Seralarda fotosentez amaçlı kullanılan farklı LED ışık kaynaklarının FAR dağılım düzeylerinin belirlenmesi

Year 2021, Volume: 58 Issue: 3, 385 - 397, 05.09.2021

Vedat Demir , Hüseyin Yürdem , Tuncay Günhan , Baki Ünal , Barış Uzun

https://doi.org/10.20289/zfdergi.849364

Abstract

Amaç: Bu çalışmada, seralarda tamamlayıcı fotosentez aydınlatma uygulamalarında kullanılabilecek dört farklı LED ışık kaynağının farklı asılma yüksekliklerindeki FAR dağılımının belirlenmesi ve dağılım düzgünlüğünü sağlayacak yerleşim düzeninin ortaya konması amaçlanmıştır.
Materyal ve Yöntem: Seralar için geliştirilen yerli yapım LED ışık kaynakları ele alınmış, FAR ölçümlerinde karartılmış deneme odasında kurulan ölçüm düzeneği kullanılmıştır. Ölçümler, 3×3 m alanda 10×10 cm kare ağı yapısında ve FAR algılayıcı ile ışık kaynağı arası düşey mesafe 31.6, 50, 75, 100, 125 ve 150 cm olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. FAR dağılımları, farklı dağılım düzgünlüğü değerlendirme kriterlerine göre hesaplanmış ve LED ışık kaynağının farklı asılma yüksekliği ve aralığı için eş aydınlık eğrileri belirlenmiştir.
Araştırma Bulguları: A, B, C ve D tipi ışık kaynaklarının asılma yüksekliği ve aralıkları için en düşük ve en yüksek günlük ışık birikimi değerleri sırasıyla; 23.8-9.3, 13.8-3.6, 2.1-1.3, 2.2-1.1 mol·m−2gün−1 olarak belirlenmiştir. Günlük ışık birikimi açısından, A ve B tipi ışık kaynaklarının ele alınan yerleşim durumlarında tam yapay ve tamamlayıcı fotosentez aydınlatma uygulamalarında, C ve D tipi ışık kaynaklarının ise yalnızca tamamlayıcı fotosentez aydınlatma uygulamalarında kullanılabileceği söylenebilir.
Sonuç: Araştırmada ele alınan LED ışık kaynaklarının tamamında, 100 cm üzeri asılma yüksekliği ve tüm yerleşim aralıklarında dağılım düzgünlüğü değerlendirme kriterlerine göre kabul edilebilir eş FAR dağılımının elde edilebileceği ortaya konmuştur.

Keywords

Aydınlanma şiddeti, dağılım düzgünlüğü, enerji etkinliği, eş aydınlık, eş dağılım, tekdüzelik

Supporting Institution

Ege Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

2016-ZRF-024

Thanks

Bu araştırmaya 2016-ZRF-024 No’lu proje çerçevesinde finansal destek sağlayan Ege Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi’ne teşekkür ederiz.

Determination of PAR Distribution Uniformity of Different LED Light Sources Used in Photosynthesis in Greenhouses

Abstract

Objective: In this study, it is aimed to determine the PAR distribution of different types LED and the arrangements that could make the working efficiency in the LED light sources.
Material and Methods: Four locally produced LED developed for greenhouses have been considered. The PAR measurements were carried out within the specially designed a testing unit in a dark room in 10×10 cm square grid within 3×3 m dimensions. The height between the PAR sensor and the LED was considered as 31.6, 50, 75, 100, 125 and 150 cm. In the evaluations, different uniformity coefficients were calculated and PAR distribution patterns were determined for different mounting height and spacing.
Results: The minimum and maximum daily light integral values for A, B, C and D LED were found 23.8-9.3, 13.8-3.6, 2.1-1.3, 2.2-1.1 mol·m−2day−1, respectively. In terms of daily light integral, it can be said that A and B LED can be used in both full artificial and supplementary lighting and, C and D LED can be used only in supplementary lighting for PAR applications.
Conclusion: It was determined that all LED had acceptable PAR uniformity according to the different distribution uniformity criteria for over 100 cm mounting height and spacing.

Keywords

Illuminance intensity, distribution uniformity, energy efficiency, equiluminance, uniformity

Project Number

2016-ZRF-024

References

• Albright L.D., Both, A.J., 1994. Comparisons of luminaires: efficacies and system design. N96-18151: 281-298.
• Apogee, 2017, Owner’s manual, quantum sensor model SQ-500, Apogee Instruments, Logan USA.
• Both, A.J., Ciolkosz, D.E., Albright L.D., 2002. Evaluation of light uniformity underneath supplemental lighting systems. Proc. 4th IS on Artif. Light. Acta Hort. 580, Ed. M. Dorias, ISHS. 183-190.
• Çağlayan, N., Ertekin, C., 2014. An adjustable LED lighting system for plant seedling production in controlled environment systems. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 10 (2): 171-176.
• Chen, C., 2005. Fluorescent lighting distribution for plant micropropagation. Biosystems Engineering, 90 (3): 295–306.
• Ciolkosz, D.E., Both, A.J., Albright L.D. 2001. Selection and placement of greenhouse luminaires for uniformity. Applied Engineering in Agriculture, 17 (6): 106-113.
• Dayıoğlu M.A., Silleli, H., 2012. Seralar için yapay aydınlatma sistemi tasarımı: Günlük ışık integrali yöntemi. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 8 (2): 233-240.
• Deithzer, G., Langhans, R., Sager, J., Spomer, L.A., Tibbitts, T.W., 1994. Guidelines for lighting of plants in controlled environments. International Lighting in Controlled Environments Workshop, 391-393.
• Faust, J. E., 2004. Light Management in Greenhouses. FIRST Research Report, I. Daily Light Integral: A useful tool for the U.S. Floriculture Industry.
• Ferentinos, K.P., Albright, L.D., 2005. Optimal design of plant lighting system by genetic algorithms. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 18: 473-484.
• Fisher, P., Donnely, C., 2001. Evaluating supplemental light for your greenhouse. Ohio Florists’ Association Bulletin. 858: 4-7.
• Fisher, P., Runkle, E., 2004. Lighting up profits: understanding greenhouse lighting. Meister Media Worldwide, Willoughby, OH.
• Hart, W.E., 1961. Overhead irrigation by sprinkling. Agricultural Engineering, 42 (7): 354-355. http://www.greenhouse.cornell.edu/structures/factsheets/Greenhouse%20Lighting.pdf, Erişim: Kasım, 2015.
• Mahdavi, A., Pal, V., 1999. Toward an Entropy-based light distribution uniformity indicator. Journal of the Illuminating Engineering Society, 28:(1) 24-29.
• Mattson, N., 2015. Greenhouse Lighting. Cornell University,
• Ohno, Y., 2006. Optical metrology for LEDs and solid state lighting. Fifth Symposium Optics in Industry, (Eds: E. Rosas, R. Cardoso, J. C. Bermudez, O. Barbosa-García), Proceedings of SPIE 6046: 604625/1-8.
• Plantekno, 2017. Plantekno LED spektral ışık dağılımı. http://plantekno.com/products/ Erişim: Şubat, 2017.
• Rea, M.S., 2000. The IESNA Lighting Handbook: Reference and Application. Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), 9th Edition, New York.
• Thimijan, R.W., Heins, R.D., 1983. Photometric, radiometric, and quantum light units of measure - a review of procedures for interconversion. Hortscience, 18: 818-822.
• Torres, A.P., Lopez, R.G., 2012. Measuring daily light integral in a greenhouse. Purdue University Extension Service, HO-238-W.
• Turn, S.Q., Walker, P.N., 1987. Design and operation of a test facility for determining photosynthetic photon flux density distribution of luminaires for greenhouses. Transactions of the ASAE, 30 (2), 492-501.
• Uzun, B., Demir, V., 2012. Fotosentetik Aktif Radyasyon (FAR) ölçümlerinde LED ve fotodiyotların kullanımı. Journal of Agricultural Sciences, 18: 214-225.
• Ünal, H.B., V. Demir, H. Çoban, T. Günhan, H. İ. Yılmaz, İ. Öztürk, 2015. Gediz havzası Manisa yöresinde örtüaltı yetiştiriciliğinde örtü malzemesi kullanımının değerlendirilmesi. E.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 52 (3): 257-267.
• Yağcıoğlu, A. K., 2014. Tarımsal Elektrifikasyon. E.Ü.Z.F. Yayın No:488, 320 s.
• Yağcıoğlu, A. K., 2017. Sera Mekanizasyonu, E.Ü.Z.F. Yayın No:562, 377 s.
• Yağcıoğlu, A. K., Demir, V., Günhan, T., 2004. Seraya giren faydalı ışınım enerjisini hesaplamak için bir yöntem- I. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 41 (2):143-154.