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“스펙트럼” PAR 미터란 무엇인가요? (기존 PAR 미터/센서 대비)

에 의해서 | 2023/07/17 | blogs, 조명 키우기

스펙트럼 PAR 미터가 실내 원예 시장에 진출하여 퀀텀 PAR 미터 및 센서와 공간을 공유하고 있으며, 재배자들은 그 이유를 알고 싶어 합니다.

이 글에서는 이러한 장치를 비교하고 실내 농업을 위한 Spectral 장치의 뚜렷한 장점을 자세히 설명합니다.

앞으로 다룰 주제는 다음과 같습니다:

  • 배경 – 조명을 측정하는 이유는 무엇인가요?
  • 퀀텀 PAR 센서
  • 퀀텀 PAR 미터
  • 스펙트럼 PAR 미터
  • 스펙트럼 PAR 미터의 실제 사용

Photo by Zoe Schaeffer on Unsplash

배경 – 실내 원예에서 조명을 측정하는 이유는 무엇인가요?

실내 농업에서는 식물이 적절한 빛의 질과 양을 공급받을 수 있도록 조도를 측정하는 것이 필수적입니다.

지리적 위치, 계절별 일조량, 온실 조건은 식물이 충분한 빛을 받고 있는지에 대한 불확실성을 의미합니다. 이 문제는 PAR(광합성 활성 방사선)이라는 측정법을 사용하여 광자의 빛의 양을 측정하는 조도계와 센서를 사용하여 해결할 수 있습니다. 이 정보는 인공 조명과 함께 사용되어 부족한 부분을 보완합니다.

 

성장 챔버 대만 하이포인트 코퍼레이션 제공

퀀텀 PAR 센서 – 기본 장치

실내 원예에서 빛을 측정하는 가장 기본적인 장치는 케이블이 달린 엄지손가락 크기의 원통형 장치인 퀀텀 PAR 센서입니다. 재배자는 이러한 센서를 온실 전체에 쉽게 배치하여 빛 데이터를 수집할 수 있으며, 비교적 저렴한 가격(50~100달러)으로 구입할 수 있습니다. 또한 습한 농업 환경에서도 습기를 견딜 수 있도록 견고하게 설계되었습니다.

퀀텀 PAR 센서

엄지손가락 크기의 퀀텀 PAR 센서

그러나 퀀텀 PAR 센서에는 시각적 디스플레이가 없으며 독립적으로 작동하거나 데이터를 수집할 수 없습니다. 대신 분석을 위해 정보를 수신하고 저장하는 중앙 데이터 수집 장치에 연결해야 합니다. 이 연결은 기존 배선 또는 이더넷 LAN을 사용하여 설정할 수 있습니다.

이 센서의 목적은 빛이 부족한 영역을 식별하는 것입니다. 빛이 부족한 부분이 드러나면 재배자는 인공 조명을 활용하여 이러한 부분을 보완함으로써 식물의 품질, 모양, 크기를 일관되게 유지할 수 있습니다.

팜에 배포된 PAR 센서(확장하려면 클릭)

퀀텀 PAR 미터 – 측정, 표시 및 저장

퀀텀 PAR 미터는 광자(PAR)를 계산하고 데이터를 저장하여 흑백 화면에 표시하는 휴대용 장치입니다. PAR 센서가 내장되어 있거나 부착 가능한 센서가 있을 수 있습니다. 이러한 디바이스의 가격은 품질, 사양 및 기능에 따라 150달러에서 500달러 이상까지 다양합니다. 일반적으로 재배자는 실내 시설의 조명을 현장 점검할 때 이러한 장치를 사용합니다.

계량기 본체는 방수가 되지 않지만, 부착 가능한 방수 PAR 센서가 장착된 계량기는 습기나 물방울이 있을 수 있는 수직 선반 아래나 캐노피 아래에 효과적으로 도달할 수 있습니다.

부착 가능한 PAR 센서가 있는 퀀텀 PAR 미터

스펙트럼 PAR 미터 – 색상 보기

스펙트럼 PAR 미터는 퀀텀 PAR 미터/센서의 거의 모든 기능을 수행할 수 있습니다. 핵심적인 차이점은 스펙트럼 디바이스가 스펙트럼을 생성할 수 있다는 사실에 있습니다(그림 2 참조).

간단히 말해, ‘스펙트럼’ 미터는 흰색 빛을 받아 그 안의 모든 색을 구분할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 이러한 기능은 정밀 회절 광학 장치를 사용하여 달성할 수 있으며, 이러한 계측기의 상대적으로 높은 가격(종종 수천 달러 초반)에 기여합니다.

농업 연구자들과 최고급 재배자들은 스펙트럼 장치를 필수품으로 여깁니다. 광자 수를 측정할 뿐만 아니라 빛의 색에 대한 정보를 활용하여 식물 성장의 다양한 측면에 도움을 줍니다.

PG200N Spectral PAR Meter

스펙트럼 PAR 미터(그림 1)

스펙트럼(그림 2)

CIE 1976(그림 3)

광합성에서 색의 중요성

광합성 과정은 빛의 다양한 색에서 나오는 광자에 의존합니다. 광합성을 위한 파장(색상) 차트(그림 4)는 식물이 파란색과 빨간색에 더 민감하게 반응한다는 것을 보여줍니다. 사용하는 광원이 이러한 색상의 강도를 충분히 방출하지 않으면 식물에 미치는 영향이 줄어듭니다. 그러나 퀀텀 PAR 미터는 색상을 인식하지 않고 광자만 계산하기 때문에 색상 정렬을 평가할 수 없습니다.

(그림 4) 광합성 및 파장 감도 차트

(그림 5) 스펙트럼을 통한 광합성 정렬. (확장하려면 클릭)

식물마다 다른 색에 반응합니다.

그림 4의 차트는 빛의 색상과 광합성 간의 상호 작용에 대한 기본적인 표현입니다. 그러나 광합성 메커니즘은 수천, 수백만 년에 걸쳐 발전해 왔으며 식물은 다양한 빛의 색에 적응하기 위해 여러 가지 방식으로 진화해 왔습니다.

  • 감광성 세포에는 여러 가지 유형이 있으며 모두 다른 빛의 색에 다르게 반응합니다.
  • 다른 식물의 캐노피 아래 있는 식물은 잎을 투과하는 잔류 녹색 및 적색광(원적색)을 활용하도록 적응했습니다.
  • 청색광은 줄기 신장을 유발하는 것으로 알려져 있습니다.
  • 적색광은 과일의 풍미, 종자 발아에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.
  • 식물은 다양한 색조의 빨간색에 반응하여 계절에 따라 꽃이 피고 열매가 맺히도록 합니다.

재배자와 연구자들이 진화의 비밀을 밝히고 이점을 얻기 위해 스펙트럼 장치를 사용하는 이유 중 일부에 불과합니다.

대만 하이포인트 코퍼레이션 이미지 제공

스펙트럼 PAR 미터의 실제 사용.

빛과 식물의 상호작용을 연구하는 연구원들은 실내 원예의 새로운 전략을 발견하기 위해 스펙트럼 PAR 미터를 사용하고 있습니다.

다이내믹 LED 조명 – 색상 조정의 장점

과거에는 실내 원예용 조명이 사전 설정된 색상 프로파일(예: 5000K)로 제한되었습니다. 그러나 빨강, 녹색, 파랑 전구 배열과 회로 기판이 장착된 최신 LED 조명은 다양한 색상 프로필을 프로그래밍할 수 있습니다.

다이내믹 LED 조명으로 알려진 이 발전된 기술을 통해 다양한 온실 영역에서 빛의 색상을 전략적으로 제어하여 줄기 신장, 측면 성장 및 기타 식물 형태를 포함한 식물 성장을 조작할 수 있습니다(아래 PSS 참조). 스펙트럼 미터는 이러한 조명이 제공하는 품질과 양을 검증하는 데 필수적인 도구입니다.

 

Photo by Anthony Roberts on Unsplash

Photomorphogenesis – Image courtesy of Al Gracian, www.albopepper.com

PSS – 색상으로 계절을 제어하기

일반적으로 농부들은 계절에 따른 일조량과 기후의 영향을 많이 받습니다. 따라서 밸런타인데이에 맞춰 빨간 장미를 피우는 것은 어렵고 걱정스러운 일이 될 수 있습니다.

온실 환경에서는 온도와 기후를 쉽게 제어할 수 있지만, 빛의 색은 씨앗에서 식물로, 꽃으로 계절에 따른 변화(광형성)에도 중요한 역할을 합니다.

계절이 바뀌면서 태양이 방출하는 적색과 원적색은 계절에 따라 다른 비율로 방출되어 이러한 변화를 유발합니다. 이제 재배자들은 이 지식을 활용하여 적색과 원적색을 시기적절하게 조작하여 계절 변화를 시뮬레이션하고 있습니다.

이를 관리하기 위해 PSS(피토크롬 광정지 상태) 메트릭이 포함된 스펙트럼 PAR 미터가 사용됩니다.

여기에서 PSS에 대해 알아보세요.

 

적색에서 원적색 및 광모포제네시스

전체 스펙트럼과 청적색 스펙트럼 비교 – 에너지 절약

풀 스펙트럼과 청적색 스펙트럼의 성장 조명에 대한 논쟁은 여전히 진행 중입니다. 그러나 청적색 스펙트럼 재배 조명은 에너지 비용을 약 10% 절감할 수 있으며, 이는 대규모 운영에 상당한 가치가 있다고 추정됩니다.

재배자는 스펙트럼 미터를 사용하여 좁은 스펙트럼의 재배 조명이 최대 광합성 감도와 완벽하게 일치하도록 하여 사용된 전력량에 대한 수확량을 최적화합니다.

블루 레드 조명

풀 스펙트럼 조명

LED 색상은 영원히 지속되지 않습니다 – 색상 변화

어떤 사람들은 LED 불빛이 계속 켜져 있으면 제 역할을 하고 있다고 생각합니다. 그러나 LED 조명은 전기와 열이 LED 소재의 무결성에 미치는 영향으로 시간이 지남에 따라 색 품질이 저하됩니다. LED에서 방출되는 광자는 점차 에너지를 잃고 더 긴 파장으로 이동하여 색이 변합니다.

이 전환 시기는 사용률과 LED의 품질에 따라 크게 달라집니다. 표준 이하의 재료를 사용하고 열 방출이 좋지 않은 조명은 더 빠른 속도로 성능이 저하되는 경향이 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 변화가 언제 시작될지 정확히 판단하기는 어렵습니다. 따라서 스펙트럼 장치를 사용하여 LED의 색상 변화를 모니터링합니다.

 

Photo by Vlad Chețan: https://www.pexels.com/photo/rainbow-across-the-road-during-daytije-2279334/

조명 구매 – 모든 LED가 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다.

현재 보유하고 있는 4000K LED 조명과 내일 구매할 4000K LED 조명이 반드시 같을 수는 없습니다. LED의 제조 공정은 복잡하고 기업들은 색상의 일관성을 위해 노력하지만, 정확한 색상이 아닌 범위를 나타내는 상관 색온도(Correlated Color Temperature)만 보장할 수 있습니다. 제조업체에서 LED 조명 10개를 구입한 후 6개월 후에 같은 조명을 10개 더 구입하더라도 색상에 약간의 차이가 있을 수 있습니다.

구매하기 전에 조명을 검사하여 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있는 스펙트럼 디바이스의 중요성이 강조됩니다.

Photo by Evan Smogor on Unsplash

퀀텀 PAR 미터와 센서는 색상을 볼 수 없습니다. 스펙트럼 PAR 미터 캔!

연구자들은 인공 조명으로 식물을 재배하는 데는 단순히 광자 수를 세는 것뿐만 아니라 모든 색상을 포괄하는 것이 필요하다는 사실을 깨달았습니다. 이러한 이해는 이제 실내 원예 산업에 스며들어 재배자들이 조명에 대한 전문 지식을 습득할 수 있도록 돕고 있습니다. 이들은 스펙트럼 PAR 미터를 활용하여 다양한 조명 색상의 이점을 활용하고, 식물 수확량을 높이고, 자원을 절약하고, 조명 구매 시 정보에 입각한 선택을 합니다.

양자 PAR 미터/센서는 광자만 계산하고 색상을 인식할 수 없는 반면, 스펙트럼 PAR 미터는 두 가지 기능을 모두 수행합니다.

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PG200N Spectral PAR Meter
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분광계, 분광광도계, 분광방사계란 무엇인가요?

스펙트럼 디바이스 영역에서는 분광기, 분광광도계, 분광방사계 등 세 가지 디바이스가 두드러집니다. 하지만 이 용어들이 너무 혼용되어 사용되어 왔기 때문에 짧은 글에서 그 차이점을 명확히 설명해야 할 필요성을 느꼈습니다.

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