Wydarzenia branżowe | Trendy i kierunki  (2016-08-24)   OSRAM Opto Semiconductors

Rosną nowe możliwości stosowania diod LED

Dzięki wykorzystaniu technologii LED rolnictwo wertykalne, czyli uprawy piętrowe, w ściśle kontrolowanych warunkach, stają się realną alternatywą dla tradycyjnych upraw. To obecnie najszybciej rozwijający się obszar zastosowań oświetlenia LED przeznaczonego do uprawy roślin.
 
Światło jest niezbędne do przeżycia większości gatunków zamieszkujących naszą planetę. Rośliny wykorzystują światło, aby rozwijać się poprzez fotosyntezę, ale w procesie tym możliwe jest również wykorzystanie sztucznego światła. Pozwala to na kontrolowanie tempa wzrostu, kształtu i okresu kwitnienia roślin. Ilość światła, jego jakość (w rozumieniu składu spektralnego), a także czas oświetlania – wszystko to ma wpływ na właściwości roślin. W efekcie oświetlenie i jego technologiczny rozwój mają coraz większe znaczenie dla przemysłu rolniczego.

 

 
Wielkie wyzwania przyszłości
 
Europejski rynek świeżych warzyw i owoców (warty ponad 30 mld. euro, wg ICI Business) zmaga się obecnie z szeregiem problemów. Obejmują one niekorzystne zmiany klimatyczne, większą świadomość konsumentów w kwestiach zdrowia, zwiększony popyt na niszowe produkty (w tym tzw. superfood), wysokie koszty dostaw oraz naciski klientów na zapewnienie produkcji bardziej „zielonej” i „lokalnej”. Jeszcze większe wyzwania wynikają z trendów globalnych. Przewiduje się, że do 2050 r. na świecie będzie żyło 10 mld. ludzi, z czego aż 80 proc. na terenach miejskich. W najbliższych dekadach będzie więc gwałtownie rosło zapotrzebowanie na produkty spożywcze w miastach.
 
W obliczu tych wyzwań, przemysł rolniczy podjął działania, aby zwiększyć produkcję oraz skrócić czas potrzebny na dostarczenie produktów do konsumentów. Uprawy w szklarniach lub budynkach ze sztucznym i podlegającym kontroli oświetleniem stają się coraz popularniejszym sposobem, aby wykorzystać ograniczoną przestrzeń w aglomeracjach. Sztuczne oświetlenie pozwala uzupełniać naturalne światło, aby przyspieszyć rozwój roślin lub wręcz uprawiać rośliny bez naturalnego światła. Ponadto rolnicy mogą uprawiać owoce, warzywa i kwiaty, które nie są przystosowane do lokalnych warunków klimatycznych.
 
Uprawy wielopoziomowe, zwane także wertykalnymi, czyli takie w których rzędy roślin są umieszczane jedne nad drugimi, mają wiele przewag nad tradycyjnym rolnictwem. Przede wszystkim rolnictwo wertykalne zużywa znacznie mniej cennych zasobów. Według danych Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa, tradycyjne rolnictwo odpowiada za 30 proc. globalnego zużycia paliw kopalnych oraz 70% zużycia wody, z czego 50-80 proc. jest tracone ze względu na parowanie lub spływanie. Rolnictwo wertykalne, dzięki wykorzystaniu układów zamkniętych, wymaga 70-95 proc. mniej wody i pozwala radykalnie ograniczyć użycie środków ochrony roślin oraz koszty transportu, bo uprawy mogą być lokalizowane na terenach miejskich.
 
 
Światło daje kontrolę
 
Kluczowym wyzwaniem w rozwoju rolnictwa wertykalnego są systemy oświetleniowe. Obecnie w rolnictwie najczęściej stosowane są wysokoprężne lampy sodowe (HPS – High Pressure Sodium) o skuteczności świetlnej ponad 100 lm/W, które jednak nie zapewniają szerokiego zakresu długości fali. Ponadto, ze względu na wysokie zużycie energii oraz ciepło generowane przez lampy tego typu, konieczne jest zapewnienie znacznej odległości między źródłem światła i roślinami. W praktyce oznacza to, że lampy HPS są zwykle umieszczane wysoko nad roślinami jako oświetlenie górne. Kolejnymi wadami systemów HPS są krótka żywotność (ok. 8000 h) oraz słaba efektywność kosztowa lamp o niskiej mocy.
 
Światło LED      
może stymulować  
wzrost roślin    
nawet o 40%       
 
Od momentu odkrycia, że widmo światła może wpływać na właściwości roślin, np. przyspieszając ich kwitnienie, przemysł rolniczy zaczął mocniej interesować się technologią LED, która stała się kluczowa dla opłacalności miejskiego rolnictwa. Rośliny zielone przeważnie wykorzystują światło niebieskie (około 430-490 nm) oraz czerwone (około 640-780 nm) do fotosyntezy i produkowania energii, ale absorbują również fale o długości około 730 nm w zakresie podczerwieni, który wpływają na ich wzrost. Odpowiednie łączenie oraz tymczasowe zmienianie długości fal pozwala kontrolować wielkość plonów, ich jakość, szybkość czy koszt upraw. Lampy LED nadają się do tych zastosowań szczególnie dobrze ze względu na możliwość elastycznej zmiany parametrów generowanego światła i możliwość określania spektrum barw. Systemy LED pozwalają wręcz dostosować oświetlenie tak, aby pasowało do dowolnego gatunku roślin. Zmienianie parametrów światła LED, aby osiągać różne wskaźniki jest możliwe bez potrzeby modyfikacji płytek drukowanych lub opraw.

Równie ważne, jak odpowiednie widmo światła, jest jego jednolitość rozumiana jako ilość światła, jakie każda roślina otrzymuje. Chodzi o to, aby zapewnić równy wzrost wszystkich roślin i równoczesne zbiory. Niskie temperatury diod LED umożliwiają stosowanie oświetlenia także między roślinami i liśćmi. W ten sposób zwiększeniu ulega ilość światła i zmniejsza się ryzyko zacienienia – często występującego przy oświetlaniu z góry. Dzięki oświetlaniu z każdej strony rośliny nie marnują energii na poszukiwanie światła i rozrastają się równomiernie, rosnąc szybciej i dając większe plony.

 
Każdy rodzaj roślin potrzebuje światła o rozkładzie widmowym energii (SPD) dostosowanym do swoich potrzeb, aby osiągnąć najlepsze rezultaty wzrostu.


Na rynku pojawiają się kolejne produkty tworzone z myślą o rynku rolniczym. Dostępne są np. diody LED klasy 1 W, które oferują trzy różne charakterystyki promieniowania – ukierunkowane 80°, standardowe 120° oraz szerokie 150°. Dzięki temu nie ma potrzeby zakupu dodatkowych soczewek. Widmo generowanego światła zostało określone tak, aby wzmacniać procesy absorpcji chlorofilu oraz fotosyntezy – obejmuje długość fal od 450 nm do 660 nm oraz 730 nm. Dodatkowo niewielkie wymiary diod sprawiają, że nadają się one do ściśle upakowanych zestawów, które zapewniają jednolite oświetlenie roślin.
 
Jeśli chodzi o projektowanie systemów oświetleniowych, to należy pamiętać, że oprawy i znajdujące się w ich wnętrzu diody LED powinny być odporne na warunki panujące w szklarniach i budynkach z uprawami. Chodzi przede wszystkim o wysoką wilgotność obraz obecność pyłu i środków chemicznych obecnych w nawozach.
 
 
Świetlana przyszłość rolnictwa
 
Diody LED stanowią mocną alternatywę dla dotychczas stosowanego w rolnictwie oświetlenia i czynią opłacalnym nowe metody upraw, takie jak miejskie rolnictwo wertykalne. Wytrzymałe i trwałe diody LED są znacznie bardziej przyjazne dla środowiska, a poprzez stosowanie ukierunkowanego światła o długości fali 450, 660 i 730 nm mogą przyspieszać wzrost roślin nawet o 40 proc. przy drastycznym zmniejszeniu zużycia energii. Dodatkowo, dające się przyciemniać i kontrolować LEDy oferują właścicielom upraw dużą elastyczność i pozwalają dostosować światło dokładnie do potrzeb różnych rodzajów roślin. Nie powinny zatem dziwić prognozy firmy badawczej ReportsnReports, zgodnie z którymi sprzedaż LED stosowanych w rolnictwie wertykalnym będzie rosła co roku średnio o 30 proc. i w 2020 r. uzyska wartość 401 mln USD.
 
Autor: Alexander Wilm, Senior Key Expert, Osram Opto Semiconductors

Treści powiązane:



Komentarze:

Advertisement