· naslag · PAR · PPFD · zonlicht · meten

Planten tellen fotonen, geen watt of lux

Van het zonlicht dat het aardoppervlak bereikt, valt ongeveer 43 procent van de energie tussen 400 en 700 nm, het bereik waarmee planten fotosynthese doen. Maar een plant telt geen joules: hij telt fotonen. Daarom rekenen we bij groeilicht in µmol fotonen per vierkante meter per seconde, niet in watt en zeker niet in lux.

Zonnespectrum aan het aardoppervlak van 280 tot 2500 nm: 4,6 procent van de energie is UV, 43 procent valt in het PAR-gebied van 400 tot 700 nm en 52 procent ligt boven 700 nm (afbeelding op volle grootte, opent in een nieuw tabblad)
Het zonnespectrum aan het aardoppervlak (AM1.5). Data: ASTM G173; aandelen in energie, eigen berekening.

Wat er in zonlicht zit

Het internationale referentiespectrum voor een heldere dag, AM1.5 (ASTM G173 (opent in een nieuw tabblad)), is genormaliseerd op 1000 W/m². Wie die tabel optelt, vindt:

BandGolflengteAandeel van de energie
Ultraviolet280–400 nm4,6 %
Fotosynthetisch (PAR)400–700 nm43,0 %
Verrood en infraroodboven 700 nm52,4 %

Een veelgehoord getal is "8 procent UV". Dat klopt buiten de atmosfeer; aan de grond is het minder, omdat de ozonlaag UV-C volledig en UV-B gedeeltelijk tegenhoudt (NOAA (opent in een nieuw tabblad)).

PAR is ook niet hetzelfde als zichtbaar licht. Zichtbaar licht is een definitie van het menselijk oog (ruwweg 380–780 nm); PAR is een definitie uit de plantenfysiologie: het aantal fotonen tussen 400 en 700 nm (Zhen, van Iersel en Bugbee, 2021 (opent in een nieuw tabblad)).

Waarom fotonen

Een foton van een bepaalde golflengte doet één keer mee in de fotosynthese, ongeacht hoeveel energie het meebrengt. De energie van een foton is omgekeerd evenredig met de golflengte:

E = h × c / λ

Een rood foton van 660 nm draagt daardoor ongeveer een derde minder energie dan een blauw foton van 450 nm. Met dezelfde watt aan licht krijg je in rood dus bijna anderhalf keer zoveel fotonen als in blauw. Daarom geven fabrikanten van tuinbouw-LED's hun rendement op in µmol per joule; bij de horticultuur-LED's van Würth Elektronik (opent in een nieuw tabblad) is dat tot 4,9 µmol/J.

Een gemeten spectrum in W/m² per nm reken je zo om naar fotonen, waarna je optelt over 400–700 nm:

N(λ) = E(λ) × λ / (h × c)

Doe je dat voor het AM1.5-spectrum, dan komt volle zon uit op ongeveer 2000 µmol/m²/s PAR.

PPFD en DLI

  • PPFD is het aantal PAR-fotonen dat per seconde op een vierkante meter valt, in µmol/m²/s.
  • DLI is de som over een hele dag, in mol/m² per dag: PPFD × aantal seconden licht.

Sla groeit onder kunstlicht goed bij een PPFD van 150 tot 300 µmol/m²/s en een DLI van 12 tot 16 mol/m² per dag (bron (opent in een nieuw tabblad)). Volle zon zit daar ruim boven; een vensterbank in de winter vaak ver onder.

Waarom lux misleidt

Lux is lichtsterkte gewogen naar de gevoeligheid van het menselijk oog, met een piek in het groen rond 555 nm. Onder een groeilamp met veel rood en blauw geeft een luxmeter daardoor een veel te lage waarde. De vuistregel "1000 lux is ongeveer 18 µmol/m²/s" geldt alleen voor daglicht (Hirose, 2005 (opent in een nieuw tabblad)). Voor groeilicht heb je een quantumsensor nodig, of een gekalibreerde spectrale sensor. Daarover gaat een volgende blog.

Bronnen