2018. jan 31.

Fényforrások 2.

írta: Chili Meli
Fényforrások 2.

2. Kisüléses fényforrások

Folytatjuk kutakodásunkat a fényforrások után. Ebben a posztban megnézzük a kisüléses fényforrásokat, mi mennyire alkalmas palánta vagy növény termesztéséhez beltérben.
Az előző posztban megnéztük a hőmérsékleti sugárzókat. Lássuk, mit tudnak Aladin csodalámpái.

2. Kisüléses fényforrások

Olyan fényforrások, amelyek a fényüket a gerjesztett atomok energia állapot változásaiból származó többlet energiából nyerik. Felépítésüket tekintve mindre igaz, hogy rendelkeznek egy kisülőcsővel, ami speciális gázzal van töltve, valamit lámpa típustól függően van valamilyen fém töltet bennük. Ezek kombinációja illetve a csőben uralkodó nyomás határozza meg a lámpa felépítését és a színtani tulajdonságait. Nyomás tekintetében két osztályra bonthatóak. Beszélhetünk kis- és nagynyomású kisülőlámpákról. Működésüket tekintve nagyon hasonlatos, de mint látni fogjuk minden egyéb paraméterben eltérés tapasztalható. Ezen lámpatípusok használata maga után vonja kiszolgáló elektronikai berendezések alkalmazását. Működtetésükhöz szinte minden esetben szükség van egy gyújtó és egy fojtó berendezésre, utóbbi közismertebb neve az előtét.

2.1.Kisnyomású kisülőlámpák

Kisnyomáson az ívkisülés „szélesnek” mondható, így a kisülő-cső mérete nagy. A színképét tekintve, pedig az úgynevezett rezonancia vonalak gerjedése figyelhető meg, ami azt jelenti, hogy töltőanyag függően néhány színtartományban sugároz.

 

2.1.1. Fénycső
fenycso.jpgKisnyomású fényforrások közül a legismertebb és a legszélesebb körben alkalmazott típusok a fénycsövek. A köznyelvben sokszor hallani a neoncső kifejezést, ami sajnos helytelen. Neon gáztöltés csak a legelső fénycső típusokban volt, vagy speciális változatokban található manapság. Erre jellemző az erősen vöröses narancsos szín. Valójában Argon töltetet alkalmaznak és néhány milligramm higany van még jelen a kisülő-csőben. Ha egy ilyen felépítésű lámpát bekapcsolunk, azt tapasztaljuk, hogy a fénye kifejezetten UV tartományra korlátozódik. Ez nem túl egészséges, viszont hasznos tulajdonság, az ilyen (bevonat nélküli, áttetsző) fénycsöveket nevezzük germicid fénycsöveknek. Kiválóan alkalmas például gombairtásra, de a növényeink kiírtására is. Annak érdekében, hogy fehér fényt kapjunk, a fénycsövek belső felét úgynevezett fényporral vonják be. Ezek olyan lumineszcens anyagok, amelyek az UV sugárzást elnyelik és helyette más hullámhosszúságú komponenseket bocsájtanak ki. Ennek alkalmazása energia veszteséggel jár, de a fényhasznosítás még így is magasnak mondható (80-90 lm/W). Összetételétől függ a fénycső színe. Ennek értelmében készítenek meleg fehér (2700K) hideg fehér (4000K) és daylight (6500K) csöveket. Természetesen eltérő színhőmérsékletű változatok is léteznek, de ezek a legelterjedtebb típusok. Másik fontos tulajdonságuk, ami szintén fénypor függő, a színvisszaadás (CRI). Fénycsövek esetében ennek jellemzésére szokták alkalmazni a háromsávos illetve ötsávos fogalmakat. Ez az elnevezés a fénypor által kibocsájtott színképből ered. Gyengébb fényporok esetén három, jobb minőségűeknél öt dominánsabb sáv jelenik meg, értelemszerűen a több sáv jobb színvisszaadást jelent. Ezt az információt nem szokták minden esetben feltüntetni a termék csomagolásán, de ökölszabályként mondható, hogy a 80 CRI körüli fénycsövek háromsávosak a 90 CRI körüliek pedig ötsávosak. Utóbbiak ára is jellemzően magasabb. Működtetésükhöz fojtóra és gyújtóra vagy elektronikus előtétre van szükségünk. Utóbbi valamivel képes megemelni a fényhasznosítást a frekvencia növelésével és a felvett teljesítmény csökkentésével. Élettartamuk típustól függően 10.000 és 20.000 óra közé tehető. Ezt a sűrű kapcsolgatás jelentősen lerövidítheti.

Kompakt fénycső CFL
kompakt_fenycso1.jpgkompakt_fenycso2.jpgMűködésüket tekintve a hagyományos fénycsövekkel teljesen hasonlatos lámpák. Az alapötlet az volt, hogy létrehozzanak egy olyan fénycsöves lámpát, ami képes kiváltani a normál izzókat. Ennek érdekében a keskenyebb csövet először egyszer majd később többször többféle formában meghajlították, így a mérete kisebb lett. Az olyan típusokban, amelyek Edison foglalattal rendelkeznek a kiszolgáló elektronikát is egybeépítik a fénycsővel, így a felhasználó csak becsavarja a normál izzó helyére és már világíthat is. Ugyanazok a paraméterek vonatkoznak rájuk, mint a lineáris fénycsövekre, így érdemes figyelemmel lenni a színhőmérsékletre illetve a színvisszaadásra. A nagyobb teljesítmény ennél a típusnál is nagyobb méretet eredményez! A megváltozott kivitel miatt valamivel csökken a fényhasznosítása a lineáris fénycsövekhez képest (60-80 lm/W), illetve a felfutása is inkább észrevehetővé válik. Ez utóbbi azt jelenti, hogy felkapcsolás után hozzávetőleg két percre van szüksége ahhoz, hogy elérje a teljes fényáramát. Élettartamuk típustól függően hozzávetőleg 10.000-12.000 órára tehető. De technológiai adottságai miatt a sűrű kapcsolgatás ezt jelentősen lerövidítheti.

2.1.2. Indukciós lámpa IFL
ifl_indukcios_lampa.jpgA fénycsövek esetében az élettartamot leginkább a két elektród teherbírása korlátozta. Bekapcsoláskor ezek szolgáltatták a kisülés beindulásához, gerjesztéshez szükséges szabad elektronokat. Az indukciós lámpák esetében a gerjesztést elektromos előtérrel oldották meg, amit egy tekercs indukál. Ezen változtatás mellett a működése a fénycsövekéhez hasonló, de a kivitele inkább a hagyományos izzókra emlékeztet. Töltőgáz jellemzően Kripton, amiben amalgám található (higyan és ón ötvözete). Élettartama hozzávetőleg 15.000 óra, amit nem befolyásol a kapcsolási szám. Csekélyebb színhőmérsékleti tartományban kivitelezhető, így csupán meleg fehér (2700-3000K) kivitelben létezik. Színvisszaadása 80 körülire tehető. A fényhasznosítása sem mondható túl magasnak (~48 lm/W Genura típusnál). Működtetéséhez szükséges elektronika a lámpatestben kap helyet, mint a kompakt fénycsöveknél.

2.1.3. Kisnyomású nátriumlámpa
kisnalam_1.jpgNátrium gerjesztése esetén a kibocsájtott fény színképe csupán egyetlen sávból áll. Közel monokromatikus sárgának mondható, amely előnyös tulajdonsága, hogy az emberi szem érzékenységi görbéjének majdnem a maximum pontjánál található. Így a kibocsájtott sugárzás legnagyobb része hasznos fény az emberi szemnek, de haszontalan a növényeknek, ennek köszönhetően a kisnyomású nátriumlámpáknak  a legkimagaslóbb a fényhasznosítása (200 lm/W). További előnye, hogy a sárga fény kevésbé szóródik a légkörben lévő vízcseppeken, így ködben jobb látást biztosít. Hátránya, hogy a színvisszaadása gyakorlatilag nullának mondható. Színhőmérséklete 1800K, az élettartama pedig 16.000 órára tehető. Működtetéséhez gyújtó és fojtó szükségeltetik.

 

2.2. Nagynyomású kisülőlámpák HPS
hpsl_2.jpgAmennyiben a kisülő-csőben megnöveljük a nyomást, akkor egyrészt az ívkisülés a cső belseje felé összeszűkül, és a színképben pedig a sávok kiszélesedése figyelhető meg. Emiatt egyrészt a nagynyomású lámpák kisülő-csöve jelentősen szűkebb keresztmetszetű, másrészt pedig a folyamatosabbnak mondható színkép miatt jelentősen jobb a színvisszaadásuk. Ezek már használhatóak növények nevelésére, de ha figyelembe vesszük az ár-fogyasztás arányát, nem épp gazdaságos megoldás. Növénynevelő (nem palántanevelő) lámpaként kereskedelmi forgalomba kapható. 8-16 ezer forint körül, csak maga az izzó!

 

 

 2.2.1. Higanylámpa HGL- HQL
hgl.jpgFénycsövekhez hasonló, csak nagyobb nyomáson működtetett higanygőz kisülő-lámpa. A színkép ebben az esetben annyira eltolódik az UV tartományból, hogy jellemzően kék és zöldes hullámhosszokon sugároz. A piros teljesen hiányzik belőle, így a fennmaradó UV részből állítják elő ezt a színt speciális fénypor segítségével. A fénypor hatásfoka ront a fényhasznosításon, így 50-60 lm/W-ra tehető. Színvisszaadása közepesnek mondható (50-57), színhőmérsékletét tekintve meg inkább hideg fehér (3400-4000K). Működtetéséhez fojtó szükséges, de a gyújtása a fényforráson belül egy gyújtóellenállással meg van oldva.
Speciális változata a higanylámpának a kevert fényű lámpa. A fojtótekercs funkcióját is beépítették a lámpába egy wolframszál képében. Ez egy hagyományos izzóhoz hasonlóan világít. Hatására a lámpában fénypor nélkül is megjelenik a vöröses árnyalat, de színhőmérséklete így is 4000K körül marad. Továbbá nem szükséges a működtetéséhez semmilyen kiszolgáló egység, de a hátulütője, hogy a wolframszál jelenléte miatt az élettartam és a fényhasznosítás is jelentősen lecsökken (~10000 óra, 22-28 lm/W). Színvisszaadása jelentősen nem változik. Palánta nevelésre részben alkalmas, beltéri növény nevelésre nem, a hiányzó piros tartomány miatt.

Gázkisüléses lámpák fényspektruma:

gazkisuleses_spektrum.jpg

HPS lámpák fényspektruma

hps_spektrum.jpg

2.2.2. Fémhalogén lámpa
femhalogen.jpgKöznapi szóhasználatban elterjedt a fémhalogén lámpa elnevezés, de a hivatalos neve ennek a fényforrásnak a fémhalogenid adalékolású kisülőlámpa. Ennél a lámpatípusnál az elsődleges szempont a kedvező színképi eloszlás volt. A minél jobb színvisszaadás elérése érdekében a kémiailag ellenállóbb anyagból készült kisülőcsőben különböző fémes vegyületeket alkalmaznak, amelyek külön felelnek a színkép bizonyos részeiért. Ezek a fémek vegyület formában kerülnek a kisülőcsőbe, hogy ne lépjenek azzal reakcióba. Három változata ismeretes az alkalmazott töltőanyag és kisülőcső anyaga függvényében. Mind a három működtetéséhez szükséges gyújtó és fojtó egyaránt. Ezeket a típusokat olyan helyeken alkalmazzák ahol kiemelkedően fontos a nagy megvilágítás mellett a jó színvisszaadás. Ilyen hely például egy sportcsarnok. Kivitelét és fejelését tekintve sokféle lehet.
FHL izzók: - Az első változata, a három adalékos fémhalogén lámpa. A háromféle fémvegyület kvarc kisülőcsőbe kerül. A színképe erősen sávos jellegű, és csak bizonyos tartományokban mondható folyamatosnak. Színvisszaadása így csupán 65 körülire tehető. Színhőmérséklete hideg fehér (4000K), a fényhasznosítása pedig 68 és 86 között alakulhat az adalékok függvényében. Élettartama viszont kedvező, 5000 és 20000 óra között alakulhat.


mh_grow.jpgMH izzók: -Második változata a ritka földfém adalékos kisülőlámpa. Ebben az esetben az adalék anyagnak köszönhetően a színkép a sávosból folyamatosba megy át, ennek eredményeképpen kapjuk az egyik legjobb színvisszaadású fényforrásunkat (CRI>90)! Üzemideje nem változik, marad az 5000-20000 óra. Viszont a színhőmérséklete a hidegebb tartományba mozdul el (6000K), és javul a fényhasznosítása is (74-95 lm/W).

 

 

 

cmh.jpgCMH izzók: -Harmadik változata a kerámia fémhalogén kisülőlámpa, ami a nevét onnan kapta, hogy a kisülőcsövet kvarcüvegről alumínium-oxid kerámiára cserélték. Ennek fényáteresztése 90% körül van, de lehetővé tette sokkal agresszívebb fémek felhasználását a kisülőcsőben, mert nem tudnak ezen keresztül kidiffundálni. Az eredmény a legjobb színvisszaadás (85-95), és remek fényhasznosítás (85-105 lm/W). A színhőmérséklete 3000K és 4200K között alakul. Az élettartama pedig 5000 és 15000 üzemórára tehető.

 

2.2.3. Nagynyomású nátriumlámpa
nagy_natrium.jpgFelépítését tekintve hasonlatos kisnyomású rokonához, de a nagynyomású üzemeltetés következtében jellegzetesen vékony kerámia kisülőcsövet alkalmaznak benne. Ennek használatát a nátrium agresszivitása indokolja, hiszen ez egy rendkívül reakcióképes anyag. Az üzemi nyomás következtében a színkép jelentős eltérést mutat. A kiszélesedett spektrum vonalaknak köszönhetően a színvisszaadása javul, de még mindig csak rossznak mondható (CRI:25). Jellegzetes sárga fényét mindenki ismeri, hiszen a jó fényhasznosítása (80-150 lm/W) miatt széles körben használják közvilágítási célokra. Emellett élettartama is kimagasló, hozzávetőleg 25000 órára tehető. Olyan területeken javasolt a használata, ahol nem fontos a jó színlátás, viszont a karbantartás is csak időszakos. Működtetéséhez előtétre és gyújtóra egyaránt szükség van. Növénynevelésre teljes mértékben alkalmatlan.

2.2.4. Xenon lámpa
xenon.jpgA Xenonlámpákban fénykeltésre tiszta xenont használnak. Vonal gazdag spektruma folytonos az UV tartománytól egészen az infravörösig. Ennek köszönhetően a színvisszaadása nagyon jó. Elektromos táplálásuk minden esetben egyenárammal történik. Három fajtáját ismerjük a lámpa típusnak. Egyik a rövid ívű változat, amelyben az elektródok egymáshoz nagyon közel találhatóak. A létrejövő ív és ezzel együtt a keltett fény forrása pontszerűnek tekinthető. Ennek köszönhetően optikai alkalmazásra kiváló. Viszont fényhasznosítása és élettartama jelentősen elmarad az egyéb nagynyomású lámpákhoz képest. Ennek ellenére kisebb változatait gépjárművek fényszóróiban sok gyártó alkalmazza. Tartományilag az egyik legtökéletesebb fényforrás LENNE a növények számára, ha az ív miatt keltett fény nem pontszerű lenne.
Második változata a hosszú ívű xenon lámpa. Ezt kisebb nyomáson működtetik, így a fénye is kevésbé koncentrált. Drága és gyenge fényhasznosítású fényforrás, viszont a színképe a nap spektrumát megközelíti, így laboratóriumokban szimulációs célokra alkalmazzák. Növénynevelésre teljes mértékben alkalmas lenne a színképe miatt, de gyenge fényhasznosítása miatt a fénye nem elegendő.
Harmadik változata a Villanólámpa. Ezt a típust áram korlátozás nélkül működtetik. A táplálás egy kondenzátoron keresztül impulzusként kerül a fényforrásra. Ennek következtében az rövid időre felvillan majd kialszik. De az eredmény magas színvisszaadású villanás. Stúdiótechnikában stroboszkóp-ként valamint fényképészethez alkalmazzák. Ha ilyenben gondolkodsz, semmiképp se villogtasd a növényeknek. Ez már elfogadható lenne folyamatos, villogásmentes üzemben. Kérdés, mennyi üzemórát bírna ki?

Összefoglalva:

Fénycsövekből is lehet már kapni "növénynevelő"-nek kikiáltott fénycsövet. Kompakt fénycsövekből is lehet már kapni növénynevelésre alkalmasnak tűnő fénycsövet. Többen neveltek már palántát pl. a Philips "Tornádó" fénycsöveivel. Továbbá a HPS, MH, CMH fényforrások kifejezetten alkalmasak növények nevelésére. Ha csak pár növényed van érdemes ezek beszerzésén elgondolkodni. Nem költséghatékony megoldás, nem is energia takarékos, de a növények számára inkább ezeket, mint a hagyományos fényforrásokat tedd.
Csak arról ne feledkezz meg, hogy ezek a fényforrások rengeteg hőt (IR) termelnek. Így fontos a növényektől való megfelelő távolság, a megfelelő szellőztetés. A távolság miatt a fényszórás viszont elég nagy lesz, így érdemes ezekhez a fényforrásokhoz fényvisszaverő boxot (grovbox) építeni, ami hatványozottan igényli a (IR) miatti állandó légcserét.
Hátránya: Nem költséghatékony megoldás, de kevés növénynek megfelel. A fent említetteken túl a villanyszámládon is rendesen meg fogod érezni a hatékonyságát. Ráadásul annak a fénytartománynak, amit a növény el sem fogyaszt jóízűen. Ergo, arra fizeted ki a legtöbb pénzt, ami csak úgy husss, kimegy hőben és fényben az "ablakon".
De legalább van már valami, ami a növényeknek is hatékony, és tudnak belőle valamennyit hasznosítani, de erről majd egy másik bejegyzésben matekolunk.

 

Felhasznált szakirodalom:
http://www.tungsrambolt.hu/fenyforrasok_ismertetese.html

http://www.bykyny.hu/fenykepezes-fenyforrasok-szine.shtml

http://www.exkalapalatt.com

Szólj hozzá

fény infra lámpák fényforrások fénytartomány hőmérsékleti sugárzók beltéri növénynevelés