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植物栽培用LED照明 Feed

2012年10月14日 (日)

パルス照射LED照明の構成

今日は、kungfufight |さんからご質問がありましたので、私が製作しているパルス照射LED照明の構成について説明します。

1 全体構成

写真のように、DC12Vを得るためのACアダプタ(AC100V→DC12V)、入切スイッチ、パルス電源生成回路、LED照明接続端子、LED照明で構成されます。

DC12Vで点灯するようにLED照明を製作していますので、パルス電源は、DC12Vを元に作っていいます。

12v

2 パルス電源生成回路

パルス照射LED照明を実現しているパルス電源生成回路は、次のとおりです。DC12Vから周期400μSの12Vパルス電源を作っています。

12v_2

【制御パルス生成回路】

DC5Vで動作するシュミットインバータICというものを使用しています。可変抵抗でパルスの周期を調整できる回路となっています。(インターネットで調べて製作した回路です)

制御パルスの出力波形は、以下のとおりです。0.4ms(400μS)周期のパルスとなるように、可変抵抗で調整しています。

Photo

【パルス電源回路】

制御用パルスを使って、パワーMOSFETで電源のON-OFFを行っている回路です。

この回路の出力電圧波形は、以下のようになっています。

12v_3

また、この時、LED照明に流れる電流波形は、以下のようになっています。LED照明の電流制限抵抗の両端の電圧波形を測定したものです。LED照明が、0.4ms(400μS)周期でON-OFFを繰り返していることがわかります。

Led

参考までに、使用しているLED照明の回路構成図を添付します。

Led_2

私が自作しているLED照明は、AC100Vで点灯する市販のLED照明とは異なり、直流(DC)電源で動作するものです。直流電源をON-OFFすることによって、そのままパルス照射LED照明になります。

市販のLED照明は、照明内部でAC100Vから直流電源を生成していると思われますので、AC100V等の供給電源をコントロールしてパルス照射照明にするのは難しいと思われます。

2012年7月10日 (火)

胡蝶蘭のパルス照射栽培が3ヶ月経過

胡蝶蘭を対象に始めたLEDパルス照射栽培が3ヶ月を経過しました。

パルス照射栽培の状況は、下の写真のとおりです。上段は、赤色LEDのみを使った照明での栽培、下段は赤・青LEDを使った照明で栽培しています。

Led

Led_2

栽培している胡蝶蘭の成長具合を前後比較写真で掲載します。LED照明パルス照射で栽培している胡蝶蘭は、順調に成長しています。周期400μsのパルス光でも、連続光と同等に育っているようです。約半分の電力で栽培できそうです。

<胡蝶蘭32>

下葉が2枚枯れましたが、新しい葉が1枚成長し、さらに1枚新葉が出てきています。

2012071032

<胡蝶蘭33>

新葉が1枚増えました。順調に成長しています。

2012071033

<胡蝶蘭34>

病気かも知れませんが、下葉3枚が枯れてきました。新葉は出てきていませんが、花芽が出て白い花が咲きました。赤LEDのみの棚に置いていたため、花目が真横へ伸びてしまいました。赤のみでは、屈光性を利用した花芽の誘導ができないようです。

2012071034

<胡蝶蘭35>

新葉が1枚育つとともに、花芽が出て花が咲きつつあります。この株も赤LEDのみの棚に置いているため、花芽が真横に伸びてしまいました。成長は順調です。

2012071035

<胡蝶蘭36>

新葉を成長させながら、花を咲かせています。この株は、赤・青LED照明の棚に置いていますので、花芽はLED照明に向かって上に伸びました。青色LEDが花芽の屈光性に作用していると思われます。順調に成長しています。

2012071036

<胡蝶蘭37>

新葉が1枚成長し、さらに1枚が出てきています。この株も順調に育っています。

2012071037

<胡蝶蘭38>

新葉は出ていませんが、花が咲きました。小輪の白い花です。

2012071038

<胡蝶蘭39>

ミディの胡蝶蘭です。新葉2枚が成長中です。

2012071039

<胡蝶蘭40>

ピンクの花を咲かせたミディの胡蝶蘭です。新葉1枚を出しながら、花を咲かせました。順調に育っています。

2012071040

パルス照射による栽培は、ここまでの経過で判断すると、連続光による栽培と遜色ないと言えます。消費電力が約半分で済みますので、LED照明による胡蝶蘭栽培の有望技術と思われます。

2012年4月 1日 (日)

胡蝶蘭のパルス光照射栽培にチャレンジ!

今日は、パルス光照射型のLED照明を製作しましたので紹介します。

植物の光合成は、周期400μ秒のパルス照射時に、エネルギー変換効率が最も良くなると言われていますので、胡蝶蘭で試してみることにしました。

製作したパルス照射型LED照明とそれを使った胡蝶蘭栽培実験の様子を紹介します。

下の写真は、製作したパルス照射用の電源回路(写真中央)とLED照明の点灯状況です。

200μS毎にON-OFFを繰り返していますが(400μS周期)、人の目には連続点灯に見えます。

Photo

次の写真は、パルス照射用の電源回路の動作状況です。200μS(0.2ms)毎に、ON-OFFを繰り返していることがわかります。

Leddcv

次の写真は、簡易な照度計でパルス照射型LED照明の照度を測定したところです。約12cmの距離で測定して、約2000ルクスを示しています。

Led

連続照射時の測定値は、下の写真のとおり約3600ルクスを示しています。測定値的には、約半分の照度になっていますが、ON-OFF時の平均値を表していると思われます。LED照明ON時の照度は、連続点灯時同じ約3600ルクスと推察されます。

Led2

このパルス照射型LED照明を使って栽培を始めた胡蝶蘭は、以下の写真のとおりです。対象の胡蝶蘭は、大半が新しく購入したものです。これから1年間の栽培実験になりますが、夏場の葉の成長良否が実験の成否判断になると考えています。この実験がうまくいけば、同じLED照明でも低消費電力化・長寿命化が図れることになり、より低コストで胡蝶蘭が栽培できるようになるかもしれません。

これからも今までどおり、気長に取り組んで行きたいと思っています。

Led_3

Led_4

2011年10月16日 (日)

LED電球の効果について

  最近、LED電球の低価格化が進んでいます。市販のLED電球を使って植物の屈光性の実験をしましたので紹介します。

対象植物はシンゴニウムです。

シンゴニウムを室内で栽培していると、写真上のように、自然光が差し込む方向(写真右側)へ茎が曲がって行きます。いわゆる、植物の屈光性です。

昼光色のLED電球で反対側(写真左側)から光を当てました。すると、写真下のように、茎がまっすぐになりました。これは、植物の屈光性に対して、LED電球が自然光と同じ効果があることを意味しています。この結果から、LED電球は、胡蝶蘭の花芽の生育に活用できるのではないかと思っています。

室内で胡蝶蘭を栽培していると、花芽の伸長は、弱い光であっても自然光方向になります。しかし、これまでの栽培実験結果から推測するに、自然光が弱いと花芽の伸長及び花の付き方が悪いようです。このLED電球を使えば、胡蝶蘭の花茎の伸長方向をコントロールでき、且つ、花芽及び花の成長促進になるのではないかと、想像しているところです。今冬~春の花芽の伸長及び開花時期に試して見るつもりです。いつものことですが、だめでもともとですから。

Led1

Led2_2

2009年9月 6日 (日)

太陽電池LED照明でセントポーリア栽培

20090906

太陽電池を使ったLED照明の栽培対象に、セントポーリアを選びました。9月6日撮影。

耐陰性のある植物のようですので、栽培対象に選んでみました。1ヶ月前から栽培を始めましたが、太陽電池LED照明の効果が少しはあるようです。下の写真は1ヶ月前のものです。比べて見ると、新葉が数枚出てきています。

20090808

<太陽電池の設置状況>

200909064

上の写真のように、太陽電池は、日当たりの良い窓際に置いています(室内側に設置)。LED照明は、べランダの日が当たらない場所に置いています。下の写真がLED照明の設置状況です。

200909062

LED照明を近接して置いていますので、太陽電池に日が当たっている時は、葉面で3000ルクス程度の照度になっています。しかし、このLED照明は季節や天候に左右されますので、どの程度効果を発揮するのか未知数です。セントポーリアの栽培を通じて、確認したいと思っています。

200909063

2009年7月20日 (月)

太陽電池で点灯するLED照明を製作

20090720led

太陽電池で点灯できるLED照明を製作しました。エコなLED照明にチャレンジして見ました。製作したLED照明の構成は以下のとおりです。

太陽電池:定格12V、0.5A(太陽光が当たると18V程度まで電圧が上昇)

LED照明:赤LED12個、青LED4個、電流制限用として定電流ダイオード(定格15mA)4個

太陽電池とLED照明を直接つないでいますので、まったく電子回路を含まないシンプルな構成となっています。

太陽電池は、太陽光の強さにより電圧が変動するため、LED照明の電流制限用として、電圧が変動しても電流を定格以下に抑えられる定電流ダイオードを使用しました。

下の写真は、窓際に太陽電池を置き、LED照明を点灯したところです。使用しているLEDの数がわかると思います。また、太陽電池1枚にLED照明4個を接続しています。撮影時は曇り空でしたので、あまり明るくなっていません。薄日が差してくると、離隔10cm程度のところで約3000ルクスになります。

自然光のみでLED照明を点灯しますので、昼間の天気が良いときだけ、植物に有効な光度が得られるようです。栽培対象の植物は、ただいま検討中です。

20090720

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太陽電池に薄日が差したときのLED照明の明るさ

離隔約10cmで約3000ルクス(簡易照度計で測定)

2008年10月26日 (日)

625nmと660nm赤LED照明での生育比較2

レモンバーム
10月25日撮影

625nm赤LED照明と660nm赤LED照明での生育比較の報告2です。

写真のレモンバームは、9月21日より生育比較実験を始めて1ヶ月以上経過しました。写真左半分が625nm赤LED照明、右半分が660nm赤LED照明を照射しています。
ご覧のとおり、同じ程度に成長しており、波長による生育の違いはあまり無いようです。


<デフェンバキアの生育比較>
デフェンバキアは、写真にあるように、625nm赤LED照明、660nm赤LED照明、LED照明なしの3種類で生育実験を行っています。
実験開始当初(9月23日)の写真と比較して、少しは大きくなっていますが、波長による生育の違いは良くわかりません。写真ではわかりませんが、625nm赤LEDの鉢は芽が6本、660nm赤LEDの鉢は芽が3本、照明なしの鉢は芽が1本と、鉢毎に形態が違っていることも起因しているのかも知れません。
とにかく成長がゆっくりのようですから時間をかけて観察が必要です。
<デフェンバキア、10月25日撮影>


<デフェンバキア、9月23日撮影>



<バジルの生育比較>
写真中が660nm赤LED照明を使っているバジルです。左右の鉢は、いずれも625nm赤LED照明で栽培しています。前回の経過報告後、下の写真のように株を切り詰めて生育実験を続けています。
上と下の写真を比べて見ると、どの鉢でも同程度にわき芽が出てきており、生育の差は無いようです。
<バジル、10月25日撮影>


<バジル、10月19日撮影>



<考察>
625nm赤LEDと660nm赤LEDの効果の違いを調べるために比較実験を行っていますが、結果は「効果の違いはさほど無い」ようです。変わらない原因について調べてみたのですが、それは以下のとおりです。
以前、光合成には葉緑体中のクロロフィルaとクロロフィルbが関係していることを紹介しました。植物ではクロロフィルaが光合成の主体であるため、660nm赤LEDが最も効果的であると言われています。
ところで、クロロフィルbはどのような働きをするのでしょうか。調べてみたところ、クロロフィルbは、自体では光合成をしないようですが、光から吸収したエネルギーをクロロフィルaへ渡し、クロロフィルaでの光合成を促進する働きをしているようです。

・光→クロロフィルb→クロロフィルa→光合成→植物の生育

このことから、クロロフィルbを有する植物には、625nm赤LED照明でも十分効果があるのだと思います。どのような植物がクロロフィルbを多く持っているのかはわかりませんが、栽培実験の対象にしている耐陰性のある植物は持っているようです。



ここに掲載した図は、農林水産省のホームページに公開してある「農林水産研究開発レポートNo.14(2005)」から引用したものです。

2008年10月12日 (日)

625nmと660nm赤LED照明での生育比較1

10月12日撮影
レモンバーム
写真右半分660nmLED

写真左半分625nmLED
625nm赤LED照明と660nm赤LED照明での生育比較を始めましたが、その経過報告です。
まず、レモンバームの生育比較です。上の写真は10月12日撮影したもので、下の写真が9月21日撮影のものです。
写真右半分に660nm赤LED照明、左半分に625nm赤LED照明を当てています。写真のとおり、両方とも同じ程度に成長しています。今までの状況では、625nmLED・660nmLEDとも、効果は同程度のようです。
9月21日撮影
レモンバーム
写真右半分660nmLED

写真左半分625nmLED


次に、デフェンバキアの生育比較です。9月23日から比較を始めました。
上が10月12日撮影、下が9月23日撮影のデフェンバキアです。
写真左から、625nmLED、660nmLED、LEDなしで栽培しています。どの鉢からも新葉が出てきており、現時点では生育の差がわかりません。

<10月12日撮影、デフェンバキア>


<9月23日撮影、デフェンバキア>



次に、バジルの生育比較です。バジルは9月28日より比較を始めました。
写真の右と左は、従来から使用している625nm赤LED照明で栽培しているバジルです。写真中が、9月28日から660nm赤LED照明を使い始めたバジルです。2週間の生育比較ですが、3鉢とも同程度の成長しており、波長の違いによる生育差は出ていないようです。

<10月12日撮影、バジル、写真中が660nmLED使用>


<9月28日撮影、バジル、写真中が660nmLED使用>



これまでは、625nmLEDと660nmLED照明の大きな差は出ていません。

2008年9月21日 (日)

660nm赤LED照明を作りました


9月21日撮影。
自作LED照明に波長660nmの赤LEDを使ったものを加えました。
写真は、660nm赤LED照明と従来の625nm赤LED照明の併用で、先ほど刈取ったレモンバームを育て始めたところです。
660nm赤LEDの方が、植物の成長が早い(光合成が盛ん)と言われていますので、従来の625nm赤LED照明より効果が高いのかどうかを試して見ます。


写真右が、660nm赤LEDを使った照明で、写真左が従来の625nm赤LEDを使った照明です。写真では、違いがわかりませんが、肉眼では660nmの方がより赤く見えます。(そう思って見るからかも。)


660nm赤LEDを使った照明の部品構成は以下のとおりです。(写真右のLED照明)
赤LED:660nm、指向角度15°、光度2.2cd、12個使用
青LED:450nm、指向角度60°、光度5cd、2個使用
緑LED:? 、 指向角度60°、光度9cd、2個使用

従来のLED照明(写真左)は、赤LEDに、波長625nm、指向角度60°、光度7cdを12個使っています。

<光度計で測定した値>
�660nm赤使用LED照明
(今回製作)
  15cm:2200ルクス
  10cm:2900ルクス
�625nm赤使用LED照明
(従来から使用しているもの)
  15cm:2100ルクス
  10cm:3500ルクス

LED照明で照らされる植物の葉面での照度はあまり変わらないようです。LEDの発光光度からすると、もう少し違いがあっても良いように思いますが、測定器性能の影響かもしれませんね。
とにかく、今まで疑問に思っていたものの一つですが、赤LEDの波長による成長の違いがどの程度あるのかを確認できると思っています。レモンバームに2種類のLED照明を併設して実験を行いますが、効果の高い方が早く成長する(伸びる)と想定しています。
625nmに比べ660nm赤LEDの方が値段が高いですが、660nm赤を使った照明をもう少し製作し、他の植物にも使って見る予定です。

2008年4月23日 (水)

卓上栽培用LED照明

今まで、色々な植物の栽培実験を行ってきましたが、私が試作して使っているLED照明は、胡蝶蘭のように耐陰性のある植物や小さな植物に適しているようです。
そこで、日常生活の身近な場所である机上で栽培するためのLED照明を試作してみました。
木製の台座に支柱を立て、それに電線を沿わせてLED照明を吊り下げる形式にしたものです。
LED照明の高さは、電線を引き上げることで調整できるようにしました。植物の成長にあわせて高さを変えることができます。

写真の植物はサボテンですが、最近栽培し始めたばかりですので、効果があるかどうかは不明です。
見栄えが良かったので事例写真に使いました。


下の写真は、同様な目的で、木製の台座の上にアルミ線を支柱にして、LED照明を設置した事例です。
木製の台座には、同様な形態でLED照明を2個取り付けられるようにしています。

この写真は、アルミ線を支柱にLED照明を取り付け、アルミ線を曲げて位置決めをできるようにした事例です。
観葉植物のパキラを育てているところです。

この写真は、アルミ線を支柱にLED照明を取り付けたものを2個使った事例です。
レモンバームを育てているところです。


このようなLED照明を使って、小ぶりの観葉植物や多肉植物の栽培実験を続けて行きたいと思っています。
LED照明1個〜2個で、どの程度の大きさまで育てられるかが課題です。