Energie sparen bei der Assimilationsbelichtung" Erfahrungen mit dem Einsatz im Unterglasgartenbau in Dänemark

Transkript

1 Energie sparen bei der Assimilationsbelichtung" Erfahrungen mit dem Einsatz im Unterglasgartenbau in Dänemark Carl Otto Ottosen Department of Food Science Aarhus Universitet

2 Inhalte des Vortrags Herausforderungen bei der Belichtung (dynamische) Nutzung des Lichtes Messung des Pflanzenwachstums Messung des Pflanzenwachstums LED und sekundäre Inhaltsstoffe LED im Vergleich mit herkömmlichen Lampen

3 (dynamische) Nutzung des Lichtes Assimilationslicht wird benötigt, um eine Terminproduktion sicher zu stellen Ein erhöhtes Zusatzlichtniveau bei einigen Kulturen erhöht den Ertrag und die Qualität Produktion in normalen Gewächshäusern oder geschlossenen Pflanzenfabriken (Mehrlagenkultur) LED im Vergleich zu herkömmlichen Lampen was benötigen die Pflanzen?

4 (dynamische) Nutzung des Lichtes Herausforderungen steigende Preise für Strom Größerer Einsatz von erneuerbarer Energie (Wind, Sonne) Gefahr einer Überlastung des Stromnetzes intelligente Lösungen werden benötigt tägliche Preisschwankungen staatliche Forderungen zur Energiereduzierung Nord Pool Spot market

5 Reaktionszeit auf das Licht A-person B-person

6 Hintergrund - DynaLight Wahl der richtigen Lichtmenge für die Photosynthese bzw. das Wachstum Auswahl der preisgünstigsten Belichtungszeit basierend auf einer Energievorhersage (des EVU) Korrektur der Sollwerte Kontrolle der Lampen Nord Pool Spot market

7 Hintergrund - DynaLight Wettervorhersage Terminisierte Produktion Entwicklung der Strommarktpreise Nord Pool Spot market Modellbasierte Kontrolle des Zusatzlichts

8 Hintergrund - DynaLight Kosten sparen durch: niedrigere Preise weniger Assimilationsbelichtung - bei Topfrosen (Herbst) bis zu 30% - im Frühling 10 bis 15% - Keine Auswirkungen auf die Pflanzenqualität - In Kalanchoebetrieben mindestens 15% Energieeinsparung (in )

9 Pflanzenreaktion auf DynaLight? (Mærsk-Møller et al., submitted) Kontrolle DynaLight (Kjaer et al., 2011)

10 Schnelle Anpassung der Photosynthese auf unregelmäßig, wechselnde Lichtbedingungen (Dynalight). Stomatärer Widerstand Schnelles öffnen der Stomata nach dem Einschalten des Lichtes Nettophotosynthese Die Pflanzen können bei unregelmäßigen Lichtbedingungen die Tageslänge nicht erkennen. Dynamisches Licht beeinflusst nicht das Pflanzenwachstum

11 Der Kohlenhydratgehalt des Blattes bleibt auch bei unregelmäßigen Licht stabil. Der Saccharosegehalt im Blatt bleibt trotz Schwankungen stabil. Die angereicherten Stärkegehalte bleiben stabil.

12 Hintergrund - DynaLight Neu in 2012/2013 Interaktive Regelung aufgrund des tatsächlichen Klimas und der tatsächlichen Photosyntheseaktivität Anfangs Nutzung von Natriumhochdruckdampflampen, dann LED und dynamic LED Verbindung zu intelligenten Stromnetzen erlaubt bei günstigen Strompreisen die Ausweitung der Zusatzbelichtung. Nord Pool Spot market Wettervorher sage Strom-Spot- Handelmarkt Termin- Produktion Assimilationsbelichtung über Modelle

13 LED und sekundäre Inhaltsstoffe Unterschiedliche Spektren des Lichts können das Pflanzenwachstum beeinflussen, aber schon kleine Mengen natürlichen Lichts können diese Effekte wieder zerstören Testergebnisse aus geschlossenen Räumen (Mehrlagen) können wegen der unterschiedlichen Lichtspektren nicht auf normale Gewächshäuser übertragen werden. nur wenige überzeugende Experimente sind vorhanden, aufgrund der unterschiedlichen Produkte und unterschiedlichen Spezifikationen

14 LED und sekundäre Inhaltsstoffe Die Pflanzen wuchsen unter einer für diesen speziellen Zweck gebauten Laboreinheit von Philips (ca. 200 µmol m -2 s -1 ) 16 Stunden pro Tag. Die Temperatur betrug 24 C am Tag und 18 C nachts. (Umrechnung in klx nicht möglich!) Die vier Lichtbehandlungen waren: 40% Blau und Die vier Lichtbehandlungen waren: 40% Blau und 60% Rot, 20% Blau und 80% Rot, 100% Rot, und 100% weisses Licht

15 Pflanzenreaktionen bei LED-Licht Die Blattfläche war größer bei der Erhöhung des Blauanteils, während reines rotes Licht das Frisch- und Trockengewicht erhöhte. Blaues Licht führte bei Rosen zu mehr farbigen Knospen. Allgemein waren die Unterschiede zwischen den Behandlungen gering, die größten Unterschiede wurden bei reinem roten Licht beobachtet.

16 LED und sekundäre Inhaltsstoffe Bei einer Erhöhung der Dosis von blauen Licht, erhöhte sich der Gehalt an Phenolsäuren und Flavanoid- Verbindungen. Bei Rosen, Chrysanthemen und Campanula erhöhte sich unter blauen und roten Licht das Frisch- und Trockengewicht, sowie der Gehalt an sekundären Inhaltsstoffen im Vergleich zur Belichtung mit weißem Licht.

17 LED compared to SONT Es ist sehr schwer LED-Produkte zu vergleichen. Oft erhält man keine Auskünfte über die Lichtausbeute und den Energieverbrauch. Die installierte Wattzahl nutzt nichts die Micromolzahl im Pflanzenbestand ist entscheidend. (PAR-Strahlung in µmol m -2 s -1 )

18 Setup Phillips 600 W SONT Senmatic LED 120 µmol m -1 s -2 in Pflanzenhöhe Topfrosen KW 2 und 12 Campanula KW 2 Chrysanthemum vegetativ

19 Lichtspektrum der Lampen

20 Klimaeinstellungen Temperatur: 18 Nacht, 21 C Tag, 24 C Lüftung, 800 ppm CO 2 Regulierung der hohen Rohrheizung in der LED- Regulierung der hohen Rohrheizung in der LED- Sektion, um eine einheitliche Blatttemperatur sicher zu stellen. (hat kein Effekt auf die Lufttemperatur). Ohne Hemmstoffe.

21 Stromverbrauch (electricity) kwh

22 Heizenergieverbrauch (heat) kwh

23 LED vs SONT in Rose 12 Blüten und Knospen der Rosen 10 8 Number 6 Flowers 4 Coloured buds 2 Green buds 0 Apache LED Apache SON-T Eskimo LED Eskimo SON-T Pearl LED Pearl SON-T Scarlet LED Scarlet SON-T

24 LED vs SONT rose

25 Hauptunterschiede? mehr Stiele unter SONT 1 bis 4 Tage kürzere Produktionszeit keine Blattflächeneffekte mehr gelbe Blätter unter SONT

26 LED vs SONT in Campanula

27 LED vs SONT in Campanula eine Woche kürzere Produktionszeit bei einer Sorte kein Blattflächenunterschiede keine Trockenmasseunterschiede

28 LED vs SONT Campanula

29 Eine Zusammenfassung der Zahlen kwh Strom Wärme LED Natriumdampflampe Wirkung 40% weniger 114% mehr

30 Zusammenfassung Es gibt keine wesentlichen Unterschiede zwischen der Produktion mit LED oder SONT Wichtig ist die Kontrolle der Blatttemperatur Aufgrund des natürlichen Lichtes gab es keine Probleme durch die spektrale Verteilung

31 The research project are part of funding from The Ministry of Food (GUDP) and Ministry of Energy (EUDP), Aarhus University and