Als LEDs auf den Markt kamen, veränderten ihre enorme Effizienz und ihr Potenzial zur Kosteneinsparung die Rahmenbedingungen. Lumen, Lux und Fußkerzen wurden schließlich zu veralteten Maßstäben zur Bestimmung des Lichtbedarfs von Pflanzen.
Vor kurzem begann man, auf PAR, PPF und PPFD als Möglichkeiten zur Lichtmessung in photosynthetischen Beleuchtungsanwendungen zu verweisen. Der Zweck dieses Artikels besteht darin, zu erklären, was diese Begriffe bedeuten, einige häufige Missverständnisse zu korrigieren und Züchtern zu helfen, zu verstehen, wie die Wissenschaft hinter diesen Begriffen genutzt werden kann, um die richtigen Lichtverhältnisse für den Anbau glücklicher, blühender Pflanzen zu bestimmen.
Was zum Teufel ist PAR?
PAR (Photosynthetically Active Radiation) ist ein oft verwendeter (und oft missbrauchter) Begriff. Es handelt sich NICHT um eine Maßeinheit oder „Metrik“ wie Fuß, Zoll oder Kilo. Vielmehr definiert es die Art des Lichts (Wissenschaftler nennen Licht „elektromagnetische Strahlung“), das zur Unterstützung der Photosynthese im Pflanzenleben erforderlich ist. Durch Photosynthese wandeln Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie um, die die Nahrung ist, mit der sie wachsen und gedeihen.
Interessanterweise nutzen Pflanzen ungefähr denselben Teil des Spektrums, der für das menschliche Auge sichtbar ist, aber die Wellenlängen, die wir als die hellsten wahrnehmen (d. h. grünes Licht) sind nicht die effizientesten Wellenlängen für die Photosynthese. Wie wir alle wissen, ist einiges Licht (wie das Licht einer Kerze) für das menschliche Auge sichtbar und andere (wie Infrarotlicht) nicht. Wissenschaftler definieren verschiedene Arten von Licht anhand ihrer „Wellenlängen“. Diese unterschiedlichen Wellenlängen bilden das „Spektrum“ der elektromagnetischen Strahlung. Dieses Spektrum umfasst Röntgenstrahlen, Radiowellen und Infrarotlicht (von denen nichts für das menschliche Auge sichtbar ist) sowie Licht, das wir sehen können, wie etwa Sonnenlicht, und Licht einer roten oder blauen LED.
Das erste, was man über PAR verstehen muss, ist, dass es sich um den Teil des elektromagnetischen Strahlungsspektrums (Licht) handelt, der für Pflanzen und Algen nützlich ist, um die Photosynthese zu aktivieren – es handelt sich NICHT um eine Messung. Was wirklich zählt, sind PPF, PPFD und DLI.
Bei der Auswahl eines Beleuchtungssystems oder einer Leuchte, die die Photosynthese auslöst und fördert, sind drei Messungen wichtig:
Wie viel Licht erzeugt die Leuchte?
Wie viel von diesem Licht steht den Pflanzen zur Verfügung?
Wie viel Licht erhält die Pflanze während der Photoperiode?
PPF, PPFD, DLI und Moles
Photosynthetischer Photonenfluss (PPF)
Die erste Messung ist der Photosynthetische Photonenfluss oder „PPF“, der die Gesamtlichtmenge misst, die jede Sekunde von einer Lichtquelle erzeugt wird. Anders ausgedrückt sagt uns PPF, wie viel PAR pro Sekunde von einer Lichtquelle emittiert wird. Technisch gesehen misst PPF die „photosynthetisch aktiven Photonen, die von einem Beleuchtungssystem pro Sekunde emittiert werden“. Diese Messung wird in „Mikromol pro Sekunde“ ausgedrückt und zu Mikromol kommen wir gleich. Beachten Sie jedoch, dass PPF uns nicht sagt, wie viel des gemessenen Lichts tatsächlich auf den Pflanzen oder einer anderen Oberfläche landet. Es ist wahrscheinlich die zweitwichtigste Methode zur Messung eines Beleuchtungssystems, aber 99,9 % der Beleuchtungsunternehmen führen sie aus irgendeinem Grund nicht auf. PPF wird von Wissenschaftlern und Lichtingenieuren ausgedrückt als: μmol/Sekunde.
Photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD)
Die zweite Messung ist PPFD, die das Licht misst, das tatsächlich bei der Pflanze oder Alge ankommt. Die photosynthetische Photonenflussdichte oder „PPFD“ ist ein Maß für die Lichtmenge, die tatsächlich Ihre Pflanzen und Algen erreicht, oder, wie ein Wissenschaftler sagen würde: „die Anzahl der photosynthetisch aktiven Photonen, die jede Sekunde auf eine bestimmte Oberfläche fallen“. PPFD ist eine „Punktmessung“ an einer bestimmten Stelle auf Ihrem Pflanzendach und wird in Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde gemessen. Dieses Maß wird von Wissenschaftlern und Lichtingenieuren ausgedrückt als: μmol/m2/s.
Tageslichtintegral (DLI)
Die dritte Messung ist DLI (Day Light Integral), die die Gesamtlichtmenge misst, die täglich an eine Pflanze abgegeben wird. Der Züchter kann sich DLI als die tägliche „Lichtdosis“ der Pflanze vorstellen, obwohl ein Wissenschaftler wahrscheinlich sagen würde, dass DLI eine kumulative Messung der Gesamtzahl der Photonen ist, die die Pflanzen und Algen während der täglichen Photoperiode erreichen. DLI misst die Anzahl der „Mol“ Photonen pro Quadratmeter und Tag und wird ausgedrückt als: mol/m2/d.
Wenn Sie das Licht länger eingeschaltet lassen, absorbieren Ihre Pflanzen natürlich mehr Licht. Oder, um es technischer auszudrücken: Ein Beleuchtungssystem mit einem niedrigeren PPF kann einem Aquarium den gleichen DLI liefern wie ein Beleuchtungssystem mit einem höheren PPF, wenn die Photoperiode verlängert wird. DLI ist analog zur Gesamtregenmenge, die während eines Sturms fällt, im Gegensatz dazu, wie schnell der Regen fiel (was PPFD wäre). DLI ist die wichtigste Messgröße zur Bestimmung der Gesamtwachstumsrate von Pflanzen und Algen. Sobald Sie den bevorzugten DLI Ihrer Pflanzen und/oder Algen kennen, können Sie ganz einfach ein Beleuchtungssystem einrichten, um die erforderliche Lichtmenge zu liefern. Richtig konzipierte photosynthetische Beleuchtungssysteme beginnen mit der Definition des erforderlichen DLI.
Maulwürfe
Es gibt eine große Anzahl von Photonen oder „Lichtteilchen“ im sichtbaren Licht – tatsächlich ist die Menge so groß, dass wir sie nicht einfach mit normalen Zahlen ausdrücken können. Deshalb verwenden wir zwei Messungen, die Wissenschaftler häufig zur Messung großer Mengen verwenden. Die erste Zahl, die Maulwurf genannt wird, entspricht der sogenannten „Avogadro-Zahl“, nämlich 602.214.150.000.000.000.000.000! Für eine überschaubarere Zahl ist ein Mikromol ein Millionstel Mol. Viel besser, oder?! Im Klartext beträgt ein Mikromol Photonen (das wäre ein Millionstel von Avogadros Zahl) 602 Billiarden. Da diese Zahlen so groß sind, ist es einfacher, Lichtmengen in Mol und Mikromol anzugeben.
Zusammenfassend..
PPF sagt uns, wie viele Lichtphotonen pro Sekunde von einer Lichtquelle emittiert werden.
PPFD sagt uns, wie dicht die Vorrichtung die Lichtphotonen auf einem ein Quadratmeter großen Ziel (d. h. Ihre Pflanzen und Algen) in einer Sekunde.
DLI sagt uns, wie viele Photonen in einer vollständigen Photoperiode (d. h. pro Tag).
Machen Sie es einfach
Jedes Aquarium und jedes Beleuchtungssystem ist anders und es gibt zahlreiche Faktoren, die die Gesamtlichtmenge beeinflussen, die von einer Leuchte abgegeben wird. Obwohl „Lumen“ einfach war, hatte es wirklich keinen konsistenten Zusammenhang mit der Lichtmenge, die Sie Ihren Pflanzen und Algen zuführen. PAR, PPF, PPFD. und DLI sind präzise und konsistente Begriffe und Maße, die von Wissenschaftlern, Algenforschern, Gärtnern und Laboren auf der ganzen Welt verwendet werden – es kann jedoch schwierig sein, sie sich zu merken und zu verstehen. Hier ist eine Möglichkeit, es einfacher zu machen:
Stellen Sie sich Licht wie Regen und die Leuchte wie eine Wolke vor.
PPF sagt uns, wie viele Regentropfen pro Sekunde aus einer Wolke fallen.
Nehmen wir an, dass die Wolke eine Million Regentropfen pro Sekunde produziert. Wenn es sich um eine große Wolke von der Größe des Bundesstaates Texas handelt, würden Sie wahrscheinlich nicht einmal bemerken, dass es draußen regnet. Aber wenn die Wolke die Größe eines Autos hätte, würden Sie wahrscheinlich eine Schwimmweste anziehen wollen, wenn Sie sich direkt unter dieser Wolke befänden! Die Regentropfendichte (PPFD) der autogroßen Wolke im zweiten Szenario wäre für die unglückliche Person darunter sehr deutlich erkennbar. Das gleiche Szenario gilt auch für Beleuchtungssysteme. PPF sagt uns, wie viele Photonen pro Sekunde von einem Beleuchtungskörper erzeugt werden, sagt uns aber nicht, wo die Photonen landen. Deshalb brauchen wir PPF-Dichte oder PPFD.
Beispielsweise kann eine 48-Zoll-LED-Lichtleiste insgesamt 90 Mikromol pro Sekunde (PPF) erzeugen – das gilt für die gesamte Leuchte. Aber wenn Sie darunter die Lichtmenge messen, die bei der Pflanze oder den Algen ankommt, messen Sie das Licht, das pro Sekunde auf einen Quadratmeter Oberfläche fällt (PPFD) – eine weitaus wichtigere Messung, wenn Sie ein sind Pflanze und eine, bei der die Anzahl der Mikromole in einer typischen Wachstumsumgebung höher ist.
Definitionen
Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR)
Dies ist KEINE Maßeinheit oder „Metrik“ wie Fuß, Zoll oder Kilo. PAR definiert die Art von Licht, die zur Unterstützung der Photosynthese im Pflanzenleben benötigt wird.
Photosynthetischer Photonenfluss (PPF)
Eine Messung des Gesamtlichts (Photonen), das jede Sekunde von einer Lichtquelle emittiert wird. PPF sagt uns, wie viel PAR von einer Lichtquelle emittiert wird. Gemessen in „Mikromol pro Sekunde“ und ausgedrückt als: μmol/Sekunde
Photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD)
Eine Messung des Lichts (Photonen), das das Ziel jede Sekunde erreicht. PPFD wird über eine Fläche von einem Quadratmeter in „Mikromol pro Quadratmeter pro Sekunde“ gemessen und in μmol/m2/s ausgedrückt.
Tageslichtintegral (DLI)
Eine kumulative Messung der gesamten Lichtmenge (Photonen), die das Ziel während der Photoperiode erreicht. Der DLI wird über eine Fläche von einem Quadratmeter in „Mol pro Quadratmeter und Tag“ gemessen und als Mol/m2/Tag ausgedrückt.
Mol
Ein Maulwurf ist ein wissenschaftlicher Begriff und entspricht der sogenannten „Avogadro-Zahl“, die 602.214.150.000.000.000.000.000 beträgt.
Mikromol
Ein Millionstel Mol oder 602 Billiarden.
Photonen
Den Namen geben Physiker den Lichtteilchen.
Fotoperiode
Der Zeitraum, in dem natürliches oder künstliches Licht täglich zur Verfügung steht, um die Photosynthese im Pflanzenleben zu fördern.
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