LUX MAGAZYN 1/2018
Koniec Wi-Fi początek Li-Fi ?
Dołącz do naszej społeczności
7 mar 2017 / Lux Magazyn /

Rola oświetlenia LED w wertykalnym rolnictwie przyszłości

Dzięki wykorzystaniu technologii LED rolnictwo wertykalne, czyli uprawy piętrowe, w ściśle kontrolowanych warunkach, stają się realną alternatywą dla upraw tradycyjnych. To obecnie najszybciej rozwijający się obszar zastosowań oświetlenia LED przeznaczonego do uprawy roślin.

Rośliny wykorzystują światło naturalne, aby rozwijać się poprzez fotosyntezę, ale w procesie tym możliwe jest również wykorzystanie światła sztucznego. Pozwala to na kontrolowanie tempa wzrostu, kształtu i okresu kwitnienia roślin. Ilość światła, jego skład spektralny, a także czas oświetlania – wszystko to ma wpływ na właściwości roślin. W efekcie oświetlenie i jego technologiczny rozwój mają coraz większe znaczenie dla przemysłu rolniczego.

Rolnictwo w obliczu globalnych wyzwań przyszłości

Europejski rynek świeżych warzyw i owoców, warty wg. ICI Business ponad 30 miliardów Euro, zmaga się obecnie z szeregiem problemów. Obejmują one niekorzystne zmiany klimatyczne, większą świadomość konsumentów w kwestiach zdrowia, zwiększony popyt na produkty niszowe, wysokie koszty dostaw oraz naciski klientów na zapewnienie bardziej „zielonej” i „lokalnej” produkcji. Jeszcze większe wyzwania wynikają z trendów globalnych. Organizacja Narodów Zjednoczonych (ONZ) szacuje, że do 2050 r. na świecie przybędzie około 2,5 mld. ludzi i będzie nas wtedy około 10 mid., a 80 proc. globalnej populacji będzie mieszkać na terenach miejskich. Jednocześnie 80 proc. terenów, które nadają się pod uprawę rolną, jest już wykorzystywane. Ponadto ekstremalne zjawiska pogodowe występujące na całym świecie niszczą uprawy, powodując wzrost cen żywności. Coraz więcej klientów zwraca też uwagę na sposób produkcji żywności, co jeszcze bardziej utrudnia rolnikom nadążenie z podażą za postępującą urbanizacją. Wszystko to przekłada się na konieczność tworzenia nowatorskich technologii, które umożliwią prowadzenie upraw bez światła słonecznego w zamkniętych pomieszczeniach znajdujących się w miastach lub w ich pobliżu.

Rola oświetlenia LED w wertykalnym rolnictwie przyszłości

W obliczu tych wyzwań, przemysł rolniczy podejmuje działania, mające na celu zwiększenie produkcji oraz skrócenie czasu potrzebnego na dostarczenie produktów do konsumentów.

Coraz popularniejsza staje się produkcja żywności na skalę przemysłową, a celem jest stworzenie wielkich farm znajdujących się w pomieszczeniach i wykorzystujących sztuczne i podlegające kontroli oświetlenie LED indywidualnie dopasowane do hodowanych roślin. Pozwala to na prowadzenie upraw na ograniczonych przestrzeniach dostępnych w aglomeracjach miejskich. Sztuczne oświetlenie pozwala uzupełniać naturalne światło, aby przyspieszyć rozwój roślin lub wręcz uprawiać rośliny bez naturalnego światła. Ponadto w taki sposób rolnicy mogą uprawiać owoce, warzywa i kwiaty, które nie są przystosowane do lokalnych warunków klimatycznych. Ten nowatorski model upraw pozwala zbierać plony 20–25 razy w roku dzięki zastosowaniu „świetlnych recept” zoptymalizowanych pod względem poszczególnych produktów i ograniczających zużycie energii o 85 proc. Przekłada się to na zwiększenie wielkości zbiorów i zmniejszenie kosztów operacyjnych, a konsumenci przez cały rok będą mogli cieszyć się świeżymi warzywami pochodzącymi z lokalnych gospodarstw.

Uprawy wielopoziomowe, zwane także wertykalnymi, czyli takie w których rzędy roślin są umieszczane jedne nad drugimi, mają wiele przewag nad tradycyjnym rolnictwem. Przede wszystkim rolnictwo wertykalne zużywa znacznie mniej cennych zasobów. Według danych Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa, tradycyjne rolnictwo odpowiada za 30 proc. globalnego zużycia paliw kopalnych oraz 70 proc. zużycia wody, z czego 50-80 proc. jest tracone ze względu na parowanie lub spływanie. Rolnictwo wertykalne, dzięki wykorzystaniu układów zamkniętych, wymaga 70-95 proc. mniej wody i pozwala radykalnie ograniczyć użycie środków ochrony roślin oraz koszty transportu, bo uprawy mogą być lokalizowane na terenach miejskich.

Światło LED zapewnia lepszą kontrolę upraw

Kluczowym wyzwaniem w rozwoju rolnictwa wertykalnego są systemy oświetleniowe. Obecnie w szklarniowej hodowli roślin najczęściej stosowane są wysokoprężne lampy sodowe o skuteczności świetlnej ponad 100 lm/W, które jednak nie zapewniają światła o szerokim zakresie długości fal Ponadto, ze względu na wysokie zużycie energii oraz ciepło generowane przez źródła światła tego typu, konieczne jest zapewnienie znacznej odległości między oprawami oświetleniowymi i roślinami. W praktyce oznacza to, że lampy sodowe są zwykle umieszczane wysoko nad roślinami jako oświetlenie górne. Kolejnymi wadami takich systemów doświetlania jest krótka żywotność (ok. 8000 godzin) oraz słaba efektywność kosztowa lamp o niskiej mocy.

Od momentu odkrycia, że widmo światła może wpływać na właściwości roślin, np. przyspieszając ich kwitnienie, przemysł rolniczy zaczął mocniej interesować się technologią LED, która stała się kluczowa dla opłacalności miejskiego rolnictwa. Rośliny odbierają światło w sposób zupełnie inny niż ludzkie oko, dlatego bardziej wydajnie wykorzystują fale świetlne niektórych długości oraz inaczej reagują na wiązki łączące fale o różnych długościach. Rośliny zielone, do fotosyntezy i produkowania energii, wykorzystują przeważnie światło niebieskie z zakresu długości fal ok. 430-490 nm oraz czerwone ok. 640-780 nm, ale absorbują również fale o długości ok. 730 nm w zakresie podczerwieni, który wpływają na ich wzrost. Odpowiednie łączenie oraz tymczasowe zmienianie długości fal pozwala kontrolować wielkość plonów, ich jakość, szybkość oraz koszt upraw. Źródła światła LED nadają się do tych zastosowań szczególnie dobrze ze względu na możliwość elastycznej zmiany parametrów generowanego światła i możliwość określania spektrum barw, pozwalają zatem na tworzenie precyzyjnych „recept świetlnych” zoptymalizowanych pod względem potrzeb poszczególnych roślin. Systemy LED pozwalają wręcz dostosować oświetlenie tak, aby pasowało do dowolnego gatunku roślin. Oprawy oświetleniowe LED przeznaczone do doświetlania upraw rolniczych mogą być konstruowane tak, aby regulować wskaźniki i parametry oświetlenia bez potrzeby każdorazowego wprowadzania modyfikacji technicznych w oprawach.

Równie ważne, jak odpowiednie widmo światła, jest równomierność oświetlenia rozumiana jako ilość światła, jakie każda roślina otrzymuje. Chodzi o to, aby zapewnić równy wzrost wszystkich roślin i równoczesne zbiory. Ponadto niska temperatura pracy diod LED pozwala na umieszczanie ich w optymalnym położeniu bliżej roślin, także między roślinami i liśćmi. W ten sposób zwiększeniu ulega ilość światła i zmniejsza się ryzyko zacienienia, występującego często przy oświetlaniu z góry. Dzięki oświetlaniu z każdej strony rośliny nie marnują energii na poszukiwanie światła i rozrastają się równomiernie, rosnąc szybciej i dając większe plony.

Światło LED jasną perspektywą dla miejskiego rolnictwa wertykalnego

Diody LED stanowią mocną alternatywę dla oświetlenia sodowego stosowanego dotychczas w rolnictwie. Dzięki nim miejskie rolnictwo wertykalne staje się nową opłacalną metodą upraw. Wytrzymałe i trwałe diody LED są znacznie bardziej przyjazne dla środowiska, a poprzez stosowanie ukierunkowanego światła o długości fali 450, 660 i 730 nm mogą przyspieszać wzrost roślin nawet o 40 proc. przy drastycznym zmniejszeniu zużycia energii. Dodatkowo, LED dające się przyciemniać i kontrolować oferują właścicielom upraw dużą elastyczność i pozwalają dostosować światło dokładnie do potrzeb różnych rodzajów roślin. Nie powinny zatem dziwić prognozy firmy badawczej ReportsnReports, zgodnie z którymi sprzedaż LED stosowanych w rolnictwie wertykalnym będzie rosła co roku średnio o 30 proc. i w 2020 roku uzyska wartość 401 mln USD.


Autor: Marek Kołakowski. Więcej informacji na temat wykorzystania oświetlenia LED w rolnictwie znajdą Państwo w czasopiśmie Lux Magazyn.

Góra
Komentarze
Brak komentarzy, podziel się swoją opinią jako pierwszy....
Katalog Firm
Realizacje firm

Kalendarium

mar
20
AMPER 2018
Targi AMPER zaliczają się do najważniejszych imprez targowych w branży elektrotechnicznej i elektronicznej w regionie Europy Środkowej i Wschodniej.