48 SVĚTLO 2014/5 účinky a užití optického záření 1. Úvod Při vypracovávání návrhu osvětlova-cích soustav určených k efektivnímu osvět-lování (ozařování) rostlin je třeba postu-povat jinými způsoby než při navrhování běžných aplikací světelné techniky, kte-ré jsou přizpůsobeny potřebám lidského oka. Tento článek se věnuje popisu odliš-ností spektrální citlivosti rostlin a dalších světelnětechnických parametrů osvětlova-cích soustav. Dále se týká návrhu, realiza-ce a dosažených hodnot prototypového svítidla s nízkou energetickou náročností. 2. Osvětlování rostlin Rostliny jsou v „normálních“ venkov-ních podmínkách vystaveny přímému slu-nečnímu nebo nepřímému rozptýlenému záření. V laboratorních podmínkách (fy-totronových komorách) se pracovníci sna-ží rostlinám navodit podobné podmínky, které panují v přírodě. Rostliny se svými potřebami na osvětlení diametrálně liší od potřeb lidského oka. Největším roz-dílem je spektrální citlivost, která se bě-hem denního cyklu může navíc značně měnit. Požadavky na spektrum se také mění s fází vývoje rostliny. Další vlastnos-tí zvláště zemědělských rychle rostoucích rostlin jsou větší požadavky na intenzitu ozáření a délku denního osvitu. Rostliny kromě potřebného záření vyžadují udr-žení okolní teploty na potřebné úrovni, přirozené proudění vzduchu a dostatek vláhy jak půdní, tak vzdušné a vzdušný CO2. Popis těchto potřeb je již nad roz-sah toho článku, a tak další text bude vě-nován čistě potřebám jejich ozařování. 2.1 Spektrální citlivost Lidské oko na záření reaguje v rozsa-hu vlnových délek 380 až 780 nm, které je nazýváno světlo, navíc se spektrální citli-vostí vyjádřenou tzv. V(λ) křivkou s nej-vyšší citlivostí v oblasti žlutozelené barvy na vlnové délce 555 nm. Naopak rostliny jsou částečně citlivé i v IR a UV oblastech záření a v oblasti světla s jinou citlivostí než lidské oko, proto není správné pou-žívat slovní spojení „osvětlení rostlin“, ale jejich „ozařování“.U rostlin je dopadající záření pohlco-váno hlavně chlorofylem, ale i dalšími Světelné zdroje a svítidla pro pěstování rostlin Ing. Michal Krbal, Ph.D., doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D., Ing. Jan Škoda, Ph.D., Ing. Stanislav Sumec, Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, FEKT pigmenty s různou spektrální citlivostí. Uvnitř rostliny probíhají anabolické pro-cesy, které souvisejí s nabýváním staveb-ní hmoty – fotosyntéza, a procesy kata-bolické, s jejichž pomocí rostlina dýchá a odbourává látky. Tento proces probíhá bez osvětlení. Pro účely rychlého růstu je využíváno plnohodnotné umělé osvětle-ní – tzv. kultivační. Existuje ještě osvět-lení fotoperiodické, které ovlivňuje kve-tení a růst plodů a je méně energeticky náročné. Fotosynteticky aktivní záření (FAR) tvoří část spektra v oblasti vidi-telného záření 400 až 700 nm. Podíl toho záření z jasné denní oblohy je v závislos-ti na poloze slunce v rozsahu 45 až 55 %. U umělých světelných zdrojů leží tento podíl mezi 10 až 60 %. Přístupů k výpočtu podílů FAR ze spektra světelného zdroje je několik. Lze se na toto záření dívat buď energeticky, nebo kvantově. Z energetické-ho pohledu je jednotkou záři-vého toku watt (W) stejně jako u jakéhokoliv jiného záření, ale s tím rozdílem, že v tomto pří-padě je to watt pouze ze záření v rozsahu vlnových délek 400 až 700 nm, a proto nese označe-ní WFAR. Z kvantového pohle-du je možné tok záření vyjádřit jako fotonový tok v jednotkách mol · s–1.Na obr. 1 je graficky znázor-něna spektrální citlivost lidské-ho oka V(λ) jako „křivka 1“. Naproti tomu „křivka 2“ zná-zorňuje průměrnou spektrál-ní závislost rychlosti fotosyn-tézy. Je dána součtem odezev jednotlivých receptorů rostlin a je hodnotou zprůměrňova-nou, protože každá z rostlin pro svůj život potřebuje speci-fický rozsah vlnových délek zá-ření s různou intenzitou. Také je přibližně rovna spektrální ab-sorpci listů rostlin, z tohoto dů-vodu je značný propad v oblasti zelené oblasti spektra, protože tato oblast je ve velké míře od-ražena a jen malá část je třeba pro fotosyntetické a další pro-cesy. Největší citlivost rostlin je v modré a červené oblasti spek-tra. Červené a oranžové záře-ní s maximem v 650 nm ovliv-ňuje kvantitativní růst rostlin, vývin květů a plodů. Naopak modrá část spektra s maximem v 450 nm ovlivňuje kvalitativní vývin rostlin. Rostlinám zabra-ňuje v jejich vytahování do výš-ky, zesiluje stonky, podporuje vývin odnoží a tvorbu nových listů. Pro účely měření a definování foto-syntetické účinnosti záření emitované-ho světelným zdrojem je z energetického hlediska jakási ideální spektrální citlivost Obr. 1. Spektrální citlivost lidského oka a rostlin Obr. 2. Rychlost fotosyntézy v závislosti na intenzitě ozáření intenzita FAR (μmol m–2 · s–1) fotosyntéza Pn (μmol CO2 · m–2 · s–1) 0 400 800 1200 28,0 23,0 18,0 13,0 8,0 3,0 –2,0 Obr. 3. Model prototypového svítidla