Лампа по центру полиці, рослини ростуть. Але в кінці тижня помічаєш: по краях листки дрібніші, колір блідіший, ріст відстає. Вимірюєш PPFD — у центрі 600 мкмоль/м²/с, по краях 180 мкмоль/м²/с. Три рази менше на відстані 30 см від центру. Лампа «освітлює всю полицю» — але ніяк не рівномірно. Нерівномірне освітлення означає нерівномірний врожай, різний час до збирання і різну якість продукту на одному стелажі.
Короткий словник: PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) — потік фотонів що досягає поверхні на рівні листків; вимірюється квантовим фотометром у мкмоль/м²/с. Рівномірність освітлення — відношення мінімального PPFD до максимального по площі зростання; виражається у відсотках (min/max × 100%); показник 80%+ вважається хорошим для виробництва. Карта PPFD — матриця вимірювань у точках по всій площі зростання що показує реальний розподіл світла; дозволяє знайти тіньові зони і зони надлишкового освітлення до посадки.
Чому PPFD падає від центру до країв
Будь-яке точкове або лінійне джерело світла має кут розсіювання — і за межами цього кута інтенсивність різко падає. Залежність PPFD від відстані в ідеальних умовах — зворотньо квадратична: вдвічі далі від джерела = вчетверо менше світла.
Реальна картина складніша: бічні відбивачі, кут вторинної оптики, рефлектори від стін і стелажів — все це формує реальний розподіл PPFD по зоні. Виробники надають photon distribution maps для своїх ламп — але вони показують розподіл у відкритому просторі без урахування відбиття від конкретного приміщення.
Два стелажі на 20 см нижче однієї і тієї ж лампи — це вже різний PPFD через різну відстань. Рослини на нижній полиці вертикального стелажу при одному загальному верхньому освітленні отримують на 30–60% менше ніж верхня полиця.
Як зробити карту PPFD: практика
Карта PPFD — це сітка вимірювань по всій площі зони зростання. Мінімум для оцінки рівномірності:
Для полиці або лотка до 1 м²: виміряти в 9 точках — сітка 3×3 (кути, середини сторін, центр). Записати кожне значення. Знайти мінімум і максимум. Рівномірність = min/max × 100%.
Для зони від 1 до 4 м²: сітка 4×4 або 5×5 — 16 або 25 вимірювань. Крок між точками 30–50 см.
Для великих зон: крок 50–100 см, мінімум 20 точок. Результати можна нанести на схему і намалювати ізолінії — одразу видно де тіньові зони.
Вимірювати при включеному освітленні без інших джерел, датчик горизонтально на рівні верхівок рослин або на запланованій висоті розміщення. Якщо у приміщенні є бічні вікна або інше освітлення — вимірювати вночі або затінити.
Типові тіньові зони і де їх шукати
Кути зони зростання. Лампа по центру — кути завжди отримують менше. При рівномірності 50–60% по краях — рослини там дадуть наполовину менший урожай. Для прямокутних зон краще використовувати лінійне освітлення вздовж довгої сторони або кілька точкових джерел.
Нижні яруси вертикальних систем. При одному верхньому освітленні кожен ярус нижче отримує менше. Перевірити карту PPFD на кожному ярусі окремо — різниця між верхнім і нижнім може досягати 70%.
Зони між рядами ламп. При декількох паралельних ламп між ними можуть бути смуги зниженого PPFD — «провали» між джерелами. Оптимізувати відстань між лампами і висоту підвісу.
Зони під конструкцією стелажу. Металеві профілі і бруси кидають тінь на розміщені нижче рослини. При проектуванні стелажу враховувати що перекладини між ярусами не повинні бути широкими і не повинні знаходитись прямо над рослинами.
Периметр зони при відсутності відбивача. Темні стіни і відсутність бічного відбивача означає що частина світла йде «в стіну». Білі стіни або відбивальні плівки на бічних поверхнях стелажу повертають частину світла назад на рослини і покращують рівномірність по краях без збільшення потужності.
Як покращити рівномірність без збільшення потужності
Підняти лампу. При збільшенні відстані від лампи до рослин PPFD в центрі знижується, але розподіл стає рівномірнішим — конус освітлення розширюється. Мінус: загальний PPFD падає і потрібно компенсувати потужністю або тривалістю дня.
Розмістити кілька джерел замість одного потужного. Дві лампи по 240 Вт замість однієї 480 Вт на відповідній відстані між собою дають значно кращу рівномірність при тому самому загальному споживанні. Перекриття конусів між лампами вирівнює провали.
Вторинна оптика і лінзи. Деякі LED-світильники мають змінний кут за допомогою лінз — широкий кут для меншої відстані і вужчий для більшої.
Відбивальні поверхні. Білий або дзеркальний матеріал (Mylar) на бічних стінках стелажу повертає до 80–90% бічного випромінювання назад на рослини. Особливо ефективно для вузьких стелажів де бічне випромінювання значне.
Три помилки, які коштують найдорожче
Вимірювати PPFD тільки в центральній точці і вважати що це «показник зони». Центральна точка під лампою — зазвичай максимум. Середній PPFD по зоні може бути на 30–50% нижчий. Проектувати систему по центральній точці і потім виявити що 40% зони недоосвітлені — марна витрата і часу і коштів на лампи.
Не перемірювати PPFD після зміни висоти ламп або конфігурації стелажу. Підняв лампу на 10 см або змінив відбивач — розподіл змінився. Карта PPFD що була зроблена при одній конфігурації не відповідає новій. Будь-яка зміна — новий вимір у мінімум 9 точках.
Ігнорувати рівномірність при розрахунку DLI і норм висіву. Якщо рівномірність 60% — рослини по краях отримують на 40% менше DLI ніж у центрі і будуть готові до збирання на 2–4 дні пізніше. При рівномірному посіві по всій зоні збирання стає нерівномірним. Або вирівнювати освітлення, або враховувати нерівномірність при плануванні збирання і компонувати посів відповідно до зон.
Як зрозуміти що рівномірність освітлення прийнятна
Карта PPFD побудована для зони вирощування. Рівномірність min/max не нижче 75–80%. Рослини по всій зоні ростуть з однаковою швидкістю і мають однаковий товарний вигляд перед збиранням. Якщо є помітна різниця між центром і краями — спочатку виміряти, потім змінювати конфігурацію.
Якщо хочеш розібратись глибше: Освітлення: DLI, PPFD і як рахувати добову дозу світла — пояснює як рівномірність PPFD по зоні прямо впливає на рівномірність DLI і що відбувається з врожайністю і якістю коли DLI суттєво відрізняється між точками зони.