Forsøg med modelbaseret kunstlysstyring vinter/forår 2007

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Forsøg med modelbaseret kunstlysstyring vinter/forår 2007"

Jens Hedegaard
7 år siden
Visninger:

1 Forsøg med modelbaseret kunstlysstyring vinter/forår 2007 Jakob Skov Pedersen Jakob Markvart Oliver Körner, KU-LIFE Jesper Mazanti Aaslyng, AgroTech 1. Baggrund Energiforbruget til vækstlys er steget med 10 % fra 2000 til Vækstlyset kan ikke undværes i vinterhalvåret, dels fordi det giver en væsentlig bedre produktkvalitet og dels fordi vækstlyset er med til at optimere balancen mellem de forskellige vækstfaktorer, herunder energi til opvarmning. Vækstlyset i gartnerierne styres dels efter klokkeslæt og dels efter den naturlige indstråling. Denne styring tager ikke højde for effekten af vækstlyset. Det har tidligere været forslået at lave en dynamisk model til regulering af vækstlys. Heuvelink og Challa (1989) benyttede en økonomisk optimiseringsprocedure, som især egner sig til dyrkning af store monokulturer. Ved dyrkning af potteplanter er der ofte forskellige kulturer i samme væksthus og det er derfor ikke muligt at følge samme model. Det blev derfor tidligere valgt at lave en simpel model som tager udgangspunkt i planternes fotosyntese. Dette således at vækstlyset kun blev tændt, såfremt fotosyntesen steg med en på forhånd fastlagt procent. I dette projekt blev der arbejdet med modeller (Aaslyng et al., 2005). Det blev således ikke tilpasset til gartneriernes klimacomputere og derfor blev effekten ikke demonstreret i et "praktisk gartneri". Formålet med dette efterfølgende projekt har været: - at udvikle praktiske styringsalgoritmer til fotosyntese baseret styring af vækstlyset - at afprøve effekten af fotosyntesebaseret styring af vækstlyset under produktionslignende forhold. 1

2 2. Udvikling af styringsalgoritmer Der er udviklet styringsalgoritmer ud fra modelbaserede forudsigelser på stigningen i fotosyntesen ved dosering af vækstlys. Algoritmerne er udført således, at setpunktet er udtrykt i hvor mange % fotosyntesen skal øges, før vækstlyset skal tændes. Modellen tager udgangspunkt i det registrerede klima i væksthuset udtrykt ved temperatur, indstråling og CO2 koncentration. I dette projekt er setpunkterne sat til 20, 40 og 60 %. 3. Forsøg i væksthuse 3.1 Forsøgsbeskrivelse Forsøget gennemføres i tre celler (32-34) i NOVO-væksthusene med fire gentagelser af en måneds varighed. Forsøgsstart er primo februar og forsøgsafslutning ultimo maj Chrysanthemum Indicum (cv. Digi Time ) til forsøget leveres fra Van Zanten Skandinavien A/S som stiklinger. Hvert af de fire hold består af 1200 planter og småplanterne holdes i forsøgsgårdens formeringsafdeling i to uger under langdagsforhold inden de flyttes til forsøgsvæksthusene hvor de vil stå i fire uger. Hver væksthuscelle rummer to borde á 1,5 X 4 meter (6 kvadratmeter). Cellen inddeles i fire rum med lystæt materiale med hvid overflade. Mellem afdelingerne ophænges ligeledes afskærmning. Over hver af disse underafdelinger ophænges en 400 W SON-T lampe samt en 100 W glødelampe til dagsforlængelse (16 timer; ). På bordet monteres for hver underafdeling en målestation, hvor lufttemperaturen i plantehøjde måles med en thermistor (micro-betachicp, 10K3MCD1, BetaTherm, USA) i en ventilleret boks. Intensiteten af den fotosynteseaktive del af indstrålingen ( nm) måles med en fotodiode (G , Hamamatzu Photonics, Japan). Der placeres 50 planter per m 2. Vanding justeres efter behov således, at jorden i potten er jævnt fugtig. Der vandes med væksthusenes standard gødningsvand (Pioner blanding + micronæring; EC 2.0, ph 5.5). 2

3 Klimaet styres med forsøgsvæksthusets LCC1200 klimacomputer (Senmatic), som også opsamler klimadata. Dagtemperaturen er 21 C med ventilation ved 24 C. Nattemperaturen holdes på 19 C. CO 2 niveauet holdes på 600 ppm. Der skygges ved indstrålinger højere end 88 w. Behandlinger: - Standard (kunstlys i 14 timer; lys fra 6 til 22) - Lav kunstlysgrænse (lyset tændes når den beregnede stigning i fotosyntesehastighed overstiger 20 %). - Middel kunstlysgrænse (lyset tændes når den beregnede stigning i fotosyntesehastighed overstiger 40 %) - Høj kunstlysgrænse (lyset tændes når den beregnede stigning i fotosyntesehastighed overstiger 60 %) Kunstlyset styres fra IntelliGrow via modelbaseret beregning af fotosyntesen. Fordelingen af de enkelte behandlinger fremgår af figur 1.a,b og c. a) Hold 2: 3

4 b) Hold 3: c) Hold 4: Figur 1. Fordeling af behandlinger i væksthuscellerne for a) plantehold 2, b) hold 3 og c) hold 4. (H = høj, M = middel, L = lav grænse, St = standard) Planteopgørelser På dag 0 måles bladareal, blad, stængel tørstof, højde og antal blade på hovedskud på 12 planter. På dag 7, 14 og 21 opgøres samme parametre på 5 planter fra hver opgørelse Klimaresultater Klimaet har været ens i de tre behandlinger bortset fra brugen af kunstlys. I figur 2 ses forbruget af kunstlys i de forskellige behandlinger. Ideelt set skulle f.eks. behandlingen med den høje kunstlysgrænse svare nogenlunde til standard. Desværre er dette ikke lykkedes. Standard behandlinegn har fået uhensigtsmæssigt meget lys i forhold til de fotosyntesebaserede styringer. Dette gør standardbehandlingen uegnet som sammenligningsgrundlag. Der har desuden været en fejl i styringen af den høje kunstlysgrænse, således at der er givet mindre lys end ved middel kunstlysgrænse. 4

Figur 2. Antal minutter lyset har været tændt i de forskellige behandlinger 3.3 Planteresultater Sammenligningen af data mellem standard og de resterende behandlinger er uinteressant pga.

5 Figur 2. Antal minutter lyset har været tændt i de forskellige behandlinger 3.3 Planteresultater Sammenligningen af data mellem standard og de resterende behandlinger er uinteressant pga. for stor forskel i brugen af kunstlys og fejlen ved den høje kunstlysgrænse bevirker at dataanalysen begrænses til behandlingerne med lav og middel kunstlysgrænse. De to behandlinger har haft en forskel i antallet af minutter med kunstlys, men dette afspejles ikke i plantedata, hvor alle de målte parametre er enslydende for alle tre forsøg. Marts Højde (mm) Antal blade (stk) Bladareal (cm2) Tørstof (g) Lav 311a 28.3b 876,6b 3,0b Middel 305,9a 28,2b 890,7b 3,0b Høj 321,1a 27,5b 869,3b 2,6b Standard 282b 29,2a 1064,9a 3,6a April Højde (mm) Antal blade (stk) Bladareal (cm2) Tørstof (g) Lav 267,3a 28,0b 817,8b 3,1b Middel 275,9a 28,0b 780,6b 2,9b Høj 271,0a 27,7b 736,5c 2,7b Standard 252,1b 29,6a 1013,8a 4,0a 5

6 Maj Højde (mm) Antal blade (stk) Bladareal (cm2) Tørstof (g) Lav 256,1a 25,9b 739,8b 2,6b Middel 252,3a 25,9b 771,2b 2,7b Høj 257,4a 26,5b 793,0b 2,9b Standard 249,4b 27,9a 974,1a 3,9a 4. Konklusion Der er i dette forsøg gjort de første erfaringer med brug af fotosyntese optimeret kunstlysstyring. Ud fra simuleringerne er det rimeligt at vurdere, at der er et stort potentiale i denne mulighed, det lykkedes os dog ikke at vise det i dette forsøg. AgroTech vil i samarbejde med KU-LIFE, Gartneri Rådgivningen, Philips og RISØ (finansiering via Dansk Energis forskningspulje) arbejde videre med denne indfaldsvinkel til kunstlysstyring dog ved brug af LED lyskilder, som giver flere muligheder i styringen end højtryksnatriumlamper. Erfaringerne fra dette projekt vil blive benyttet ved opsætningen af LED forsøgene, hvor vi vil styre lyset både efter en fotosyntese baseret styring med modeller men på sigt også efter real-time fotosyntese målinger. Dette område udvikles hastigt og hvis LED teknologien fortsætter sin udvikling og målingerne af klorofyl flourescence giver mulighed for beregning af real-time fotosyntese vil brugen af kunstlys ændres radikalt de kommende år. Referencer Aaslyng JM, Andreassen AU, Körner O, Lund JB, Jakobsen L, Pedersen JS Integrated optimization of temperature, CO2, screen use and artificial lighting in greenhouse crops using a photosynthesis model. Acta Hort. 711: Heuvelink E, Challa H Dynamic optimization of artificial lighting in greenhouses. Acta Hort. 260:

Relaterede dokumenter

Klimaanalyser. Årets gang i et gartneri Fra 1.6 million tal til 264 Hvad kan det fortælle os? Jens Rystedt Lillegaard Teknik A/S Bioforsk NGF

Klimaanalyser. Årets gang i et gartneri Fra 1.6 million tal til 264 Hvad kan det fortælle os? Jens Rystedt Lillegaard Teknik A/S Bioforsk NGF Klimaanalyser Årets gang i et gartneri Fra 1.6 million tal til 264 Hvad kan det fortælle os? Jens Rystedt Lillegaard Teknik A/S Bioforsk NGF Klimaanalyser Det er kun 20 % af klimacomputerens muligheder,