DLI i Lund, februar/marts 2020

DLI, Daily Light Integral er beregnet ud fra data fra Sveriges Meteorologiske Institut, ved omregning fra Watt pr. kvadratmeter pr time til µmol pr. kvadratmeter pr. sekund, og derefter summeret pr. dag.

Lund svarer til det sydlige Danmark og afviger ikke meget for det nordlige.

Der er store variationer fra en regnvejrsdag til klart solskin, og bruger man vækstlys i drivhus eller vindueskarm er der brug for automatik både for at spare strøm på solskinsdage, men også for at få det tændt i gråvejr.

Måling af solindstråling og beregning af DLI

Hvis der skal være økonomi og miljøbevisthed i vækstlys til planter skal det tænde og slukke automatisk. Det medfører en god lysmåling, og her begynder problemerne. Jeg ville lave en styring, der tændte plantelyset i drivhuset når solen står op og slukker det når lyset fra solen kommer over et vist niveau.

Der findes mange sensorer til at måle lys, og jeg har prøvet en del, de fleste kan kun bruges til at bestemme om der er lys eller mørke og f eks styre gadebelysningen.
Den korte historie er, at jeg endte med 2 stk solceller, 72 x 46 mm, Velleman 2V 200mA, købt hos Conrad for 77 kr. De blev forbundet i serie, så udgangen var 4V og 200mA.

Der er det specielle ved solceller, at de når maksimum spænding, Volt, ved meget lave lysstyrker, derefter stiger styrken, Ampere, og for at måle A skal det ske over en modstand, der måles i Ohm.
Ohms lov siger, at   Volt = Ampere x Ohm  og det giver en modstand på 20 Ohm. Solceller kender ikke ohms lov, så produktionen, altså hvor mange ampere, afhænger af modstanden. En modstand f eks på 300 ohm giver en meget følsom måling, for usikkerheder forstærkes tilsvarende. Nu bruges der en modstand på 18 ohm.

Målingen sker via en lille processor, Arduino, der digitaliserer målingen til en værdi mellem 0 og 1023, der måles med 2 minutters mellemrum og logges på SD-kort.
De digitaliserede målinger skal omregnes til Watt pr. kvadratmeter pr. sekund, og indtil for ca. et årstid siden kunne sådanne målinger findes på Danmarks Meteorologiske Institut, nu koster de penge, men svenskerne er ikke bange, men stiller timeværdier gratis til rådighed.

En omregning kræver skyfri himmel i Danmark og Sydsverige, og sådanne dage er sjældne i denne grå vinter. Den 15. februar 2020 ser rimelig ud, og vil blive brugt som et udgangspunkt, korrigeret for tidsforskellen.

Målinger på Røsnæs
På figuren herover ses målinger på Røsnæs, 15. februar 2020, digitaliserede målinger af strømstyrke fra 2 små solceller – uden tidsangivelse. Indtil middag ser målingerne fine ud, men om eftermiddagen ser det ud til at gå helt galt. Fra min fortid ved jeg imidlertid, at svingningerne skyldes skyer. Når en sky nærmer sig solen får vi lys både fra solen og som reflekteret fra skyen, derfor højere værdier. Når skyen skygger for solen er værdierne naturligvis lavere.

Målinger fra Lund
Timeværdier for global indstråling, Watt pr. kvadratmeter pr. sekund. Kilde: Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut.

De svenske målinger er pr. time, på Røsnæs måles der 30 gange i timen og der skal beregnes gennemsnit pr. time for at sammenligne.

Gennemsnitsværdier pr. time for den skyfri periode på Røsnæs.

Forholdet mellem målinger på Røsnæs og målinger i Lund, dvs at kl 7 om morgenen skal Røsnæsmålinger ganges med 0,66 for at få Watt pr. kvadratmeter pr. time.

Hvad kan det bruges til
Meningen var, at det skulle styre vækstlyset i drivhuset, så lyset følger solen, i stedet for at tænde med kontaktur til fast tid.
Omregningen til Watt pr. kvadratmeter pr. sekund er ikke det bedste, men en videre beregning til µmol fotoner pr. kvadratmeter pr. sekund giver et tal, der viser hvor meget planterne er i stand til at producere ved den indstråling.

Hvornår lyset skal tænde er let, målingerne er stabilt nul om natten så hvis målingen er over 5 skal lyset tænde – den 15. februar var det et kvarter efter første måling.
En rimelig værdi at slukke lyset på er når solens lys er større end 200 µmol, det svarer til ca. 90 Watt, og i klart solskin, som 15. februar, var det ca. en time efter solopgang.

Forbedringer
Solcellers effekt afhænger af belastningen, og jeg er ved at lave en elektronik, der for hver måling laver et antal målinger ved forskellig belastning. Det kræver et program med algoritmer, der beskytter processoren mod for høje værdier.

De svenske målinger er gennemsnit pr. time, men er kl 7 fra 6:30 til 7:30 eller bare timen 7, altså fra 7 til 8? – det vil jeg spørge om.

Omregningefaktoren er forskellig hen over dagen, og skal interpoleres, så der omregnes pr. minut. Omregningsfaktorer skal justeres hver gang der er en skyfri dag over Danmark og Skåne. (Tænk hvis DMI kom med)

Det ideelle vil være at måle lyset pr. sekund, men så drukner man i tal. Elektronik og processor kan sagtens gøre det, og meningen er at måle pr. sekund og beregne sum og gennemsnit pr. 10. minut, så lyset ikke tændes og slukkes uafbrudt på en gråvejrsdag.

Summen af µmol pr. dag kaldes DLI, Daily Light Integral og er et udtryk for hvor meget en plante lysmæssigt set kan producere den dag. Disse målinger er måske de første målinger og beregninger af DLI i Danmark. Hvis den 15. februar 2020 var fortsat som en skyfri dag på Røsnæs havde DLI været 17,8.

Copyright 2020 Bent Løschenkohl. Må citeres med link

De svenske målinger i Lund stammer fra Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut.

Skinner solen nok til plantevækst en måned efter vintersolhverv?

3 uger inde i januar kan man mærke, at dagene begynder at blive længere, men er der lys nok til plantevækst? Den korte forklaring er, at selv på en gråvejrsdag kan planter overleve uden at bruge af deres opsparede energi, og på en solskinsdag gror de ca. 20% af hvad de gør på en sommerdag.

 

Solens udstråling består af ultraviolet lys, synligt lys og en masse infrarød varmestråling. Måler man energien sker det som global stråling i Watt pr. kvadratmeter.

Planter udnytter kun en del af solens lys, hovedsagelig de blå og røde farver – den del af lyset kaldes PAR, Photosynthetic Active Radiation og måles i µmol fotoner pr. kvadratmeter pr. sekund, normalt skrives kun µmol.

Det er forholdsvis let at måle den globale stråling og herfra kan der omregnes til PAR. En direkte måling af PAR kræver avancerede sensorer, der er dyre, samt at man ved, hvad man gør.

Indtil Danmarks Meteorologiske Institut lavede hjemmesiden om, kunne globalstrålingen findes på nogle målestationer, nu kan man kun se hvor mange timer solen skinner, og det kan ikke bruges til noget. Globalstrålingen koster penge…..

Men Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut lægger timeværdier af globalstråling frit tilgængeligt, endda som Excelfiler. Man skal blot oplyse, at data kommer fra SMHI og om der er lavet beregninger.

De følgende data stammer fra SMHI målestation i Lund og globalstråling er omregnet til µmol. Den 17. januar 2020 var i Lund en dejlig dag med klart solskin hele dagen, næste dag, den 18. var til gengæld overskyet og med meget lav indstråling.
De svenske målinger er timemålinger af Watt pr kvadratmeter, jeg omregner dem til µmol pr kvadratmeter pr sekund og summerer for at få DLI, Daily Light Integral, summen af fotosyntetisk lys på en dag.

Den 17. januar var DLI 6,32 og den 18. 1,35 – og hvad betyder så det? Planter skal have en vis mængde lys for at overleve, og et DLI på 1,35 er minimum for de fleste planter. Et DLI på 6,32 svarer til ca. 20% fotosyntese i forhold til en sommerdag.
Regner man lidt videre, til en gennemsnitlig lysstyrke, så var den 397 µmol den 17. og 94 µmol den 18. – det svarer ca. til henholdsvis en LED på 10 Watt og det dobbelte af hvad man giver med en stærk LED.

Så selv om vi kun lige har overstået halvdelen af vinteren, så så er der lys nok på en gråvejrsdag til at vedligeholde planter, og på en solskinsdag gror de, og behøver ikke tilskudslys.

 

DLI, lyssummer for 3. februar 2019

DLI, Daily Light Integral, er dagens lyssum i det fotosynteseaktive område af lyset, og dermed planternes mulighed for at producere – om de gør det afhænger af temperatur, vand og så videre.

Den 3. februar startede overskyet, med opklaring fra sydvest. DMI måler solindstråling i Watt pr. kvadratmeter på en række stationer, timeværdier for indstråling er summeret og omregnet til Mol fotoner pr. kvadratmeter i det fotosynteseaktive lysområde 400 – 700 nm.

Holbæk                2,9

Årslev                   9,9

St. Jyndevad        11,1

Års                         7,8

Skagen                   3,5

Man regner med, at et DLI omkring 5 er den nedre grænse for plantevækst.

Hvor meget lys skal planterne have idag

Enten planter står i et rum med LED lys, i en vindueskarm eller et drivhus er det svært at fornemme om de får for lidt eller for meget lys. Et nøjagtigt svar kræver dyre målinger, men det er muligt at komme et godt stykke ad vejen.
DLI er et tal for hvor meget fotosynteselys planterne får pr. dag – altså et tal for, hvor meget planterne kan gro pr. dag. Det skal gerne være over 5.
Forklaringen bag DLI kan læses nedenunder – det er desværre lidt langhåret stof, men meningen er god nok.
I perioder bringer vi gårsdagens DLI, baseret på DMI’s målinger, så du kan se vækstmulighederne i haven, drivhuset eller vindueskarmen – temperaturen har så betydning for, om vækstmulighederne kan udnyttes.

Lys

Planter bruger først og fremmest de blå og røde farver af lys til fotosyntese, det kaldes den fotosyntetisk aktive del af spektret, eller PAR. Lys består af fotoner, og der skal 8 fotoner til at optage et molekyle CO2 og bygge det ind i planten. Fotoner måles i Mol, og et Mol er ca. 6 gange 10 i 23. – altså et meget stort tal. Et mere praktisk tal er en milliontedel Mol fotoner, der falder pr. kvadratmeter og pr. sekund, normalt bare kaldt µmol. På en overskyet vinterdag er der ca. 80 µmol udendørs, og på en sommerdag 2000 µmol.

Måling af lys

Dansk Meteorologisk Institut, DMI, giver dagens vejrdata på Borgervejr, og nogle stationer har lysmåling, som total energi i Watt pr. kvadratmeter. Der er en omregningsfaktor, Watt sollys skal ganges med 2,1 for at få µmol. Man kan finde en omregningsfaktor på 4,6 men den gælder kun hvis Watt er målt i området 400 – 700 nm.
Så udendørs kan vi altså få et rimeligt nøjagtigt tal for µmol.

Daily Light Integral, DLI

DLI er summen af µmol for hvert sekund i dagen, og det måles i Mol.
Den 27. januar 2019 var en trist regnvejrsdag. DMI Holbæk målte 10 Watt klokken 10 og 90 klokken 12, ialt var det lyst i 7 timer og summen af Watt var 260. Der er 3600 sekunder i en time så de 260 skal ganges med 3600 for at få Watt pr. sekund og derefter med 2,1 for at få antal µmol, det giver 1.965.600, og da µmol er milliontedel skal det divideres med en million, så DLI på friland var 1,97 den dag.
Den 29. januar var til gengæld skyfri fra morgenen, og Wattsummen blev 1205 fordelt på 9 timer med maksimum 270 midt på dagen. Det gav et DLI på 9,1.
Rimelig plantevækst kræver et DLI omkring 5, og det maksimale ligger omkring 15.

Fra DLI på friland til vindueskarm eller drivhus

Glas har en gennemgangsfaktor på 85%, dvs man mister 15% lys, når det går gennem glas. Dertil kommer reflektion, når lyset rammer skråt, og det kan være op til 50%.
I et drivhus kommer der lys fra alle sider, og er glasset rent ligger lyset omkring 80% af lyset udendørs, men i et vindue er der nok ikke mere end 50% hen over dagen.

Kan planter få for meget lys

Ja, planter kan få for meget lys, og her tænkes ikke på den varmeskade, der kan ske i stærk sol. Fotosyntesen stiger med stigende lys, men der kommer et punkt, hvor fotosyntesen ikke stiger, og hvis lyset bliver endnu kraftigere vil planten ødelægges. Nogle mener, at planter ikke kan få for meget lys, men det er altså ikke rigtigt, søg evt. på ” photosynthesis light intensity “.

Hvis DLI er mindre end 5, hvor mange timer skal vækstlyset så være tændt

Det burde være let, hvis DLI udendørs er 3, så er det ca. 2,4 i et drivhus, og 1,5 i en vindueskarm. Der mangler altså 2,6 og 3,5 millioner fotoner, og hvis der nu var opgivet hvor mange mol pæren giver, så skulle det divideres op i det, der mangler, og så har man resultatet i sekunder.
I drivhuset mangler der 2.600.000 fotoner, hvis LED pæren giver 150 fotoner pr. sekund, så skal den brænde i 2.600.000/150 = 17.333 sekunder, eller 17.333/3600 sekunder pr time = 4,8 timer. Vækstlyset skal altså være tændt i knapt 5 timer i drivhuset, og tilsvarende ca. 6,5 timer i en vindueskarm.

Hvis planterne står i et rum i kælderen, uden sol

I drivhuset manglede der 2,6 det svarede til 4,8 timer lys, så vil man have et DLI på 5 skal der altså ca. 10 timers lys til, med en pære, der giver 150 µmol.

Kan man beregne, hvor mange µmol et LED vækstlys giver

Nej, det kan man ikke, og selv om der opgives en µmol skal man være forsigtig.
Lys har en bølgelængde, det synlige lys går fra blåt med en bølgelængde på ca. 400 nm og til rødt med en bølgelængde på ca. 700 nm. Energien i fotoner er afhængig af bølgelængden, en foton i det blå område har næsten dobbelt så megen energi som en i det røde område.
Mange LED lamper opgiver lysstyrken i lux, der måles i det grønne område ved 525 nm, og som planter ikke bruger, så lux kan ikke bruges til planter.
Som tommelfingerregel giver en god LED lampe 1,5 µmol pr. Watt – vel og mærke pr. Watt på selve LED’en. Der er elektronik i en LED lampe, som omsætter 230 Volt til ca. 3 Volt, det giver varme, og for at nedsætte varmen kører LED lamper på halv kraft, i elektronikke er der ca. 40% spild til varme, så en LED på 36 Watt bruger ca. 18 Watt, med 40% spild til varme giver det ca. 11 Watt til selve LED’en og ca. 17 µmol pr. kvadratmeter plantelys. Lamperne hænges i lav højde, så de kun dækker f eks en kvart kvadratmeter og lysstyrken dermed kommer op på 70 µmol.