informace

Elektromagnetické záření se dělí na jednotlivé druhy podle vlnových délek a začíná u gama záření (nejkratší vlnové délky) a končí rádiovými vlnami. V tomto širokém spektru se, mimo jiné, nachází tzv. viditelné světlo, jehož vlnová délka je 400-750 nm – jinými slovy světlo, které nás zajímá. Viditelné světlo je stejně důležité pro lidi i pro rostliny. Rozdíl je ve dvou faktorech. Prvním z nich je fakt, že lidé vnímají světlo očima, kdežto rostliny pomocí celého těla. Jednoduše – člověk vidí světlo očima, rostlina pomocí receptorů v listech, stoncích a květech. Další, a v tomto případě podstatnější, rozdíl je v tom, že rostliny jsou citlivější na světlo o jiných vlnových délkách. Lepší jeden názorný obrázek.

Z grafu lze snadno a srozumitelně vyčíst, že lidské oko je nejcitlivější na světlo o vlnových délkách, na které jsou rostliny citlivé nejméně. Světlo, které rostliny vnímají nejintenzivněji, se nazývá fotosynteticky aktivní záření (FAR) – světlo, které rostliny využívají k fotosyntéze, potažmo k růstu a kvetení. To je velmi zásadní informace. Většina světelných zdrojů je totiž konstruována pro lidské oko a vyzařuje velmi málo světla o vlnových délkách FAR. Na stejný problém narazíme i u fotometrických přístrojů. Ty jsou rovněž navrženy tak, aby měřily světlo podobně, jako lidské oko. Pokud tedy rozsvítíte žárovku a budete měřit intenzitu vyzařovaného světla běžným luxmetrem, získáte hodnoty relevantní pro lidské oko. Je to logické, ale pro potřeby měření světla z hlediska pěstování rostlin nepříliš přesné

Jelikož pěstování rostlin pod umělým osvětlením není žádnou novinkou, máme příležitost pořídit světelné zdroje, které uspokojí potřeby rostlin daleko lépe, než běžná žárovka. Nejrozšířenějším typem světelných zdrojů pro pěstování rostlin jsou v současné době stále HID výbojky, česky řečeno výbojky vysokotlaké. Pro pěstování se používají také CFL výbojky a LED.

u světelného zdroje pro pěstování se nejčastěji setkáte s následujícími údaji:

Příkon – vyjadřuje množství energie, kterou světelný zdroj spotřebovává, udává se ve wattech.

Světelný tok (Φ) – tento údaj se udává v lumenech (lm). Lumen je jednotkou světelného toku. Čím vetší je svítivost, tím větší kužel světelný zdroj osvítí – žárovka se svítivostí 90 tisíc lumenů dosvítí dál, nežli žárovka o svítivosti 40 tisíc lumenů.

Účinnost – schopnost světelného zdroje přeměnit watty v lumeny. Účinnost se udává v lumenech na watt (lm/W, nebo LPW) a je důležitým ukazatelem efektivity světelného zdroje. Například pokud 400W MH výbojka vydá 100 lumenů na 1 watt, docílíte s ní méně efektivního využití energie, resp. osvětlení, než s výbojkou o stejném výkonu, která emituje 125 lumenů na watt.

Světelné spektrum – vyjadřuje, do jakých částí světelného spektra zasahuje světlo, které daný světelný zdroj vyzařuje. Rostliny totiž využívají jinou část světelného spektra pro růst a jinou pro tvorbu květů. Díky údaji o světelném spektru zjistíte, zda se světelný zdroj hodí pro růstovou, květovou, nebo obě fáze. Kdybyste například použili halogenidovou výbojku, která vyzařuje převážně světlo o vlnové délce 400-500 nm, dopřáli byste rostlinám dostatek světla užitečného pro růst – získáte silné stonky a mohutnější listy. Při přechodu na květovou fázi by ovšem květy byly velmi řídké, protože pro květ je zapotřebí světlo o vlnové délce 560-750 nm.

Teplota chromatičnosti (též barevná teplota) – pomocný pojem k vyjádření složení světla, který se udává v Kelvinech (K). Technicky řečeno charakterizuje spektrum bílého světla. Po lopatě lze říci, že čím vyšší je teplota chromatičnosti, tím více vydává světelný zdroj bílého/modrého světla (potřebného pro růst). Naopak, čím nižší je teplota chromatičnosti, tím lépe se hodí světelný zdroj pro květovou fázi.

Zářivý tok FAR – a právě ten nás zajímá nejvíce.

Fotosynteticky aktivní záření (anglicky PAR – Photosynthetically Active Radiation) se dá vyjádřit několika jednotkami. Pro obyčejného smrtelníka je nejpřívětivější měřit intenzitu ozáření jako FAR na metr čtvereční (W/m² FAR). Pro výpočet FAR W/m² potřebujeme znát zářivý tok FAR ve wattech (W FAR) a množství emitovaných lumenů.

Jako příklad můžeme použít vysokotlakou sodíkovou výbojku Osram Plantastar o příkonu 250 W, jejíž světelný tok je 33 200 lumenů a zářivý tok FAR 80 W. Pokud bychom celý světelný tok namířili na plochu 1 m², získali bychom intenzitu osvětlení 33 200 luxů (lx). Abychom zjistili, kolik je to FAR W/m², vypočteme si, kolik luxů je zapotřebí k získání 1 FAR W/m² – 33 200 (lm) : 80 W (zářivý tok FAR) = 415 lx, takže 1 FAR W/m² získáme při intenzitě osvětlení 415 lx. Jelikož na 1 m² máme nyní fiktivní intenzitu osvětlení 33 200 lx, vydělíme toto číslo 415. Výsledkem je číslo 80 FAR W/m².

Tento příklad je pouze ilustrativní a nepočítá s žádným úbytkem světla v závislosti na vzdálenosti od světelného zdroje ani v důsledku odrazu světla od plochy svítidla (reflektoru), stěn atd.

Intenzita osvětlení (E) – udává poměr dopadajícího světelného toku k osvětlené ploše. Měrnou jednotkou je lux (lx). Intenzita osvětlení 1 lx je naměřena tehdy, kdy 1 lumen dopadá na 1m2. Pokud máte výbojku se svítivostí 10 tisíc lumenů na ploše 1 m², získáte 10 tisíc luxů. Intenzita osvětlení (E) = Dopadající světelný tok (lm) × Osvětlená plocha (m²)
Doufám, že si nyní dokážete představit, jakým způsobem lze vypočítat intenzitu ozáření FAR W/m², když znáte konkrétní parametry světelného zdroje. S údajem o zářivém toku FAR se bohužel u většiny světelných zdrojů nesetkáte.

Kolik FAR W/m² potřebují rostliny

V oboru pěstování rostlin se umělé osvětlení nejčastěji využívá jako doplněk slunečního záření. Pomocí pěstitelských lamp se například prodlužuje den ve sklenících, což umožňuje pěstovat zeleninu mnohem déle, nežli v případě, kdy se pěstitelé spoléhají pouze na slunce. Další využití nachází umělé osvětlení v botanických sklenících. Některé exotické rostliny totiž potřebují k životu vyšší intenzitu světla, a té se v našich zeměpisných šířkách po většinu roku nedostává. Umělé osvětlení pro rostliny zná také mnoho lidí, kteří mají v létě před svými domy různé palmy a kaktusy. Ty by zdejší zimu nepřežily, a tak se na zimu „uskladňují“ ve stodolách, garážích a sklepech. K jejich osvětlení obvykle postačí fluorescenční zářivky s potřebným světelným spektrem. Rovněž při pěstování pokojových rostlin využívají někteří lidé umělé osvětlení. Mohou tak docílit krásnějších rostlin a umožnit vykvést těm druhům, u kterých by se to bez umělého osvětlení jen těžko podařilo (v našich klimatických podmínkách). Nesmíme zapomenout ani na akvaristy – málokteré akvárium není vybaveno světelným zdrojem, které podporuje buďto růst akvarijních rostlin, nebo zdravý vývoj chovaných živočichů.Při pěstování průmyslových plodin jako jsou rajčata, papriky, okurky a další zelenina, je primárním zdrojem světla Slunce. Pro „přisvěcování“ pak postačí nižší intenzita. Rostliny, které pod umělým osvětlením přezimovávají, zase obvykle nejsou pěstovány proto, aby byly co největší, ale pouze pro okrasu. Někteří pěstitelé  nemají možnost umístit rostliny do přímého slunečního záření , potřebují získat pro své rostliny maximální intenzitu světla, aby docílili skvělé úrody.

Pro představu o potřebné úrovni osvětlení je uvedena následující tabulka

Optimální hodnoty W/m² FAR (fotosynteticky aktivní záření) jsou pro jednotlivé druhy rostlin různé.

Z tabulky FAR jste vyčetli, že například  pro pěstování konopí je nejlepší docílit intenzity 60-100 FAR W/m² – čím blíže 100 FAR W/m², tím lépe. Jak toho ale docílit? Vybrat světelný zdroj podle toho, jak velkou plochu potřebujete ozářit FAR.

Jako příklad vezmeme pěstební prostor, který má rozměry 1×2 metry, tedy 2 m².

1. Vynásobíme potřebnou intenzitu ozáření velikostí pěstební plochy – 2 m² × 80 FAR W/m² (pro indoor pěstování konopí) = 160 W FAR.
2. Abychom započetli ztráty světla na stěnách, podlaze a zároveň vzali v úvahu fakt, že si rostliny navzájem stíní, vynásobíme výsledek z předchozího kroku 1,5 krát – tento postup se při tomto výpočtu běžně používá – 160 × 1,5 = 240 W FAR.
3. Na plochu 2 m² tedy potřebujeme 240 W FAR.
4. Nyní je třeba spočítat přibližnou dávku FAR W zamýšlených světelných zdrojů. Viz výše.

Při volbě světelných zdrojů vám může vyjít více variant. Pamatujte na to, že důležité je rovnoměrné rozprostření světla. Mnohdy je tak lepší zvolit více slabších světelných zdrojů, nežli jeden silný. Při osvětlování větších ploch je naopak výhodnější použít méně silnějších světel, protože tím snížíte náklady na pořízení osvětlení.

Tento postup je možné použít pro jakékoliv rostliny. Pokud tedy potřebujete zazimovat okrasné rostliny někde v garáži, můžete postupovat stejně. Jen místo 80 FAR W/m² budete kalkulovat s nižší hodnotou, řekněme 30 FAR W/m² (viz tabulka).

Světelné spektrum

Světelné spektrum ovlivňuje to, co rostlina dělá. Světlo o určitých vlnových délkách potřebuje rostlina pro růst, jiné vlnové délky zase využívá pro kvetení. Problém je v tom, že u různých druhů rostlin se tyto potřeby mohou měnit. Pampeliška třeba potřebuje ke kvetení jiné vlnové délky, než například smrk. Rostliny nám své potřeby samy neprozradí, a proto je jediným možným řešením neustálé zkoušení různých vlnových délek a sledování reakcí rostlin.

Vzdálenost a intenzita

Převedeno do myslivecké terminologie víme pouze to, kolik broků potřebujeme vystřelit – na základě toho dokážeme zvolit kalibr – a také víme, kterým směrem vystřelit. Nevíme ovšem, jak daleko od terče si můžeme stoupnout, aby rána byla dostatečně účinná. S rostoucí vzdáleností od výbojky totiž výrazně klesá intenzita osvětlení a tím i dávka fotosynteticky aktivního záření. Intenzita přitom klesá exponenciální řadou – zjednodušeně lze říct, že velmi rychle. Pouhých 30 cm rozdíl ve vzdálenosti tak výrazně snižuje, nebo naopak zvyšuje, účinnost světelného zdroje.

Pro snadnější představu zůstaneme u myslivce a jeho brokovnice. Představte si, že každý brok je jeden lumen. V nábojnici je 10 000 broků, tedy 10 000 lumenů. Po výstřelu z hlavně vyletí všechny broky, zdánlivě stejným směrem. Čím dál jsou od hlavně, tím více se však od sebe vzdalují. Pokud ve vzdálenosti jednoho metru pokryje všech deset tisíc broků plochu 1m², pak ve vzdálenosti 2 metrů pokryjí plochu 4krát větší (22), ve vzdálenosti 3 metrů dokonce 9krát větší (32). Počet broků přitom zůstává stejný. Stejné je to s lumeny.Jelikož se intenzita osvětlení vypočítává tím, že se množství lumenů vydělí obsahem osvětlené plochy:
Intenzita osvětlení (E) = Dopadající světelný tok (lm)/Osvětlená plocha (m²), je jasné, že když se osvětlená plocha zvětšuje, intenzita osvětlení klesá.

Jak tedy zjistit, která vzdálenost je ideální? Zvláště v případě, kdy máme na výběr z více druhů světelných zdrojů? Jediný způsob, jak zjistit potřebné údaje, je praktické měření

Parametry testu

Měření se provádělo spektrofotometrem AvaSpec 3648 v různých vzdálenostech od světelných zdrojů. Data byla vyhodnocována speciálním programem, který dokáže změřit a vypočítat přesnou dávku záření v konkrétních vlnových délkách. Osvětlená plocha byla 120×120 cm a většina měření probíhala v Homeboxu Silver 120×120×200 cm s reflektorem Waveflector XL. Mimo světelného spektra a dávky ozáření FAR jsme testovali také rozptyl světla, tak, abychom zjistili, jak rovnoměrně jednotlivé zdroje, ve spojení s reflektory, osvětlují pěstební plochu. I přesto, že jsme se snažili o co největší přesnost, je třeba počítat s možnými odchylkami do 10%. Například při výměně světelného zdroje se nevyhnete tomu, aby jeho vzdálenost od plochy byla o malinko jiná, nežli u jiného testovaného zdroje.

Všechny zveřejňované výsledky  vycházejí z rozsáhlého měření, provedeného v Elektrotechnickém zkušebním ústavu v Praze.

Spektrofotometr AvaSpec 3648 s čidlem.

Osvětlovaná plocha byla opatřena mřížkou o velikosti oka 20cm, čímž vzniklo 49 bodů. Do dírek se uchytil senzor spektrofotometru a naměřená hodnota se přiřadila k číslovanému bodu. Díky tomu pak bylo možné porovnat dávku FAR v různých bodech osvětlené plochy, tedy rozptyl světla.

Jak název napovídá, reflektor reflektuje, tedy odráží světlo. Důležitými parametry každého reflektoru je odrazová a rozptylovací schopnost.
Od reflektoru tedy očekáváme, že odrazí maximum světla k rostlinám a rovnoměrně ho rozprostře po celé pěstební ploše.

Testované reflektory: 1 – Hobby 50×40 cm, 2 – Waveflector XL a Waveflector XXL  s/bez malého tepelného štítu (difuseru). Pěstební stan Homebox Silver o rozměrech 120×120×200 cm, výbojka OSRAM Plantastar 400 W poháněná předřadníkem GIB Lighting NXE 400 s přepínačem, nastaveným na polohu 400 SL. Všechna měření byla prováděna ve vzdálenosti 40 cm od výbojky.

Hobby

Reflektor Hobby 50×40 cm velmi dobře odrazí a rozprostře světlo na ploše 80×80 cm. Už na ploše 100×100 cm ovšem intenzita na okrajích plochy výrazně klesá, a to až ke 30 FAR W/m². Ve středu pěstební plochy, tedy přímo pod výbojkou, je intenzita FAR velmi vysoká a blíží se k hodnotě 200 FAR W/m².

Graf 1: Reflektor Hobby 50×40 cm, je vhodný pro plochu do velikosti 80×80 cm.

Waveflector XL

Waveflector XL rostliny dostanou potřebnou dávku FAR na 68 % plochy o velikosti 120×120 cm. Pokud bychom se soustředili na plochu 100×100 cm, pak potřebnou dávkou FAR ozáříme pěkných 86 % plochy, a to není málo. Navíc je třeba vzít v úvahu, že při osvětlování plochy 100×100 cm bychom použili i menší pěstební box, tudíž bychom světlo využili ještě lépe – dá se celkem přesně předpokládat, že v takovém případě bychom potřebnou dávkou FAR ozářili zhruba 95 % plochy, a to už je vynikající výsledek.

Waveflector XL společně s 400 W výbojkou tedy dokonale osvětlí plochu 100×100 cm a ani na ploše 120×120 cm si nevede špatně.

Všimněte si, že ještě u horního a spodního okraje dosahuje dávka FAR hodnot okolo 80 FAR W/m² a ve středu plochy se pohybujeme u hodnoty 100 FAR W/m² (graf 2).

Waveflector XL společně s 600 W

Ohniska nejvyšších hodnot jsou rovnoměrně rozdělena a na celé ploše nenajdete místo, kde by hodnota FAR klesala pod 60 FAR W/m² (graf 3). Z grafů zřejmé, že Waveflector XXL se pro tento účel hodí lépe, neboť průměrné hodnoty FAR jsou o 8 bodů vyšší.

Graf 2: Waveflector XL je nejvhodnějším řešením pro plochu 100×100 cm s ohledem na poměr výkon/cena. Na tomto grafu vidíte výsledky na ploše 120×120 cm, 400W Plantstar

Graf 3: Waveflector XL je nejvhodnějším řešením pro plochu 100×100 cm s ohledem na poměr výkon/cena. Na tomto grafu vidíte výsledky na ploše 120×120 cm, 600W Vialox

Waveflector XXL

Waveflector XXL Pro plochu 120×120 cm se ukázal jako vynikající řešení, jelikož ozáří celých 75% dávkou vyšší než 60 FAR W/m2 (graf 3).

Když navíc místo 400 W výbojky nasadíme 600 W, dosáhneme excelentního osvětlení celé plochy, a to průměrnou dávkou 100 FAR W/m² (graf 4). To také dokazuje, že 600 W výbojka je pro danou plochu úplně ideálním řešením. Za povšimnutí stojí fakt, že maximálních hodnot není v případě Waveflectoru XXL dosaženo ve středu pěstební plochy, jak je tomu u předchozích typů. Široké křídlo reflektoru rozptyluje světlo ještě více do okrajových částí plochy, kde se ho běžně dostává nejméně.

Graf 4: Waveflector XXL dosahuje téměř stejné průměrné dávky FAR jako XL.

Ovšem světlo rozptyluje o něco lépe, takže dávkou vyšší než 60 FAR W/m² je ozářeno 75 % plochy, oproti 68 %, které naměříme u Waveflectoru XL. 400W Plantstar.

Graf 5: Když do Waveflectoru XXL osadíme 600 W HPS výbojku, dosáhneme naprosto dokonalého osvětlení plochy 120×120 cm. 95 % plochy je pak ozářeno dávkou vyšší než 70 FAR W/m².

Kdybychom reflektor více uzavřeli, dosáhneme ještě rovnoměrnějšího osvětlení

Výrobce doporučuje použití verze XXL pro výbojky 600 W a silnější.

Výbojky byly napojeny na elektronický předřadník GIB lighting NXE 400 W, resp. 600 W, a přepínač v poloze Super Lumen.

Reflektor  má  vliv na složení světelného spektra. Rostliny využívají různé části světelného spektra pro různé účely. Některé vlnové délky využívají pro růst, jiné pro kvetení. Složení světelného spektra ovlivňuje i materiál, od kterého se světlo odráží, například embos nebo Vegagreen.