مقالات کشاورزی اندیشه سبز پارسی

« روشنایی رشد گياهان ۳ » :

      "Plants grow light 3 "

گردآوري و تدوين :

اسماعيل پوركاظم ؛ كارشناس ارشد زراعت ، مدرس دانشگاه جامع علمي كاربردي گيلان

مقايسه گلخانه سنتي با سيستم هاي نوردهي تكميلي :

--- با افزايش هزينۀ مصرف الكتريسيته، سيستم هاي نوردهي ايده آل گلخانه ها بسوي كمترين مصرف انرژي سوق يافته اند. بدينطريق امكان استفاده از نوردهي بيشتر بدون افزايش هزينه ها فراهم گرديده است.

نوردهي سنتي با شدت زياد يا "HID" (high intensity discharge) براي بيش از 40 سال بعنوان اصلي ترين شيوۀ نوردهي مكمل در گلخانه ها به خدمت گرفته مي شدند.

--- دو نمونه از لامپ هاي "HID" كه براي نوردهي گلخانه ها بكار مي روند شامل :

الف) لامپ "متال هاليد" (MH) كه بيشترين امواج نور را بصورت امواج فعال در فتوسنتز (PAR) شامل 500-400 نانومتر و در محدوه نور آبي گسيل مي دارد كه از ضروريات رشد رويشي است.

ب ) لامپ "سديمي پُر فشار" (HPS) كه امواج فعال در فتوسنتز (PAR) را در محدوده زرد- قرمز يعني 650-550 نانومتر ارسال مي نمايد و از ضروريات وقوع رشد زايشي است.

در مقايسه سيستم هاي "HID" بايد ملاحظه شود كه محدوديت هايي براي كنترل نوردهي اپتيمم در بدو امر وجود خواهد داشت. لامپ هاي "HID" داراي دوره هاي شدت يابي مجدد (restrike) طولاني بيش از 20 دقيقه اي هستند لذا كنترل نوردهي با اينگونه لامپ ها در شرايط نوري متفاوت غير عملي است.

بدينگونه در گلخانه هاي بزرگ كه توليدات فراواني را عرضه مي كنند، با كاربرد لامپ هاي "HID" به تلفات انرژي و لاجرم هزينه هاي زيادتري منتهي مي شوند كه بواسطه عدم تنظيم عمليات نوردهي مي باشند.

بطور كلي لامپ هاي "HID" در سيستم هاي نوردهي تكميلي براي كنترل دوره تاريكي (dimming يا rebates) طراحي نمي گردند (3).

كاربرد انرژي هاي جايگزين در نوردهي تكميلي :

--- لامپ هاي القائی (induction lamp) از انواع لامپ هاي فلورسنت پُر نور هستند و بعنوان لامپ هاي "فلورسنت بدون الكترود" يا "EFDL" (Electrodeless Fluorescent Discharge Lamps) شناخته مي شوند. در ساخت اينگونه لامپ ها به همراه گاز آرگون كم فشار از مقدار كمي آلياژ جيوه نيز استفاده مي شود تا در زمان تهييج بخار گردند. البته آنها درون بدنه شيشه اي بدام افتاده اند و راه گريزي ندارند (3).

--- انواعي از لامپ هاي "HID" كه داراي الكترودهاي داخلي هستند، داراي روشنايي 20 كلوين در ساعت مي باشند و براي مقاصد عمومي بكار مي روند. لامپ "HID" نيازمند زمان استارت طولاني هستند و قادر به خاموش شدن خودكار (auto-dimming) نيستند (3).

--- لامپ هاي "EFDL" امروزه كاربرد گسترده اي يافته اند. آنها با ولتاژهاي 277-120 ولت برق AC و با آمپراژ 60-50 هرتز كار مي كنند. اين قبيل از لامپ ها حاوي مقادير زيادي از گازهاي قابل التهاب هستند.

لامپ هاي "EFDL" از كارآيي بيشتري در مقايسه با لامپ هاي "HID" براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي نوري قابل استفاده گياهان برخوردارند. در صورتيكه از لامپ هاي "EFDL" بجاي لامپ هاي "HID" استفاده شود آنگاه نيازمند لامپ هاي كمتري به نسبت 1 : 10 خواهيد بود (3).

--- لامپ هاي "EFDL" نخستين بار در سال 1891 ميلادي توسط "نيكولا تسلا" معرفي گرديد. آنها در مقايسه با لامپ هاي التهابي (incandescent) بسيار گرانتر هستند ولي اين افزايش بهاء بواسطه تشعشع بيشتر به ازاي هر وات انرژي مصرفي جبران مي گردد. اينگونه لامپ ها دماي بسيار كمي توليد مي كنند و تا 100 هزار ساعت دوام مي يابند. بدبختانه لامپ هاي اختراعي "دكتر تسلا" هيچگاه بصورت انبوه توليد نشدند زيرا رقابت را به لامپ هاي التهابي ابدايی "توماس اديسون" باختند (3).

مقايسه هزينه هاي نوردهي تكميلي با صدمات محيطي :

--- زمانيكه از منابع تجديد پذير بمنظور صرفه جويي و حفاظت از منابع در جهت رفع نيازهاي انرژي سيستم بهره مي گيرند آنگاه فوايد محيطي عديده اي حاصل مي شوند.

با كاهش مصرف انرژي از حضور كربن در اتمسفر بروش هاي زير كاسته مي شود :

الف) كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي از صنايع و تأسيسات

ب ) صرفه جويی هر 1000 كيلووات انرژي باعث كاهش 805 پوند CO2 از اتمسفر مي گردد.

پ ) مقدار جيوه به ازاي حذف هر لامپ كاهش مي يابد (3).

«جدول5) مقايسه لامپ هاي HID با لامپ هاي القايی (3):»

--- زمانيكه از لامپ هاي "HID" با طول عمر 10 هزار ساعت استفاده مي شود آنگاه براي 100 هزار ساعت نوردهي به به 10 لامپ از اين نوع نياز مي باشد در صورتيكه يك لامپ "Inda-Gro" با قدرت 400 وات مي تواند جايگزين همۀ آنها گردد كه جيوه كمتري در حدود يك سوم هر لامپ "HID" نيز دارد (3).

«جدول6) مقايسه لامپ هاي "HID" و "Inda-Gro" (3):»

--- تعداد ساعاتي كه هر لامپ در سال به حالت روشن و يا خاموش در مي آيد، در مقدار هزينه سالانه اش مؤثر است لذا بكارگيري لامپ ها با برنامه ريزي دقيق مي تواند از هزينه هاي توليد بكاهد بنابراين تلاش مي گردد كه بويژه در گلخانه هاي بزرگ تجاري بنحو مؤثري از نور خورشيد در فصول مختلف سال استفاده گردد و از حداقل نور تكميلي براي رشد بهينه گياهان بهره گيرند (3).

معرفي لامپ "Inda-Gro" مدل "pro-420-PAR-DH":

--- اين لامپ داراي بالاترين كارآيي انرژي براي نوردهي تكميلي در گلخانه ها است. لامپ هاي تخليه الكتريكي بدون الكترود فلورسنت يا "EFDL" (Electrodeless Fluorescent Discharge Lamps داراي بيشترين كارآيي انرژي در لامپ هاي القايی موجود هستند. آنها فاقد الكترود داخلي مي باشند و كمترين اُفت تشعشع را در طي عمر 100 هزار ساعته خويش دارند.

آنها داراي طيف نوراني همسان با نور طبيعی هستند و مي توانند بطور اتوماتيك ميزان نوردهي را كنترل كنند و بدينطريق بيشترين صرفه جويی انرژي را در طي توليد محصولات گلخانه اي حاصل مي نمايند (3).

--- عمده ترين مزاياي لامپ هاي "EFDL" عبارتند از :

الف) حدوداً 70 درصد كمتر از لامپ هاي همسان از نوع "HID" انرژي مصرف مي كنند.

ب ) لامپ هايی منفرد با طيف گسترده اي از "PAR" بمنظور نوردهي مرحله رشد رويشي گياهان هستند.

پ ) داراي 100 هزار ساعت دوام هستند كه تا وضعيت 10 درصد كاهش تشعشع حائز 70 هزار ساعت دوام مؤثر خواهند بود.

ت ) داراي وظايف دوره اي (duty cycle) نامحدود هستند بطوريكه روشن و خاموش كردن از طول عمرشان نمي كاهند.

ث ) داراي ثبات شدت و استواري طيف روشنايي براي توليد مكرر محصولات گياهي گلخانه اي مي باشند.

ج ) حائز توانايي كاهش نور از 100-50 درصد بر اساس شرايط روشنايي طبيعي هستند.

چ ) مصرف انرژي مطابق با مقدار نوردهي حقيقي دارند.

ح ) تعهدنامه 10 ساله خدمات و تعميرات در ايالات متحده همراه با گارانتي دارند (3).

--- با سنجش و نظاره گري مداوم تغييرات نور خورشيد توسط حسگرهاي روشنايي مي توان بر اساس شرايط به تنظيم روشنايي رشد مورد نياز گياهان با كمك نوردهي تكميلي پرداخت. بدينگونه سوئيچ هاي زياد/كم اجازه مي دهند تا روشنايي لامپ ها را بگونه اي كم و زياد نمود تا ضمن صرفه جويی انرژي بتوان به اپتيمم رشد گياهيان دست يافت.

مثال : لامپ 420 وات با حداكثر روشنايي داراي توانايی تبديل شدن به لامپ 210 وات با 50 درصد روشنايي است.

ولتاژ مصرفي در محدوده 277-120 ولت

آمپراژ در حدود 60-50 هرتز

فاكتور قدرت (power factor) در حدود 99/0

THD كمتر از 10 درصد

و بعبارت خلاصه تر :

High setting : 400-800 µMol/m2-s (fullbright if ≤400,dimmed to 50% if ≥800)

Low setting : 250-500 µMol/m2-s (fullbright if ≤ 250 , dimmed to 50% out put ≥ 500)

(مأخذ 3).

مقايسه رشد هفتگي گياهان در مجاورت "نور طبيعي" و "Inda-Gro":

--- اين آزمايش با مشاركت هنرستان آموزش كشاوري و مزرعه "بيد وحشي" (wild willow farm" مستقر در منطقه "ساندياگو" آمريكا انجام گرفته است. آزمايش مزبور به اندازه گيري رشد گياهان به مدت يك هفته (18-10 ژوئن 2012 ميلادي) پرداخت كه در مجاورت نور خورشيد و يا نور حاصل از لامپ هاي "Inda-Gro" قرار داشتند.

گياهان تحت نور "Inda-Gro" داراي ميانگره هاي كوتاهتري شدند وليكن فعاليت گلدهي كمتري داشتند درحاليكه گلدهي در گياهان تحت نور خورشيد بموقع انجام پذيرفت.

در موارديكه از نوردهي تكميلي استفاده گرديد، سرعت رشد اوليه گياهك هاي حاصل از بذور به 4 برابر افزايش يافت درحاليكه اندازه نهايي اين گياهان نيز داراي رشد 3-2 برابري بودند (3).

نوردهي خاص رشد گياهان و جلبك ها :

--- نورهاي محيطي شامل مخلوطي از نورهاي قرمز و آبي مي توانند باعث افزايش كارآيي "بيورآكتورها" (bioreactors) شوند و بدينگونه انرژي مصرفي را كاهش دهند. قوي ترين جذب نور توسط كلروفيل در محدوده 660 نانومتر يعني نور قرمز تيره و 455 نانومتر يعني نور آبي صورت مي پذيرند.

--- ميله هاي (bars) قرمز و آبي در اينگونه لامپ ها بصورت جداگانه ساخته مي شوند و اين موضوع اجازه مي دهد تا نسبت نورهاي قرمز به آبي را بر اساس ضرورت فرآيندها تعيين گردند و هر زمان كه لازم باشد نسبت به تغيير آن اقدام گردد.

اين ميله ها داراي درجه بندي آزمايشگاهي هستند و براي امور علمي طراحي شده اند لذا محققين بر اساس طراحي هاي آزمايشي نسبت به انتخاب ميله هاي قرمز يا آبي جهت نوردهي تكميلي اقدام مي كنند (1).

--- مهمترين ويژگي هاي لامپ هاي ميله اي عبارتند از :

الف) آنها جريان الكتريكي بسيار بالايی دارند. تاكنون نمونه هاي آزمايشي گوناگوني از گره هاي "ال اي دي" (LED nodes) داراي جريان الكتريكي بالا ساخته شده و به شيوه هاي مختلف مونتاژ گرديده اند. هدف از اينكار تدارك بهترين سيستم و نه ارزان ترين آنها بوده است.

ب ) لامپ هاي "LED"آبي با طول موج 455 نانومتر و قرمز با طول موج 660 نانومتر براي پرورش جلبك ها (algae) و ساير گياهان كاربرد يافته اند درحاليكه اغلب مردم انواع 470 نانومتر آبي و 620 نانومتر قرمز را ترجيح مي دهند. اينگونه لامپ ها اختصاصاً براي تأمين روشنايي رشد طراحي شده اند و براي دكوراسيون مناسب نيستند (1).

پ ) قابليت تيرگي آسان (easy dimmable) :

با استفاده از تعديل كننده ها و يا كاهنده هاي جريان از جمله كاهنده هاي ولتاژ جريان مداوم مي توان به اينكار اقدام نمود. بدينطريق شدت هاي مختلف نور براي اهداف تحقيقاتي و دلايل بيولوژيكي فراهم مي گردند.

ت ) كارآيي انرژي (energy efficient) :

كاربرد انرژي در "بيورآكتورها" بسيار گران است. اين ميله ها كه كارآيي بالايي دارند، به ازاي هر وات انرژي مصرفي داراي تشعشع بيشتري هستند لذا به هزينه هاي كمتري براي دستيابي به انوار آبي و قرمز مورد نياز رشد گياهان منجر مي گردند.

ث ) طول عمر طولاني (long lived) :

اينگونه لامپ ها قبل از اينكه به كارآيي 70 درصد نزول يابند، حدوداً 40 هزار ساعت عمر مفيد دارند. عمر حقيقي (life time) آنها متفاوت است زيرا مردم آنها را در شرايط غير يكسان به خدمت مي گيرند. با اين وجود باور سازندگان بر آن است كه آنها بيش از 7 سال دوام مي آورند.

ج ) مقاوم به ماوراء بنفش (UV resistant) :

ويژگي مقاومت به UV باعث دوام آنها در مقابل نور خورشيد مي شود.

چ ) ضد آب و غبار (waterproof & dust-tight) : اينگونه ابزارهاي روشنايي رشد را حتي مي توان با شوينده هاي پُر قدرت شستشو داد.

ح ) هر ميله داراي 2 فوت طول (60 سانتيمتر) است و با 2 بست و پيچ در محل مورد نظر محكم مي شوند.

خ ) پذيرندۀ "ROHs" يا "كاهندۀ مواد مضر" (Reduction Of Hazardous substances):

 در اين توليدات از مواد هادي استفاده نشده است. زمانيكه 3 جفت از نمونه هاي آزمايشي آنها در آزمايشگاه علوم نور كشور كانادا آزمايش شدند آنگاه نمونه هاي قرمز (R1) و آبي (B1) انتخاب گرديدند سپس مدارها را براي كارآيي بيشتر بدون كاهش نور خروجي اصلاح نمودند (1).

د ) منبع انرژي (power supplies) :

ميله ها از منبع انرژي 24 ولت DC استفاده مي كنند.

مهمترين ملاحظات انتخاب منبع انرژي مناسب عبارتند از :

@- اندازه (size) :

در موارديكه براي نصب در سطوح كم وسعت استفاده مي شوند، توصيه مي گردد كه منبع انرژي را 25 درصد بزرگتر از ظرفيت مورد انتظار انتخاب نمايند. اين حاشيه امنيت باعث بر طرف شدن اشتباه در محاسبات، تطابق دستگاه ها و مقاومت مدار مي شود امّا براي سطوح وسيع تر مي توان طراحي را بگونه اي مهندسي و نصب نمود كه ضمن دستيابي به نور كافي از اتلاف هزينه ها نيز كاسته گردد.

@@- در صورتيكه بر اساس نوع تحقيق و يا هر دليل ديگري خواهان كاهش نور در ضمن پرورش گياهان باشد، نيازمند تجهيزات اضافي است وليكن انرژي مصرفي كاهش مي يابد.

@@@- براي غير قابل نفوذ ساختن ميله ها نسبت به نور و غبار نيازمند تجهيزات اضافي و گرانتر مي باشد (1).

 «جدول7) نتايج حاصل از نمونه هاي آزمايشي تحت نوردهي R1 و B1  (1):»

معرفي بسته هاي نوردهي تكميلي "Growace" :

--- مهمترين بسته هاي نوردهي تكميلي شركت "Growace" عبارتند از :

1) كيت نوردهي رشد 400 وات

2) كيت نوردهي رشد 600 وات

3) كيت نوردهي رشد 1000 وات

4) كيت نوردهي رشد LED

5) كيت نوردهي رشد فلورسنت

6) لامپ هاي حبابي و متعادل كننده ها (ballasts & bulbs)

7) ضمائم و لوازم يدكي نوردهي رشد (lighting accessories)

8) مواد بازتابش (reflective material)

9) سرپوش هاي رشد (grow lids)

10) چادرهاي رشد (grow tents)، (2).

منابع و مآخذ :

1) E.L. – 2012 – LEDs for algae and plant growth – http://www.environmentallights.com

2) GROWACE – 2013 – Grow lights – http://growace.com

3) INDA GRO – 2012 – supplemental greenhouse lighting systems – www.inda-gro.com

4) Peiler , K & et al – 2010 – Horticulture application : grow lights – OSRAM opto semiconductors ; http://www.osram-os.com  

5) Wikipedia – 2013 – Growth light – http://en.wikipedia.org