שטח כיסוי של תאורה
- אחד הנתונים החשובים ביותר במנורה הוא שטח הכיסוי האפקטיבי שלה. לאחר בדיקה מקיפה של מגוון מנורות ונורות שכללה ציוד מדידה מתקדם, מצאנו כי ספקי תאורה רבים מפרסמים נתונים שאינם תואמים את המציאות ולכן חשוב מאוד ורצוי לדעת לבחון את המנורה באופן עצמאי.
במאמר זה נסביר כיצד ניתן לדעת בדיוק מהו שטח הכיסוי האמתי של המנורה – שטח כיסוי שימושי לצמח. אולם לפני שנסביר כיצד לבדוק את שטח הכיסוי האפקטיבי של המנורה, יש להבהיר מספר מונחים ועקרונות לפני כן.
- הן צמחים והן העין האנושית חשים אור – אפילו האור הקטן ביותר ממרחק של עשרות מטרים. בשונה מבני אדם, צמחים זקוקים לאור בכדי לנשום – לבצע תהליך פוטוסינתזה ולכן אור חלש אינו מספק לצמחים כלל וכלל. המטרה העיקרית של תאורה לצמח היא לספק לצמח חלופה לאור השמש בכדי שיוכל לבצע תהליך של פוטוסינתזה ולכן אך ורק צפיפות של פוטונים בעוצמה מסוימת יכולה להועיל לגדילה והתפתחות של הצמח.
עשרות מחקרים בתחום התאורה לצמחים מצאו שוב ושוב את שלושת העובדות הבאות:
- צמחים זקוקים לגלי אור בטווח ספקטרום של 400-700 ננומטר – כיום ידוע כי ספקטרום אור רחב יותר 380-730 ננומטר עשוי להועיל לצמחים מסוימים.
- לומנס (LUMENS) הוא מדד לבהירות הכוללת של מקור אור, ולא לכמות הפוטונים שמקור האור מייצר. לומנים הם מדד של אור שנועד לבני אדם בלבד, מדד שאינו רלוונטי באופן ישיר לצמחים, אם כי ניתן להסיק מסקנות מעוצמת הלומנים הכוללת.
- צמחים זקוקים לעוצמת אור שונה בכל אחד משלבי הגידול – כלומר, הצמח זקוק לצפיפות שטף פוטונים פוטוסינטתים שונה בכל שלב של התפתחות.
צפיפות שטף פוטונים רצויה בכל שלבי הגידול השונים (PPFD)
תוספת של CO2 מאפשרת להעלות את כמות הפוטונים בשלב הגדילה והפריחה מעבר לנתונים שבטבלה
- חשוב לדעת כי כמויות גבוהות יותר מהכמויות המקסימליות המופיעות בטבלה לא ייפגעו בצמח, בתנאי שהצמח יקבל תוספת של מים, דשן ופחמן דו חמצני לאזן את הנשימה המהירה המתלווה לכמות פוטונים גבוהה (פוטוסינתזה מואצת). מן העבר השני, כמויות נמוכות יותר מהכמויות המינימליות שמופיעות בטבלה ייגרמו להתפתחות איטית ולא תקינה של הצמח ויובילו לכמות יבול מופחתת ולעיתים אף פגומה.
אזהרה: בין שבוחרים להשתמש בטווח הנמוך שבטבלה – הטווח המינימלי, ובין שבוחרים להשתמש בטווח הגבוה שבטבלה – הטווח המקסימלי בחלל גידול. יש לדאוג שכל הצמחים שנמצאים תחת אותה התאורה, יקבלו כמות שווה ככל שניתן של אור.
התוצאות שניתן לקבל בשני המצבים יכולות להיות עשירות, אולם חשוב מאוד להקפיד שכל הצמחים שנמצאים תחת התאורה, יקבלו כמות שווה ככל שניתן של אור – כמות שווה של פוטונים פוטוסינתטיים (PPFD).
צמחים הנמצאים תחת אותה התאורה, חולקים את אותו חלל הגידול וניזונים מאותה תמיסת גידול – מיכל אגירה והזנה משותף ולכן הם חייבים לקבל כמות שווה של אור.
תמיסת המזון לא מאפשרת לספק לכל צמח כמויות שונות של מזון, בעוד שכמויות חלקיקי הפחמן דו חמצני שבאוויר (CO2) מפוזרות באופן אחיד ברחבי החדר, כך שלא ניתן בשום דרך לאזן מצב שבו התאורה מספקת כמויות שונות של פוטונים לכלל הצמחים בשטח הכיסוי שלה.
- כל גוף תאורה המיועד לצמחים חייב לספק את נתוני צפיפות שטף הפוטונים הפוטוסינטתים (PPFD) שהוא מפיק בגבהים שונים ובמרחקים שונים מהמרכז.
- החשיבות של הגובה חיונית מכוון שהמנורה מאירה על ראש הצמח במרחק מסוים, ועל תחתית הצמח במרחק שונה לגמרי. לכן יש לבדוק ולקבל את הנתונים של צפיפות שטף הפוטונים במספר גבהים שונים ממקור האור (מהמנורה).
- בנוסף, החשיבות של המרחק מהמרכז חיונית מכוון שהמנורה מאירה על פני מספר צמחים שאינם ממוקמים במרכז המנורה. לכן יש לבדוק ולקבל את הנתונים של צפיפות שטף הפוטונים במספר מרחקים שונים ממרכז המנורה – מספר נקודות שונות על מגש הגידול.
- אור השמש מגיע ממרחק של 147.17 מיליון ק"מ, כך שלמספר מטרים בודדים אין כל משמעות באופן יחסי למרחק הכולל.
- בשונה מאור השמש, תאורה מלאכותית מגיעה ממרחק של מטר עד שני מטרים לערך. לכן דעיכת עוצמת האור ביחס למרחק או ביחס לזווית הפיזור היא מאוד משמעותית.
- אם כך, יש לבדוק את עוצמת שטף הפוטונים בהתאם לכל המרחקים שהצמח מקבל – רצוי לחשב ממוצע. יש לבדוק את נקודת המרחק הרחוקה ביותר – בין בסיס הצמח לגוף המנורה, כדי לדעת שהעלים בתחתית הצמח מקבלים שטף פוטונים (PPFD) בעוצמה סבירה. בנוסף יש לבדוק את נקודת המרחק הקרובה – בין ראש הצמח למנורה, כדי לדעת שקצה הצמח לא מקבל עודף של שטף פוטונים שהוא אינו יכול לנצל.
באופן טבעי לחוקי הפיסיקה, ככל שמתרחקים ממקור התאורה עוצמת האור נחלשת – צפיפות שטף הפוטונים דועכת. לכן יש לבדוק את צפיפות שטף הפוטונים (PPFD) במספר מרחקים שונים ממקור האור – 20 ס"מ עד 80 ס"מ.
מדידות של שלוש מנורת לד וחישוב ממוצע של עוצמת האור
המנורות נלקחו מתוך סדרת תאורה זהה, אך עוצמת החשמל שונה. כל מנורה נמדדה במספר מרחקים שונים ממקור האור – מספר מרחקים שונים מתחתית המנורה
מתוך הטבלה לעיל ניתן לראות בבירור את שתי העובדות הבאות:
- כאשר מדובר בסדרת תאורה זהה – הכוללת אותם לוחות קוונטים אולם בכמות שונה ואותם דרייברים, ככל שהעוצמה החשמלית עולה, ניתן לקבל צפיפות שטף פוטונים גבוהה יותר.
- ככל שמתרחקים ממקור האור – מתרחקים מהמנורה, כך נחלשת צפיפות שטף הפוטונים.
מבנה פיזור האור של גופי תאורה
- חשוב להבין כי כל מנורה מיוצרת עם זווית פיזור שונה. קיימים מספר סטנדרטים מקובלים בתעשייה, 60: 90: 120: 180 מעלות.
- ככל שזווית הפיזור גדלה, עוצמת שטף הפוטונים באזור המרכז נחלשת, אך האור מכסה שטח גדול יותר. לכן יש לבדוק את עוצמת המנורה עם מד עוצמת אור במספר גבהים שונים ובמספר מרחקים שונים מהמרכז.
- ניתן לבדוק את עוצמת האור האור עם מד PPFD או לחלופין עם מד לומנים (LUMENS) ולאחר מכן להמיר את התוצאה כדי לקבל שערוך של עוצמת שטף הפוטונים (PPFD)
דוגמה של מפת פיזור אור (PPFD) בגובה של 50 ס"מ.
יש לבצע מדידות נוספות בגבהים נוספים ולחשב את הממוצע
נתוני PPFD
מנורת LED 400W -מדידה בגובה 50 ס"מ
חשוב לדעת כי האופן המייטבי לדעת את עוצמת האור על פני כל אזור בשטח הגידול שהמנורה מכסה, הוא לקבל מפה מפורטת של צפיפות שטף הפוטונים במספר גבהים שונים מהיצרן.
במידה והייצרן אינו מספק מפה, ניתן למדוד את העוצמה של האור עם מד לומנים ולבצע המרה לעוצמת שטף פוטונים פוטוסינטתיים.
לאחר שהבנו את כל המונחים הרלוונטיים לבדיקה של תאורה. יש להצטייד במד פוטונים (PPFD Meter) או במד לומן פשוט (LUX Meter)
- יש לבצע מדידות במספר גבהים ובמספר נקודות מהמרכז. לדוגמה, אם נבדוק את עוצמת האור במרכז המנורה ובנוסף בשמונה נקודות שונות מהמרכז – בהתאם לגודל המגש.
- כל אחת מהנקודות תיבדק בארבע גבהים שונים ובכל גובה תשע פעמים.
- סך כל הבדיקות של עוצמת האור שנבצע הן 36 פעמים בנקודות שונות במרחב.
אילוסטרציה המדגימה מדידה של מנורה בגבהים שונים ובמרחקים שונים מהמרכז.
טבלת המרה המדגימה כיצד ניתן להמיר תוצאות מדידה של מד-לומן פשוט לתוצאות של שטף פוטונים (PPFD)
כפי שניתן לראות מהערכים שבטבלה – במצב של תאורה עם עוצמת לומנים זהה, המרת האנרגיה תפעל כך.
- לאור עם טווח תדרים חמים (אדומים) יש אנרגיה פוטוסינטית גבוהה יותר עבור צמחים, בהשוואה לאור עם טווח תדרים קרים (כחולים)
- לאור עם עיבוד צבעים גבוה (CRI>85) יש אנרגיה פוטוסינטית גבוהה יותר עבור צמחים, בהשוואה לאור עם עיבוד צבעים נמוך (CRI<70)
הערכים בטבלה של תאורת לד הן סביב 14.8 יחידות פוטוסינטתיות בטווח סטיה של 7% לערך, כך שניתן להשתמש בכלל הבא:
