογνωσία