Články - Náhled do současnosti a budoucnosti osvětlení pro pěstování, aneb technologie osvětlení dnes a zítra

K indoor pěstování neodmyslitelně patří zdroj světla. Pěstování rostlin pod umělým osvětlením se datuje zhruba k 70. létům 20. století. Mezi první průkopníky této metody patří i tak slavní lidé, jako je například Sam the Skunkman. Byl to další krok z mnoha na cestě k modernímu pěstování rostlin. Od počátku využívání umělého osvětlení pro kultivaci rostlin se toho ovšem moc nezměnilo, přibyly snad jen zářivky. Ovšem v poslední době se mluví o revoluci ve zdrojích osvětlení a zvýšení efektivity. Mají doopravdy technologie typu LED, keramické metalhalidy a sulfur plasma co nabídnout, nebo se jedná pouze o nafouklou bublinu, která nikdy nepokoří "průmyslový standart" v podání kombinace HPS/MH ? Naše redakce vám zde nabízí srovnání jednotlivých technologií, ať už stávajících, či budoucích, po všech stránkách, a pokusí se i nahlédnout do mírné budoucnosti. (pozn. red. Tento článek nemá za účel srovnávat jednotlivé výbojky jednotlivých výrobců, ale srovnat čistě rozdíly technologií. Proto jsem si dovolil díky jednoduché dostupnosti spekter výbojek/zářivek v rozumné kvalitě a jednotkách využít povětšinou pouze zdroje světla značky GE a phillips, velké srovnání "papírových vlastností zdrojů světla" je samozřejmě také v plánu, kdy ale není jisté)

HPS

Neboli high pressure sodium – vysokotlaká sodíková výbojka. Neohrožený král na poli indoor pěstování. První průmyslově vyráběné lampy se objevily na trhu v roce 1970, prototypy se datují zhruba k roku 1955. Aktuální je snaha o "dohnání" modré složky spektra např. U philipsu v řadě Agro, krom toho na trh vstoupil tzv. Bílý sodík.

Technologie výbojky spočívá ve výboji v párách rtuti s příměsí sodíku za vysokéhu tlaku a teploty v hořáku lampy (ten je vyplněn tedy logicky roztokem sodného amalgánu ve rtuti a za podmínek panujících při běhu lampy je vaporizován). Běžné sklo by nevydrželo tyto podmínky (začalo by reagovat s vlastním obsahem), proto se daný hořák vyrábí z oxidu hlinitého do kterého jsou zaváděny příměsi látek pozměňující spektrum lampy. Její charakteristickou vlastností je "píkobití" okolo vlnové délky 600 nm (viz. Ilustrativní obrázek). Životnost výbojek se pohybuje běžně v rozmezí zhruba 15-30 tis. hodin v závislosti na výrobci, řadě produktu a nakonec na kusu samotném ( pro orientaci např. Master SON-T pia plus 600 W s životností 28 000 hodin při 50% selhání). Účinnost sodíkových výbojek se pohybuje zhruba okolo 120 lm/W (roste s wattáží – např. u SON-T pia plus 70 W je účinnost 91 lm/W zatímco její 400 W a 600 W "sestřičky" dosahují výkonnosti 138 a úctyhodných 150 lm/W). Start na plný výkon i zchladnutí a možnost opětovného zapálení lampy se pohybuje v řádu minut. V případě bílého sodíku se používá vyšší teploty – místo žluté je docíleno teple bílé barvy a spektrum je rovnoměrnější (viz. Ilustrativní obrázek), ovšem tato technologie je dostupná pouze v nízkých wattážích (cca do 100 W), její účinnost v poměru lm/W je poloviční oproti HPS (tedy zhruba smutných 50 lm/W) a životnost je také na méně než polovině. Využití technologie HPS je masivní nejen při pěstování rostlin, ale i v průmyslových a sportovních halách, pouličním osvětlení a podobných aplikacích.

Pro nás je důležité hlavně to, čím si sodík získal skoro všechny indoor zahrádkáře. Do rukou se nám jeho koupí dostává doslova "fotonový kanón" za velmi přijatelnou cenu, s velmi rozumnou životností a rozumným spektrem, ovšem i když nám tato výbojka zajišťuje dostatek fotonů, nedostatek modrého světla činí tuto výbojku nevhodnou pro růst. Technologie je to sice staršího data, ale stará láska nerezaví. Další zajímavostí jsou výbojky určené přímo pro pěstování, výrobci uvádí zhruba o 5% vyšší PAR/W než u jejich běžných variant.

Klady:

+dostupnost

+cena

+účinnost

Zápory:

-Nedokonalé spektrum (pro růst lepší využít MH)

Neboli metal-halide – metalhalid. Kolega sodíku určený pro růst, matky, klony a vše co má co dočinění s režimem 18/6. První si nechala patentovat technologii metalhalidové lampy firma GE již v roce 1912. První prototypy se datují po roce 1950 a první běžně dostupná lampa spatřila světlo světa až v roce 1960 (48 let po patentu). Jakožto nástupce MH se formuje CMH – keramický metalhalid, kterému je vynahrazen soukromý prostor dále v textu. "Mhčko" (či metla, jak je libo) je vyšším vývojovým stupněm rtuťové výbojky. Od svého předchůdce se MH liší příměsí metalhalidů do rtuti (metalhalid = metal – kov ; halid – chlor, fluor, brom, jod – čili sloučenina kovu a prvku 17. skupiny), tím je docíleno plynulejšího průběhu barevného spektra nežli u rtuťové výbojky. Dalším zlepšením je zvyšování množství viditelného spektra na úkor UV, zastoupení UV je ovšem i tak dostačující. Spektrum jednotlivých výbojek se liší na základě použitých solí, ovšem většinou je rozhodně "bělejší" než sodík (neplatí pro speciální MH určené pro barevné aplikace, což je ale skupina určená efektivitou i životností mimo náš zájem). Životnost je zhruba v rozmezí 5-25 000 hodin a je ovlivňována stejnými faktory jako u HPS (např. Master HPI-T plus 250 W s životností 20 000 hodin při 50 % selhání). Účinnost metalhalidových výbojek se pohybuje zhruba okolo 85 lm/W, růst s wattáží je ovšem menší než u HPS – např. HPI-T plus 250 W vykazuje účinnost 84 lm/W, 400 W je na tom se svými 89 lm/W o trochu lépe a 2000 W HPI-T není při svých 96 lm/W až tak daleko. Starty i zchladnutí jsou skoro totožné se sodíkovými. Využití MH je především v nahrazování HPS a rtuťových výbojek, jelikož má příjemnější světelné spektrum, ovšem cenově méně dostupné a oproti HPS hraje v její neprospěch i kratší životnost.

Využití Metalhalidu pro pěstitele je předznačeno v úvodním slovu o něm. Ve shrnutí se jedná o ideální výbojku pro růst, trochu "dražší špás" než HPS, ale vložené finance se uspoří na zvýšení efektivity, ať už ve formě časové úspory, nebo zmenšení odběru ve fázi růstu. Na květ je tato výbojka nevhodná, jelikož neposkytuje dostatek fotonů na uspokojení nároků na fotosyntézu během tvoření květenství natolik, jako HPS. Někteří pěstitelé na zahraničních serverech doporučují zapojit MH výbojku na konci květenství pro zvýšení složky UV ve spektru a tím zlepšení kvality produkce.

Klady:

+ dostupnost

+ vhodnější spektrum pro růst nežli HPS

Zápory:

- oproti sodíku menší "hrubá síla"

- nevhodná pro květ

- vyšší pořizovací náklady

ÚSPORNÉ ZÁŘIVKY

Úsporky. U některých velká očekávání a následně velká zklamání, jsou ale oprávněná? První prototyp byl vytvořen firmou Osram roku 1934 a první zářivka se dostala na pulty v roce 1938 za pomoci společnosti GE. Kompaktní zářivky se začaly objevovat na trhu v 60. letech. Posledním "hitem sezóny" jsou trubice T5 s vyšší efektivitou – její důvod rozeberu dále.

Postupem k vytvoření záření je zde výboj ve rtuťových párách, v tomto případě za nízké teploty ( zhruba okolo 50 °C – liší se dle technologie), daný výboj donutí páry vyzářit ultrafialové záření které je pak na povrchu trubice zjednodušeně řečeno "přeměněno luminoforem" na viditelné. Od toho taktéž vyplývají výhody tohoto zdroje osvětlení. Spektrum které daná výbojka bude vyzařovat záleží jen a jen na luminoforu – tím pádem se dá přizpůsobovat více přání zákazníka - pěstitele. Drouhou výhodou je nižší pracovní teplota dovolující přiblížení rostlin zdroji světla. Životnost je zhruba v rozmezí 12-30 000 hodin, je zde o dost vyšší závislost na typu nežli u HPS či MH (např. MASTER TL5 HE 35 W s průměrnou životností 24 000 hodin). Účinnost se pohybuje u T5 okolo 90 lm/W, u speciálních trubic určených spektrem pro pěstování je ovšem nižší (jakožto příklad za všechny uvedu Osram T8 fluora 30 W s účinností 33 lm/W – zde se sluší říct, že lumen je jednotka velmi zavádějící, jelikož pracuje s citlivostí pro lidské oko která je pro nás nepodstatná). Trubice T5 dosahují vyšší efektivity díky tomu, že jsou tenčí, tím pádem jsou lépe chlazené a přibližují se více ideální pracovní teplotě.

Účinnost se zde mění především použitou technologií – je skoro pravidlem, že čím je spektrum vhodnější, tím je účinnost nižší. Efekt wattáže zde není až tak velký (porovnání T8 fluora – při 15 W verzi 26 lm/W, 30 W verze již zmíněných 33 lm/W). Co se týče startu a zchladnutí start na plný výkon je opět v řádu minut, ale vychladnout zářivka narozdíl od výbojky nemusí – takže odpadá starost co s lampou při krátkých výpadkách energie. Úsporné zářivky našly využití především jako zdroj světla do kanceláří, obchodů apod., zobecněně - na menší plochy, z menší vzdálenosti.

Využití úsporného osvětlení pro pěstitele je komplikované především otázkou přístupu (snad kromě klonování). Je nutno využívat postupů velmi vzdálených od těch běžných s HPS a MH. Při technice scrog se dá dosáhnout i famózního úspěchu ve formě g/w, ale při běžné bushi apod. je výsledek již znatelně horší. Využití úsporek zůstává především u klonů, popř. Na "dobarvování spektra" (UV zářivky), i když je to možná škoda. Nakonec ještě k tomu zklamání – náhrada typu 200 W kompaktní úsporka za 600 W výbojku se prostě nekoná a dle charakteristiky tohoto zdroje osvětlení se ani nikdy konat nemohla. Vhodnost spektra je zde draze vykoupena ztrátami na efektivitě a především efektivním dosahu. Co se týče zklamání z toho, že i zářivky topí, je tu zase na vině neúprosná fyzika. Co se nevyzáří, je přeměněno na teplo, tím pádem zářivky "topí" stejně jako její velcí kolegové na poli pěstování. Rozdíl ale nastává, když se podíváme na povrchovou teplotu. U výbojky je na povrchu několik set °C, zatímco na povrchu trubice několik desítek °C, což už je rozdíl pro rostliny velmi znatelný. Pokud zahradník těchto výhod využije, může dosáhnout zajímavých výsledků.

Klady:

+ dostupnost

+ vhodnost spektra

+ je možno ji dát VELMI blízko k rostlinám oproti HPS či MH (jednotky, né desítky cm) a tím pádem dosáhnout zmenšení rozměrů potřebných pro pěstování.

+ ideální na klony

Zápory:

- oproti sodíku menší výkon

- velmi malý efektivní dosah (je nutno ji dát velmi blízko k rostlinám), ze kterého plyne nutnost omezení pěstebních technik prakticky pouze na scrog či sog.

CMH

Keramický metalhalid. První z výbojek "pěstování budoucnosti," nejspíše nejblíže masovému nasazení. Technologie byla patentována v 60. letech, první prototyp má na svědomí firma Thorn lighting (rok 1981), ale pro nutnost speciálních předřadníků se do "běžné výroby" nedostaly, tam je posunula až v roce 1994 firma Phillips. Narozdíl od MH je zde namísto běžného skleněného hořáku použit keramický, což má za následek možnost použití "tvrdších podmínek", tím je docíleno lepšího barevného spektra. Dalším zlepšením je mírný, ale znatelný nárůst účinnosti. Komplikovanost výroby keramického hořáku patřičných rozměrů drží tuto výbojku především v nízkých wattážích – tzn. Do 400 W. Spektrum jednotlivých výbojek se liší opět jako u MH na základě použitých solí (a jako obvykle je vhodnější spektrum vykoupeno ztrátou účinnosti, ovšem daleko menší než je tomu u trubic), je ale vždy plynulejší v porovnání s jeho předchůdcem. Další zajímavostí spektra je podíl UV složky, která při konci květu znatelně zlepšuje kvalitu výsledného produktu. Životnost je zhruba v rozmezí 12-25 000 hodin a je ovlivňována stejnými faktory jako u HPS (např. GE CMH-TT s životností 20 000 hodin při 50% selhání). Účinnost metalhalidových výbojek se pohybuje v blízkém okolí 95 lm/W, růst s wattáží se zde neuskutečňuje, respektive je přebit rozdíly mezi výrobci a typy, nebo dokonce dochází k poklesu (např. Philips CDM-T 35 W – 93,3 lm/W , již zmiňovaná GE CMH-TT 100 lm/W, či GE CMH250 ED28 88 lm/W). Start je skoro totožný jako u metalhalidu, vychladnutí před "resetem" ovšem trvá díky vyšší teplotě v hořáku poněkud déle (například u uvedené GE CMH250 ED28 uvádí výrobce dokonce 30 minut – ovšem jakožto maximum, běžný čas bude nejspíše znatelně kratší). Využití CMH je omezeno jeho vyšší pořizovací hodnotou (momentálně zhruba 2x dražší než HPS), aplikacemi překrývá jak MH, tak HPS.

Keramický metalhalid je jistě díky svému zajímavému spektru výbojkou budoucnosti pěstování. Je to lampa s výkonem né až tak dalekým sodíku a spektrem snad i lepším než úsporky. Na zahraničních fórech se objevují první testy, které ukazují velmi zajímavé výsledky naznačující, že technologie CMH je již teď připravena na to, aby směle konkurovala HPS a metalhalid vykázala do historie. Pro pochopení atmosféry snad stačí překlad citace člena Clepter™, který s těmito výbojkami experimentuje s velmi zajímavými výsledky:"Jediná skupina lidí, kterou nemusí zajímat tyto výbojky, jsou komerční pěstitelé s wattáží nad 2 kW."

Klady:

+ jedna výbojka pro růst i květ

+ odpadá nutnost dobarvování spektra

+ lehce vyšší efektivita nežli u MH

Zápory:

- zhruba 2x tak dražší nežli MH a HPS

SULFUR PLASMA

Sirná plasma. Další ze zdrojů světla budoucnosti. Technologie byla vyvinuta v 90. letech 20. století. Do výroby se dostala v roce 1994, další model v roce 1997, výroba byla ale ukončena v roce 1998 a firma, která stála za vývojem této technologie, se topila v dluzích. V roce 2006 se opět navrátila do výroby, tentokrát za pomoci LG. U sulfur plasmy byl narozdíl od CMH či led diod problém udělat lampu "dostatečně slabou." první prototypy byly v řádu kilowattů. Nyní je k dostání i 700 wattová verze od LG (dokonce i v některých českých growshopech). Další prototypy jsou 1000 wattová "zářovka" (s 350 W balastem) od firmy Plasma international, nebo velmi zajímavá 267 wattová plasma od firmy Luxim. Mechanismus vytvoření světelného záření je zde založen na zahřátí síry mikrovlnami až do vytvoření plasmy, která následně vyzařuje světlo. Spektrum vyzařovaného světla je famózní, velmi blízké slunečnímu záření, oproti CMH je ovšem nevýhodou až moc malé zastoupení UV složky. Životnost je zhruba okolo 60 000 hodin. Účinnost verze od LG je 88,5 lm/W. Plasmalight a Luxim dosahuje efektivity vyšší – 160 lm/W, 120 lm/W vč. Balastu (pro zajímavost philips SON-T 1000 W dosahuje účinnosti 130 lm/W). Použíti pokulhává vzhledem k vysokým pořizovacím nákladům a špatnými zkušenostmi s neodlazenými exempláři (byla u nich nutnost chlazení a dosahovali vysoké poruchovosti, v případě poruchy chlazení se zničily). Vysoká cena klesne při navýšení produkce, o kolik se dá pouze spekulovat.

Díky svému spektru nejspíše další ze zdrojů světla budoucnosti. Jedná se o "fotonový kanón" s vhodným spektrem. Otázkou zůstává, jestli se spektrem dohoní účinnost která zatím není tak famózní (ale je rozhodně slibná), opět jako u CMH se už objevují první pionýři zkoušející tuto technologii, ovšem zatím nejsou dostupné žádné řádné testy které by ukázali jak, a jestli vůbec, je plasma i přes své momentální vysoké pořizovací náklady konkurenceschopnou technologií.

Klady:

+ spektrum

+ dlouhá životnost

+ účinnost

Zápory:

- špatná dostupnost

- neozkoušenost

- cenově zatím "mimo běžný rámec"

LED

LED – light emmiting diode – světlo vyzařující dioda. budoucnost patří LED! Žeby? Jakožto elektronický komponent byla uvedena v roce 1962. Od té doby se exponenciálně zvyšovala efektivita produkovaných zdroju světla.

Světelné diody jsou založeny na vyzáření energie ve formě fotonů při přechodu elektronů mezi polovodičovými destičkami. Mají velmi úzké spektrum – prakticky jeden peak o vlnové délce charakteristické pro tu či onu diodu. Nejúčinnější diody v současnosti dosahují efektivity zhruba 100 lm/W (zde opět přípomínám, že lumeny jsou silně zavádějící jednotkou, ale bohužel jedinou dostupnou prakticky u všech světelných zdrojů). Jejich nespornou výhodou oproti ostatním zdrojům světla je jejich životnost, která se pohybuje v rozmezí cca 50-100 000 hodin (ovšem už po 50 000 hodinách je daný systém většinou zhruba na 70% své výkonnosti). Teprve v poslední době se začínají led diody dostávat do běžného života. Jejich využití je v zatím spíše experimentální než masové. Velmi dobře se osvědčily pro denní svícení, dále například pro značení (ať už v technice, či například semafory apod.).

Pro nás pěstitele jsou LED jako pro všechny ostatní obory využívající umělé osvětlení velmi slibnou technologií. Dle aktuální nálady v komunitě ale nejspíše dojde ke stejnému zklamání jako u úsporek. Pro dosažení dobrých výsledků je potřeba "namíchat si" spektrum tak, aby mělo dostatečný výkon, a bylo přitom zároveň vhodné svým barevným podáním (zastoupení modré složky pro zdravou stavbu rostliny). Při experimentu s LED osvětlením při výkonu 60 W bylo dosaženo účinnosti 0,86 g/W (viz zdroje). Jak pro úsporky, tak i pro LED platí, že při požadovaném hrubém výkonu prostě "topí" stejnou měrou, jako sodík. Použitím a výhodami/nevýhodami jsou LED přímým konkurentem úsporných zářivek. Oproti zářivkám zpravidla mívají LED delší životnost. Nevýhodou využití tohoto typu osvětlení při pěstování je předraženost komerčních produktů. Na straně druhé stojí nutnost jisté technické zručnosti pro zkonstruování vlastních systémů z jednotlivých dílů. Pro zájemce o LED pěstování rozhodně doporučuji adresu www.ledgrow.eu.

Klady:

+ rostliny mohou mít malou vzdálenost od zdroje světla

+ libovolné barevné spektrum

+ kompaktnost

+ životnost

+ vhodné pro klony

Zápory:

- nutnost základních znalostí o elektronice pro použití či neekonomičnost při nákupu

- malý efektivní dosah

Při celkovém pohledu na problematiku osvětlení mohu s klidným srdcem říci, že HPS zůstává stále nesesazeným králem. Faktem je, že za dobu existence výbojek tohoto typu došlo k jejich značné technologické evoluci, která drží tyto výbojky stále na špičce. Jejich nejsilnější část spektra je převážně v rozmezí dobře absorbovatelném rostlinami a pro tento fakt je, a nejspíše ještě několik let bude, HPS tím nejlepším pro bohaté květenství. Relativně zajímavou budoucnost má před sebou keramický metalhalid pro své rovnoměrnější spektrum, které by mohlo odstranit neduhy sodíku vyplývající z nedostatku modré složky světla a UV záření. Konkrétně zmírnění "tahání" při přechodu na 12/12 a zvýšení pryskyřičnatosti. Očekávaný efekt je tedy kompaktnější, lepivější a tvrdší květenství, ovšem nejspíše né tak hojné jako s HPS. LED technologie časem jistě najde své uplatnění při produkci řeziva. Sulfur plasma je stále mimo běžný rámec díky své ceně. Časem se dá očekávat, že lehce překoná HPS. Zatím je silně neekonomická kvůli pořizovacím nákladům oproti HPS jež poskytuje srovnatelné kvality. V tomto shrnutí nesmíme samozřejmě opomenout MH a úsporky – Metalhalid je výborný pro matečné rostliny, kde jeho podíl modré složky zajišťuje vhodnou stavbu, a není potřeba tolik hrubé síly na vytváření masy. Otázkou zůstává jak dlouho dokáže odolávat tlaku CMH. Úsporné zářivky mají své místo všude tam, kde je omezený prostor. Nejspíše začnou být časem vytlačovány LED.

Na závěr mohu snad už jen říci, že není vše zlato, co se třpytí, a že vůle prodat dokáže u některých prodejců doslova kouzla s fakty (ať už se jedná o úsporné zářivky, sulfur plasmu či LED). Chci především varovat před neuváženým nákupem LED osvětlení které už je dostupné, ale stále předražené a s naprosto nereálnými sliby výrobce, potažmo prodejců.

Jan Zelenka,

Obchodní zástupce a technologický poradce společnosti Growsheep company.

zdroje:

http://www.lamptech.co.uk

http://www.philips.com

http://www.wikipedia.org

http://www.osram.cz

http://www.sulphurplasma.com

http://www.opengrow.com

http://www.lifi.com/

http://www.icmag.com

http://www.ledgrow.eu