Фитосвет для растений: понятное руководство по спектрам, PPFD и DLI

Фитоосвещение - это искусственное освещение, направленное на обеспечение растений световой энергией для фотосинтеза и регулирования их физиологических процессов. Используется в домашнем цветоводстве, тепличном хозяйстве, вертикальных фермах и лабораторных исследованиях. В данной статье рассмотрены основные типы фитоосветительных систем, их плюсы и минусы, рекомендации по выбору для разных культур, а также ключевые метрики оценки освещения.

Растения живут “на свете” буквально в прямом смысле - свет для них это единственный источник энергии. В листьях идёт фотосинтез: из света, воды и CO₂ растение делает сахара, растёт, цветёт, плодоносит.

В природе всё просто: есть солнце, есть смена дня и ночи, есть сезоны. В квартире и теплице всё сложнее:

• Окна смотрят не всегда смотрят на яркую южную сторону.
• Низкий этаж, строения напротив, большие деревья дают много тени.
• Зимой днём светло всего несколько часов, да ещё и под низким углом.
• Фитостены и стеллажи часто вообще стоят в глубине помещения, куда прямой свет не доходит.

В итоге растения живут в «вечных сумерках». Типичные симптомы нехватки света: вытянутые междоузлия, бледные листья, слабый рост, отсутствие цветения, опадение нижних листьев.

Фитосвет как раз и решает эту задачу: он даёт столько света, сколько нужно конкретному виду растения и под конкретную задачу - от красивой зелёной стены в офисе до круглогодичного урожая помидоров.

Грамотная подсветка обеспечивает:

• Здоровый вид растений - компактные, не вытянутые стебли, плотные, насыщенно-зелёные листья, нормальный ритм роста.
• Стабильное цветение и плодоношение. Даже светолюбивые растения (цитрусы, бугенвиллея, томаты, перцы и т.д.) могут полноценно цвести и плодоносить на подоконнике или в теплице зимой - если им дозировать правильное количество фотонов.
• Прогнозируемый результат для бизнеса. Для микрозелени, салатов, тепличных овощей свет – это, по сути, один из источников для роста. При достаточном количестве света получаем быстрый оборот, плотная зелень, хороший вкус. При недостаточном - рыхлые листья, снижение урожая.
• Интерьер и самочувствие людей. Зеленые стены, кашпо в офисах, зимние сады сегодня почти всегда подсвечиваются LED-лампами. Это не только про красоту: исследования показывают, что нормальный световой режим и зелёные растения снижают стресс и повышают продуктивность персонала.

Частая ошибка - смотреть только на люмены и люксы. Это единицы, завязанные на чувствительность нашего глаза, а не растения. Для растений важен поток фотонов в диапазоне 400–700 нм - это так называемый PAR.

Чтобы рассчитать DLI, необходимо умножить PPFD на количество секунд в сутках:

Про связь DLI и PPFD и как считать и применять мы расскажем в конце нашей статьи.

Лампы накаливания и галогенные

Лампа накаливания - классический источник света с вольфрамовой нитью, нагревающейся и светящейся, но неэффективно, с 80% энергии уходит в тепло.

Галогенная лампа - это улучшенная лампа накаливания с кварцевой колбой, добавлением паров галогенов (йода/брома), что запускает цикл, возвращающий вольфрам на нить, продлевая срок службы, повышая яркость и светоотдачу, делая её ярче и долговечнее обычной лампы, но все еще с высоким нагревом.

Плюсы:

• Дешёвые, есть в любом магазине.
• Даёт тёплый свет, приятный глазу.

Минусы:

• Ужасно низкая эффективность: большая часть энергии уходит в тепло, а не в свет.
• Спектр сильно смещен в красную и инфракрасную область, мало синего спектра, в результате чего растения сильно вытягиваются.
• Сильный нагрев, легко обжечь листья.

Такие лампы в качестве подсветки растений можно применить только временно, на пару недель, пока нет ничего другого. В серьёзных проектах и даже в обычной квартире экономически невыгодны.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы - это газоразрядные источники света в виде стеклянной трубки, заполненной парами ртути и инертным газом, с внутренним покрытием из люминофора, которые преобразует ультрафиолет (возникающий от электрического разряда) в видимый свет, обеспечивая высокую энергоэффективность и длительный срок службы. Они бывают линейными (трубки) и компактными (изогнутые) и используются для общего освещения, при этом содержат ртуть, что требует правильной утилизации. Обратите внимание, что, в целом несмотря на её цветовую гамму и цвет излучаемого света, спектр сильно отличается от естественного дневного света. В частности, наблюдается множество пиков и «впадин», а также очень мало световой энергии, излучаемой в красной области спектра.

Плюсы:

• Светильники и лампы стоят дёшево.
• Практически не греются, можно подвешивать близко к рассаде и микрозелени.
• Есть специальные люминесцентные фотолампы с удобным спектром.

Минусы:

• Световая/фотонная эффективность заметно ниже, чем у современных LED, которые в среднем дают в 2–3 раза больше фотонов на 1 кВт·ч.
• Лампы деградируют, в процессе эксплуатации теряют светопоток и требуют регулярной замены.
• Внутри ртуть, нужна аккуратная утилизация.

Такие лампы можно применять на небольших любительских стеллажах, или на совсем бюджетных проектах, когда нужно «начать с минимальными вложениями», понимая, что потом всё равно будет переход на более эффективные светильники. Используются в основном для рассады, зелени (салат, укроп), орхидей.

Газоразрядные лампы высокого давления.

Газоразрядные лампы высокого давления (ГРЛВД) — это энергоэффективные источники света, где свет возникает от электрического разряда в газе или парах металлов под высоким давлением внутри герметичной горелки, чаще из кварцевого стекла, с электродами.

Виды

• MH (metal halide, металлогалогенные) - это газоразрядные лампы высокого давления с высокой светоотдачей, отличной цветопередачей и длительным сроком службы, использующие галогениды металлов (натрия, скандия и др.) для улучшения спектра света. Имеют холодный, более «синий» спектр, хороший для вегетативного роста. Могут использоваться для стимуляции фотосинтеза, хотя потребляют больше энергии и сильно греются по сравнению с LED.

Плюсы:

• Высокая мощность, хорошо освещают крону высоких растений.
• До появления эффективных LED были стандартом в теплицах и у крупных производителей.

Минусы:

• Выделяю много тепла, что требует установки вентиляции, соблюдения расстояние от растений.
• КПД заметно хуже LED: часть энергии уходит в тепло.
• Лампы требуют регулярной замены, светопоток со временем падает.

Сегодня всё больше теплиц уходят от HPS в сторону LED, потому что при одинаковом уровне света LED имеют большую эффективность (PPE) и заметно снижают счёт за электроэнергию. Многие производители указывают, что LED позволяют дать больше света за те же деньги и получить больше урожая.

Светодиодный светильник работает за счёт светодиодов — полупроводниковых элементов, которые излучают свет при прохождении через них электрического тока. В отличие от ламп накаливания, они почти не греются, потребляют мало энергии и напрямую преобразуют электричество в свет нужного цвета.

LED-фитосветильники - это специализированные лампы для растений, излучающие свет в синем и красном спектрах, которые наиболее эффективны для фотосинтеза, ускоряют рост и развитие, потребляют мало энергии и долго служат, но имеют пурпурный свет, непривычный для глаз человека, и могут быть дороже обычных ламп. Они бывают биколорными, мультиспектральными (с добавлением белого и дальнего красного) и полноспектральными (с полным спектром), подходят для рассады, зелени, цветения и плодоношения, а их качество зависит от компонентов и радиатора охлаждения.

Full-spectrum (светодиоды полного спектра) - тип светодиодного освещения, который имитирует естественный солнечный свет (~2700K–6500K)., охватывая весь видимый спектр (от фиолетового до красного) и часто включая невидимые диапазоны (УФ и ИК) для поддержки фотосинтеза растений или обеспечения высококачественного дневного света для людей. Такие светильники дают сбалансированное белое освещение, которое оптимально для роста большинства растений, особенно декоративных и комнатных, на всех стадиях, а также улучшает цветопередачу объектов. Часто используются в домашних условиях и вертикальных фермах.

Двухкомпонентные (Red/Blue) - это светодиодные лампы, содержащие красные (620-650 нм) и синие (440-470 нм) светодиоды (обычно 3-4 красных на 1 синий) в одном корпусе, что создает характерный фиолетовый свет, оптимальный для фотосинтеза, стимулирующий рост зелени (синий спектр),цветение и развитие корневой системы (красный спектр), идеальны для рассады и зелени, но могут быть недостаточно мощными для крупных экземпляров или требовать близкого расположения. Дают пурпурное, розовато-фиолетовое свечение, которое не всегда комфортно для человеческого глаз, их свет может раздражать глаза. Используются в промышленных теплицах.

Многоспектральные (Multi-band) лампы комбинируют разные цвета (длины волн) для обеспечения всех стадий роста растения. В отличии от ламп полного спектра вместо плавного спектра они излучают отдельные узкие пики - например, синий (450 нм), красный (660 нм), далёкий красный (730 нм), зелёный (520 нм) и даже УФ- или ИК-диапазоны. Такой подход позволяет точно управлять ростом, цветением, вкусом или содержанием полезных веществ в растениях, но свет при этом может выглядеть фиолетовым, розовым или непривычным для человека. Применяются в фармацевтическом и специализированном сельском хозяйстве.

Quantum Boards и Chip-on-Board. Quantum Boards (QB, квантовые платы) - это современные фитосветильники для растений, представляющие собой плоские алюминиевые платы с плотно расположенными на них мощными светодиодами, обеспечивающие равномерное освещение и отличный отвод тепла, что повышает эффективность фотосинтеза. Chip-on-Board (COB) - это технология монтажа, при которой несколько светодиодных чипов (от 9 и более) распаиваются непосредственно на одной плате, герметизируются и формируют единый яркий источник света, что улучшает теплоотведение, снижает стоимость и повышает оптическую плотность по сравнению с отдельными диодами. Данный тип светильников используется в крупных фермах (например, для томатов, зелени).

Плюсы LED:

• Высокая энергоэффективность (2,5–3,5 мкмоль/Дж).
• Минимальное тепловыделение.
• Длительный срок службы (50 000+ часов).
• Возможность точной настройки спектра.
• Компактность и модульность.
• Безопасность и экология. Нет ртути, как в люминесцентных, проще с утилизацией.

Минусы LED:

·Высокая цена самих светильников, но в процессе экспуатации это окупается.

·Большой разброс по качеству. Много “ноунейм” с красивым описанием, но со слабой эффективностью.

·Требовательность к охлаждению.

·Сложнее подобрать необходимую модель, необходимо оценивать ряд характеристик.

Выбор фитосвета начинается с ответита себе, зачем он тебе вообще нужен. Если дело в паре горшков на подоконнике или полке в гостиной - твоя задача обеспечить растениям минимальное освещение, чтобы они не вытягивались и не желтели, оставаясь частью уютного интерьера. Совсем другая история - если ты устраиваешь фитостену в офисе или озеленяешь глубокое помещение: здесь важно, чтобы растения не просто выглядели живыми, а действительно жили и развивались без естественного света. А если ты выращиваешь микрозелень, салаты или зелень на продажу, речь уже идёт о деньгах: тут решающее значение имеют скорость роста, плотность урожая и предсказуемость циклов. И уж совсем иначе подходишь к освещению, если речь о теплице, гараже или контейнерной ферме, где каждый ватт электричества напрямую влияет на рентабельность. Пытаться «убить всех зайцев одним выстрелом» - плохая идея: то, что подойдёт для уютной гостиной, точно не справится с нагрузкой в профессиональной теплице.

Следующий важный момент - где ты готов экономить: при покупке или в процессе эксплуатации. Дешёвые лампы (накаливания, старые люминесцентные) действительно обойдутся недорого на старте, но в итоге «съедят» бюджет на электричество и потребуют частой замены. Качественный LED-фитосвет, напротив, требует более серьёзных первоначальных вложений, но в долгосрочной перспективе он экономичнее, стабильнее и эффективнее. Для пары домашних растений можно закрыть глаза и взять что-то бюджетное - не страшно. Но если речь идёт о ежедневном выращивании на продажу или круглогодичной теплице, экономия на светильнике почти наверняка ударит по кошельку позже - через рост счетов за свет и снижение урожайности.

Ключевой момент: не смотри на «ватты» и люмены — это маркетинг для бытового освещения, а не для растений. Настоящие параметры, на которые стоит ориентироваться, — это PPFD и эффективность светильника (эти характеристики мы рассмотрели выше). Хороший фитосвет должен честно указывать либо PPFD на конкретной высоте, либо PPF (общий поток фотонов) с указанием площади покрытия (про это еще поговорим позднее). Идеально - если есть карта распределения PPFD. Эффективность у современных LED должна быть не ниже 2,0 мкмоль/Дж. всё, что ниже — уже устаревшие технологии. И обязательно обращай внимание на реальную потребляемую мощность: не «аналог 600 Вт», а просто «120 Вт». Если в описании только общие фразы вроде «суперфито, 50 000 часов, холодный белый» и ни слова про фотосинтетически активную радиацию — это почти наверняка просто яркая лампа, а не инструмент для роста.

Спектр подбирается под задачу. Для интерьера, офиса или фитостены лучше выбрать белый полноспектровый (full-spectrum) свет (3000–5000 К): растения будут выглядеть естественно, а людям будет комфортно находиться рядом. Это особенно важно в жилых зонах. Если же цель — быстрый урожай (рассада, микрозелень, зелень на продажу), то важнее не цвет свечения, а достаточный уровень PPFD (от 200 до 400 и более мкмоль/м2 * с). В таких случаях, если эстетика не важна, можно использовать и классические красно-синие лампы. А вот для теплиц, ягод или плодовых культур стоит выбирать специализированные LED-панели с усиленным красным и дальним красным спектром, высокой энергоэффективностью и продуманной оптикой — здесь на первом месте не внешний вид, а биологическая эффективность.

И последнее — не забывай про тепло. Даже LED-светильники греются, особенно мощные. Если корпус не имеет нормального алюминиевого радиатора, тепло будет накапливаться, что ведёт к быстрому износу диодов. Всегда соблюдай рекомендованное расстояние от лампы до растений: слишком близко — можно «поджарить» верхние листья, слишком далеко — света не хватит. Убедись, что светильник установлен с возможностью вентиляции: не зажимай его в закрытый короб и не вешай вплотную к потолку. Если корпус горячий настолько, что его трудно держать рукой, это серьёзный повод пересмотреть охлаждение — иначе срок службы светильника заметно сократится.

Напоследок вернемся к показателям эффективности светильников. Мы уже разобрали показатель PPFD (Плотность фотосинтетического фотонного потока), которая измеряет, сколько фотонов достигает конкретной площади. В контексте изучения источников света для растений рассмотрим показатель PPF.

Если упростить:

PPFD это PPF, поделённый на площадь, по которой этот поток распределился.

как из PPF получить PPFD?

Если у нас есть:

• PPF светильника (мкмоль/с)
• площадь, которую он равномерно освещает (м²)

то грубая оценка: PPFD = PPF / площадь. Например, светильник даёт PPF = 1200 мкмоль/с и равномерно освещает 1,2 м²:

PPFD =1200 / 1,2 = 1000 мкмоль/м²/с

На практике часть света теряется (отражения, неидеальное распределение), поэтому вводят коэффициент использования (CU) - обычно 0,7–0,9. Существуют рекомендации прямо рассчитывать нужное количество светильников = (цель по PPFD × площадь) / (PPF светильника × CU).

Если в паспорте нет PPF, но есть PPE и мощность.

Часто производитель указывает не PPF, а PPE (мкмоль/Дж) - «фотонная эффективность». Это сколько фотонов мы получаем с одного джоуля энергии (см. выше)

В таком случае алгоритм действий следующий:

1. Сначала считаем PPF:

PPF = PPE × мощность (W)

Например, светильник 240 Вт с PPE = 2,5 мкмоль/Дж:

PPF = 2,5 × 240 = 600 мкмоль/с

1. Потом уже по формуле выше рассчитываем PPFD:

PPFD = PPF / площадь × CU

Допустим, мы хотим осветить 1 м², берём CU = 0,8 (20% потерь):

PPFD ≈ 600 × 0,8 / 1 = 480 мкмоль/м²/с

Это уже вполне рабочий уровень для салатов/зелени, и нижняя граница для плодовых культур в теплице.

Если у нас из показателей только люксы (lux).

Специализированные калькуляторы и обзоры показывают, что для белого LED или дневного света коэффициент перевода обычно лежит в диапазоне 0,017–0,02 мкмоль/м²/с на 1 lux

Очень грубо:

PPFD = Lux × 0,014–0,020

Например:

• 10 000 lux → примерно 150–200 µmol/m²/s
• 20 000 lux → примерно 300–400 µmol/m²/s

Сайты производителей и калькуляторы указывают, что это оценка, а для точной настройки лучше использовать PAR-метр или PPFD-калькулятор под конкретный спектр. Для белых LED 3000–5000K спектр стабилен, поэтому между люксом и PPFD есть почти постоянный коэффициент. Он меняется чуть-чуть с CCT/CRI, но порядок один.

Как связаны PPFD и DLI (суточная доза света).

Иногда, в работе удобнее использовать не текущий показатель (PPFD), а суточную дозу света - DLI. Часто исследования и рекомендации дают целевые диапазоны DLI для разных культур, а уже из DLI можно вывести нужный PPFD и время работы подсветки.

Простая формула из агрономических рекомендаций:

PPFD = DLI / (часы подсветки × 0,0036)

(0,0036 — коэффициент пересчёта моль/м²/день в мкмольl/м²/с).

Например, зелени нужен DLI ≈ 15 mol/m²/day, подсветка 15 часов:

PPFD = 15 / (15 × 0,0036) = 278 мкмоль/м²/с

Дальше по этому PPFD уже считаем нужный PPF и количество светильников.

Что еще смотрим в характеристиках:

· Реальная потребляемая мощность (W). Нужна, чтобы оценить расход электроэнергии и посчитать PPF, если он не указан

· Карта PPFD или схема распределения света. Многие производители публикуют тепловые карты PPFD по площади при конкретной высоте подвеса (например,  Срок службы и гарантия

• Срок службы. Желательно видеть ресурс 50 000+ часов и гарантию не меньше 3 лет — это важно для окупаемости, особенно в коммерческих проектах.