A beltéri, vertikális mezőgazdasági termesztés éghajlattól és évszaktól függetlenül, egész évben lehetőséget biztosít a friss, ízes, növényvédőszer-mentes zöldségek, bogyós gyümölcsök stb. előállítására. A mesterséges világítás alkalmazása elengedhetetlen a beltéri növények termesztéséhez.
A jövő lehetősége
A művelésre alkalmas termőterület nagysága alig növelhető a Földön, ezért új módszerek, technológiák kialakítására és bevezetésére lesz szükség a növekvő számú népesség élelmiszer-ellátásának a biztosítása érdekében. A jövő egyik lehetősége a beltéri, zárt terű, üvegházas jellegű kertészeti módszerek és ezek újabb változata, a vertikális növénytermesztési gazdálkodás alkalmazása. A következőkben, röviden, csak a beltéri növényházak LED-világításának alapismereteivel foglalkozunk.
A LED-fényforrások elterjedése
A fénykibocsátó diódák, a LED-ek a mesterséges világítótestek közül gyorsan válnak a kertészeti alkalmazások legnépszerűbb megoldásává. A hagyományos fényforrásokhoz képest a LED-ek előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a lámpatestek különböző színűek lehetnek, vagy széles, vagy teljes spektrumú megvilágítást kínálnak, ami azt jelenti, hogy a látható fény minden hullámhosszát kibocsátják. A LED-panelek emissziós spektruma és fényintenzitása a termesztett növényfaj fényigényéhez igazítható.
Sok LED fényerő-szabályozási funkcióval rendelkezik, ami kiválóan alkalmas az energiamegtakarításra, és lehetővé teszi a termelők számára a világítási ütemezés rugalmasságát. Az alacsony energiafogyasztás és a hosszú élettartam miatt a LED-lámpák ideális választást jelentenek, még akkor is, ha ma még drágábbak a többi fényforráshoz képest. Az alacsony hőkibocsátás, a kis méret, az igényeknek megfelelő könnyű kialakítás és az egyszerű kezelhetőség növeli a LED-ek alkalmazásának előnyeit.
Hullámhosszúság és színhőmérséklet
A fény hullámként terjed, a különböző színű fény hullámhossza más és más. A hullámhossz egy hullámforma két azonos helyzetű pontja közötti távolság. A látható fény hullámhossztartománya, spektruma 380 és 780 nanométer (rövidítése „nm”, a méter törtrésze, 1 nm = 10-9 m) érték között van (1. ábra).
A színhőmérséklet a látható fény megjelenésének egy jellegzetessége, jellemzése számértékét hőmérsékletegységgel, kelvinben (rövidítve „K”) rögzítik. Az egy fényforrás által okozott színérzetet, színhőmérsékletét a fényt sugárzó fekete test hőmérsékletének értékével jellemzik. A tradicionális izzólámpák esetében, mivel a fény izzásból származik, a színhőmérséklet jól egyezik az izzószál hőmérsékletével. A vörös árnyalatú, melegebb érzetű fény színhőmérséklete 1000 K, a fehér fényé 5000 K, a hideg érzetű kék égbolt 10 000 K színhőmérsékletű.
A PPF- és a PPFD-számérték jelentése
A PPF (Photosynthetic Photon Flux angol szavak rövidítése) lényegében a fotoszintézishez rendelkezésre álló (400 és 700 nm hullámhosszúságú) fényenergia mennyiségét mutatja meg mikromol per másodpercben (μmol/s) kifejezve egy adott fényforrás esetében. A fényforrás hatékonyságára, a villamos energia hasznosításának megítélésére szokás a PPF értékét egy watt villamosenergia-fogyasztásra vonatkoztatni (μmol/s/W, vagy μmol/J, egyszerűen PPF/W számértékkel).
A PPFD (a Photosynthetic Photon Flux Density angol szavak rövidítése) jelentése a növény levélfelületének négyzetméterére jutó fényenergia mennyisége mikromol per méternégyzet per másodperc (μmol/m2/s) értékben megadva. Minél magasabb a PPFD értéke, annál több fényenergia áll a növények rendelkezésére. A növények ezt a fényenergiát a fotoszintézis során arra használják, hogy a szén-dioxidot szénhidrátokká alakítsák, a növekedésük és szaporodásuk biztosítása érdekében. A PPFD-igény és a LED-fényforrás PPF-értéke ismeretében az egy terület megvilágításához szükséges fényforrások száma könnyen kiszámítható.
A növények fényigénye
A fény minősége, intenzitása és időtartama egyaránt jelentős szerepet játszik a növények növekedésében és fejlődésében (1. kép).
Kimutatható, hogy a látható fény színspektrumának összetétele (a kék, a piros/sárga és még a zöld is) különböző növekedési reakciókat vált ki a növényekben. A beltéri termesztés egyik előnye, hogy a termelők nem függenek a napfénytől, és szabályozhatják a növényeiket érő fény spektrumát, amivel a betakarított növények minősége és a terméshozama javítható.
A kék fény serkenti a növények vegetatív növekedését, különösen a növekedés korai szakaszában. A vörös fény kulcsfontosságú az olyan növények fejlődésében, mint a paradicsom és az eper. A virágzó növényekhez gyakran a piros és sárga fényt használják, mivel ez elősegíti a bimbózást, virágzást. A zöld fény a lombkorona fejlődését segíti, valamint a termelők számára bogarak, baktériumok, gombák, penészgombák és egyéb problémák korai észlelését könnyíti meg. A fény intenzitása is befolyásolja a növények növekedését (2. kép).
A nagy intenzitású fény növelheti a terméshozamot, de hőstresszt és károkat is okozhat a növényekben. Általában a szokásos PPDF-értékek μmol/m2/s mértékegységben néhány növény esetében a következő nagyságrendbe tartoznak: árnyéktűrő nővények, pl. páfrányok 100–200; leveles zöldek és fűszernövények, pl. saláta, spenót 400–600; termő növények, pl. paradicsom, paprika 800–1200; erős intenzitást igénylő, lédús termésű növények 1000 μmol/m2/s, illetve ennél nagyobb fényintenzitású megvilágítást igényelnek.
A fény időtartama is kulcsfontosságú, mivel a növényeknek minden nap meghatározott mennyiségű fényre van szükségük az optimális növekedéshez. A rövidnapos virágok, pl. krizantém, azálea, begónia 12 óra/nap, a hosszúnapos növények, pl. zöldségek, kerti virágok 18 óra/napfényen való tartózkodást igényelnek.
A LED-fényforrás és a növények közötti távolság döntő fontosságú a fény intenzitásának fenntartásában. Ha a fényt túl távol helyezzük el a növénytől, akkor nem kap belőle eleget a fotoszintézis aktiválásához, ám a túl közeli elhelyezése is negatívan befolyásolja a növekedésüket; a távolság követelménye ráadásul a különböző növekedési szakaszokban eltérő. A talaj tetejétől a LED-fényforrásig a kedvező távolság palántastádiumban 600–900 mm, vegetatív szakaszban 300–600 mm, virágzás és termés állapotban 400–900 mm. Ez a távolság természetesen a fény intenzitásától és a lámpatest kialakításától függően változhat.
LED-világítási eszközök
A LED-világítódiódát közel 35 éve találták fel, és azóta, a folyamatos fejlesztés eredményeként, alkalmazása a mindennapok részévé vált. Manapság több ezer különböző LED-világítótermék kapható a piacon. A cikk terjedelmének korlátai miatt most csak egy újdonságnak számító LED-kialakítást ismertetünk. Az OSL ON® Optimal, GR CSSRML.24 típusjelzésű, új LED az ausztriai és németországi székhelyű OSRAM GmbH terméke (3. kép).
A legújabb chiptechnológiájával készített LED-termékcsalád felépítése egy SMT-kerámiacsomag, szilikon lencsével. Ez választhatóan öt fényszín előállításra képes, és mind az üvegházak, mind pedig a vertikális gazdaságok minden igényét kielégíti. A GR CSRML.24 típus néhány adata: az alaplap mérete 3 × 3 mm, teljes magassága 2,13 mm, tömege 27,5 mg, működési hőmérséklete -40-től +125 oC -ig terjed a fényforrás hatékonysága (PPF/W) 3,53 μmol/J, névleges feszültsége (350 mA mellett) 2,09 V, típustól függő kibocsájtott fény hullámhossza 660–730 nm.
Egy lámpatestbe rendszerint több LED-diódát helyeznek el, vagy 12 mm széles szalagon a LED-ek egymástól 8 mm távolságra vannak beillesztve, és ezek a szalagok lámpatesteken, polcokon stb. elhelyezhetők. Ezzel a kivitellel lényegében tetszés szerinti LED-es világítás alakítható ki (4. kép).
Szerző: Dr. Varga Vilmos ny. okl. gépész- és villamosmérnök
