ระบบไฟส่องสว่างสำหรับการปลูกต้นไม้ในโรงเรือน (Horticulture Lighting Systems)

สำหรับผู้ที่สนใจการปลูกพืชด้วยแสงไฟฟ้า (Grow Light) ในโรงเรือน (Greenhouse) ข้อมูลเรื่องของแสงในบทความนี้จะทำให้ผู้เพาะปลูกเข้าใจความหมาย คำศัพท์เทคนิคทางไฟฟ้าที่พืชต้องการ  เพื่อเป็นประโยชน์กับผู้เพาะปลูกในการเลือกซื้อหลอดไฟให้เหมาะสมกับพืชที่จะปลูกในโรงเรือน

 

รูปสเปกตรัมของแสงที่ตามองเห็น และช่วง PAR

 

จากรูปสเปกตรัมของแสงที่ตามองเห็นจะอยู่ที่ 400-700นาโนเมตร ประกอบด้วยแสงหลายสี ตาของมนุษย์จะมองเห็นได้ดีในช่วงแสงสีเขียว ส่วนย่านความถี่แสงที่พืชต้องการจะอยู่ในย่านแสงสีน้ำเงิน มีความยาวคลื่น 400-500 นาโนเมตร (400-500nm) และย่านแสงสีแดง มีความยาวคลื่น 600-700 นาโนเมตร (600-700nm) แสงทั้งสองย่านนี้มีประสิทธิภาพสูงสุดในการสังเคระห์แสงของพืช อ่านเรื่องสเปกตรัมได้ที่นี่

ในการวัดความเข้มของแสงในอาคาร ที่พักอาศัยนั้น วัดตามขนาดของพื้นที่ มีหน่วยเป็นลักซ์ (Lux: lumen/m2) วัดต่อหน่วยพื้นที่เป็นตารางเมตร และ ฟุต-แคนเดิล (fc: lumen/ft2) วัดต่อหน่วยพื้นที่เป็นตารางฟุต จากรูปสเปกตรัมจะเห็นว่าพืชต้องการแสงในย่านที่แตกต่างจากแสงที่ตามองเห็น ดังนั้นจึงนำหน่วยวัดแสงเป็น ลักซ์มาใช้กับพืชไม่ได้

ขอแนะนำหน่วยวัดสำคัญที่ต้องมองหาค่าเหล่านี้จากสเปกที่โรงงานผลิตหลอดไฟจะต้องระบุไว้ในคู่มือคุณลักษณะของหลอดไฟ (Specification) เพื่อนำมาใช้ให้ถูกต้องกับพืชแต่ละชนิดที่ปลูกในโรงเรือน

** โรงงานส่วนใหญ่จะระบุค่าบางตัวที่สำคัญมาให้

 

PAR (Photosynthetic Active Radiation)

คือช่วงแสงที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง อยู่ในช่วงแสงที่มีความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร พืชจะดูดซึมแสงในช่วงความยาวคลื่นนี้เป็นพลังงานในการสังเคราะห์แสง ดังนั้นจะเห็นได้ว่าถึงแม้พืชจะได้รับแสงจากดวงอาทิตย์มาทั้งหมด แต่พืชก็ไม่ได้ดูดซึมแสงทั้งหมดไปใช้งาน พืชใช้แสงที่อยู่ในช่วง PAR นี้เท่านั้น

 

PPF (Photosynthetic Photon Flux)
คือปริมาณของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสังเคราะห์แสงของพืช ที่หลอด LED ผลิตออกมา ใช้วัดจำนวนของ PAR ที่หลอดไฟผลิตออกมาในแต่ละวินาที หน่วยของ PPF คือ ไมโครโมลต่อวินาที (micromole/s หรือ μmol/s)
เครื่องมือที่ใช้วัดค่า PPF เรียกว่าเครื่องวัดค่าคุณลักษณะแสงสว่าง (Integrating sphere)  ซึ่งจะมีใช้ในโรงงาน หรือห้องแลป
ค่า PPF จะบอกให้เราทราบว่าหลอดไฟหลอดนั้นๆ ผลิต PAR ออกมาได้มากน้อยเท่าไรใน 1 วินาที เป็นค่าตัวแปรที่มีความสำคัญอีกตัวหนึ่งที่ใช้วัดประสิทธิภาพระบบแสงสว่างในการปลูกพืชในโรงเรือน

 

PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)

คือปริมาณความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสังเคราะห์แสงของพืช ที่หลอด LED ผลิตออกมา
PPFD ใช้วัดปริมาณของ PAR ที่ตกกระทบต้นพืชใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น  ไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที (micromole/m2/s หรือ μmole/m2/s) ข้อมูลที่ต้องดูจากคู่มือที่ผู้ผลิตให้มาคือหลอดไฟดวงนั้นให้แสงครอบคลุมพื้นที่กี่ตารางเมตรต่อความสูงจากต้นพืช เช่น ข้อมูลจากหลอด LED ปลูกต้นไม้ขนาด 300 w ให้ PPFD(μmol/m2/s)  = 550 μmol/1ft จะได้ว่าหลอดชนิดนี้ถ้าแขวนด้วยความสูงจากต้นพืช 1 ฟุต จะให้ค่า PPFD 550 ไมโครโมล ครอบคลุมพื้นที่ 1 ตารางเมตรต่อวินาที

ค่า PPFD นี้มีความสำคัญเพื่อที่จะนำไปออกแบบระบบแสงสว่างให้ครอบคลุมพื้นที่ ให้ความเข้มของแสงตรงกับชนิดพืชที่เราปลูก

 

PE (Photon Efficacy) ประสิทธิภาพโฟตอน

คือค่าประสิทธิภาพของระบบไฟที่ใช้ปลูกพืชที่ได้จากการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าไปผลิตแสงให้พืชใช้สังเคราะห์แสง มีหน่วยเป็นมีหน่วยเป็นไมโครโมลต่อจูล μmol/J  ค่า PE นี้มีตัวเลขยิ่งมากยิ่งดี แสดงว่าระบบไฟที่ออกแบบมานั้นมีประสิทธิภาพสูง
หาค่า PE ได้โดยนำค่า ปริมาณของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลอดไฟผลิตได้ (PPF) หารด้วย พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ (Watts)

โดยที่ค่า PPF = micromole/s และ Watts = joule/s

PPF/Watts = (μmol/s) / (J/s)

ดังนั้น PE = μmol/J

 

DLI (Daily Light Integral)

คือค่าปริมาณแสงที่พืชแต่ละชนิดต้องการในแต่ละวัน มีหน่วยเป็นไมโครโมล/ตารางเมตร/วัน (μmol/m2/d)
ค่าตัวแปร PPFD และ DLI ทำงานสัมพันธ์กัน เมื่อเราทราบว่าหลอดไฟผลิต PPFD ได้จำนวนมากเท่าไร และพืชที่เราปลูกต้องการ DLI เท่าไร  เราก็จะได้กำหนดช่วงเวลาปิด เปิด ไฟให้พอดีกับความต้องการของพืชที่ปลูก

 

Irradiation Area

คือพื้นที่ที่แสงของหลอดไฟครอบคลุมถึง หรือเรียกว่า Footprint เป็นค่าที่ผู้ผลิตจะระบุมาในสเปกของหลอดไฟ โดยจะบอกเป็นพื้นที่ (เมตร หรือ ฟุต) เช่น 0.9mx0.9m (3ftx3ft)

 

LED Panel 300 W

 

รูปตัวอย่างสเปกหลอด LED สำหรับปลูกต้นไม้ รุ่น V300

ก่อนที่จะลงทุนปลูกพืชด้วยแสงไฟ เราต้องรู้จักค่าตัวแปรต่างๆ เหล่านี้  โดยเฉพาะ PPF PPFD PE เพราะทั้ง 3 ตัวนี้เป็นสิ่งที่ต้องจัดวางให้พอดีกับความต้องการของพืชที่ปลูก นอกจากนั้น ยังมีข้อมูลและตัวแปรอีกบางตัวเช่น Form Factor, Coefficient Utilization ค่าตัวแปรหลายๆ ตัวเหล่านี้ ต้องนำมาประกอบในการตัดสินใจ เลือกซื้ออุปกรณ์ในการปลูกพืชด้วยแสงไฟฟ้าให้ได้ประสิทธิภาพและประสบผลสำเร็จสูง

สิ่งที่ต้องรู้ก่อนลงทุนปลูกพืชในโรงเรือนด้วยหลอด LED