Hoe kan belichting in de glastuinbouw op een slimme manier worden aangestuurd?

Doordat er in de winter weinig zonlicht beschikbaar is voor de plant, is assimilatiebelichting een noodzaak als men het hele jaar door wil kunnen telen. Deze belichting verbruikt energie en heeft dus een weerslag op de elektriciteitsfactuur. In een voorgaand artikel ‘Kan slimme sturing van belichting bij sla de teelt optimaliseren?’ werden verschillende methodes van belichting bij hydrosla met elkaar vergeleken. In dit artikel worden de daar beschreven methoden verder toegelicht, via een voorbeeld in de tomatenteelt.

Om aan fotosynthese te kunnen doen, hebben planten nood aan een hoeveelheid fotonen (PAR-licht). Daarom wordt de hoeveelheid licht dat de plant ontvangt uitgedrukt in mol in plaats van in Joule. Wanneer men spreekt over de hoeveelheid fotonen een plant ontvangen heeft op een dag, dan praat men over de DLI (Dagelijkse Licht Integraal). Dit wordt uitgedrukt in mol/m²/dag. Een gewas heeft een bepaalde DLI nodig om optimaal te kunnen groeien. Aangezien er in de winter vaak onvoldoende zonlicht aanwezig is, kan de DLI worden aangevuld met assimilatiebelichting. De resultaten uit dit artikel zijn afkomstig van simulaties van een tomatenteelt waarbij dagelijks maximaal 18u wordt belicht met een HPS-belichting met een geïnstalleerd vermogen van 225 µmol/m²s, en dit in een serre met een transmissie van 75%.

Assimilatiebelichting sturen volgens een vast uurschema

Klassiek wordt een vooraf bepaald uurschema gebruikt om de belichting aan te sturen. Dit uurschema is afhankelijk van de geïnstalleerde belichting en de teelt die men wenst. In de tomatenteelt wordt het aantal belichtingsuren geleidelijk opgebouwd in het najaar, zodat de belichting maximaal benut wordt in de winter. In het voorjaar wordt deze dan terug afgebouwd.

In onderstaande figuur (een voorbeeld waarin 2160 uur wordt belicht) blijkt dat een belichtingsschema op basis van vaste, te belichte uren niet optimaal is. Tijdens een zonnige winterdag wordt er toch nog extra bijbelicht zodat de planten op die dagen (misschien wel te) veel licht ontvangen. Tijdens donkere dagen in het begin van het najaar, wordt de belichting niet maximaal ingezet, terwijl de plant best nog extra licht kan gebruiken. Om dit op te vangen werd het DLI-concept uitgewerkt.

Figuur: De ontvangen lichthoeveelheid van de zon en de assimilatiebelichting.

• De bovenste grafiek geeft de assimilatiebelichting op basis van het klassieke schema weer.
• De middenste grafiek geeft de assimilatiebelichting op basis van het DLI-concept weer.
• De onderste grafiek geeft de assimilatiebelichting op basis van lichtintegratie weer.
  

Belichten volgens het DLI-concept om de plant elke dag dezelfde hoeveelheid licht aan te bieden

In het DLI-concept wordt er een gewenste DLI vooropgesteld, welke men door een sturing van de belichting zo kort mogelijk probeert te benaderen. Deze gewenste DLI is onder andere afhankelijk van het geteelde ras, de fase waarin de teelt zich bevindt en de kwaliteit die men wil oogsten. Ook kan het wenselijk zijn om deze gewenste DLI aan te passen doorheen het groeiseizoen. Bijvoorbeeld tijdens de groei van de plant of wanneer de tuinder een extra stengel wil aanhouden.

Naast deze gewasspecifieke factoren, zijn er natuurlijk ook technische beperkingen. De lichttransmissie van de serre bepaalt hoeveel zonlicht er in de serre invalt, terwijl met een bepaalde lichtinstallatie maar een beperkte DLI voorzien kan worden. In bovenstaande figuur is een theoretische, gewenste DLI aangegeven (zwarte lijn). Door de belichting te sturen naar een bepaald belichtingsniveau wordt er getracht om het gewas in een vast ritme te krijgen, waarbij het dagelijks ongeveer dezelfde hoeveelheid licht ontvangt. Op die manier kan het gewas beter in balans blijven en zal het waarschijnlijk efficiënter kunnen omspringen met de ontvangen hoeveelheid fotonen.

Er kan ook energie bespaard worden op zonnige dagen. Men kan echter zien dat op het einde van het belichtingsseizoen grote pieken van zonlicht beschikbaar zijn die snel opgevolgd worden door dagen met een vrij kleine DLI. Terwijl op de ene dag de hoeveelheid zonlicht die op het gewas invalt heel groot is, moet men de dag erna extra bijbelichten om een voldoende DLI te bereiken. Hierom werd het DLI-concept uitgebreid en werd het concept van lichtintegratie uitgewerkt.

Wat met het licht uit de voorbije dagen en de nabije toekomst?

Het concept van lichtintegratie is een uitbreiding van het DLI-concept waarbij lichtoverschotten of –tekorten in rekening gebracht worden. Als het vandaag namelijk een héél zonnige dag is en onze gewenste DLI wordt overschreden met enkel het zonlicht, dan kan het ‘overschot’ aan licht van vandaag worden meegenomen naar morgen. Zo moet men morgen de belichting misschien minder inschakelen en op die manier energie besparen. Dit kan dan zowel met de gemeten lichtniveaus uit het nabije verleden als met de voorspelde lichtniveaus uit de toekomst.

Door de buffereigenschappen van de plant is deze namelijk in staat om assimilaten te collecteren en deze gedurende korte tijd bij te houden voor periodes van lichtschaarste. Een voorwaarde voor een verantwoord gebruik van dit concept is wel dat de voorspellingen voor de toekomst accuraat zijn.

De resultaten zijn veelbelovend

Uit bovenstaande is dus duidelijk dat de belichting in de serre op verschillende manieren aangestuurd kan worden. Deze aansturing heeft een belangrijke invloed op zowel de hoeveelheid ontvangen licht als het energieverbruik. In dit voorbeeld kan er, in vergelijking met het klassieke belichtingsschema, met het DLI-concept een energiebesparing van 5,5% en met lichtintegratie een energiebesparing van 9% behaald worden. De elektriciteitskosten zullen gelijktijdig met 7% voor het DLI-concept en met 9% voor de lichtintegratie dalen. Daartegenover staat dat er bij het DLI-concept 2% minder licht wordt voorzien en bij lichtintegratie 4% minder.

Deze resultaten zijn veelbelovend, wat dan ook de reden is waarom deze concepten in de volgende maanden nog verder onderzocht zullen worden met zowel praktische proeven bij PCG als het uitvoeren van simulaties bij Thomas More. Daarnaast zal Thomas More studie-avonden met telers organiseren om de hier beschreven concepten uit de doeken te doen en deze situatie-specifiek te evalueren.

Meer informatie
Jeroen van Roy, Herman Marien
Kenniscentrum Energie, Thomas More, Geel
jeroen.vanroy@thomasmore.be

Onderzoek uitgevoerd in het kader van het LA-traject ‘LightMan, Management van licht in bedekte teelten’ (140979).