Design and Optimization of a Light Simulator for Plant Growth
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2021-10-18
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
56 + 13
Series
Abstract
Plants are being grown both indoors and outdoors. However, recently indoor farming has become increasingly popular and productive. Most of the indoor vegetation grown is for consumption while others are for decorative purposes. This kind of indoor farming supplements the additional need for food, produce healthier plants and use minimum resources. In any case, they use artificial lighting systems to provide constant energy for photosynthesis. Light simulator for plant growth is a lighting system that is intended to investigate the influence of light on plant growth and development. The objective of this thesis is to formulate guidelines for developing a light simulator for plant growth. It models the wavelength requirements for lighting used to grow plants, defines suitable light intensities, uniformity of light intensity throughout the plant growing area, identifies suitable patterns and number of LEDs of different wavelengths for a specific plant growth area. Laboratory experiment on existing plant lighting provided a basis for further investigation. Experiments and simulation models were done to determine ap-propriate light intensity, necessary wavelengths for plant growth. In addition, study was also done to optimize the number of LED requirement and their arrangements in the panel for optimum plant growth and development. The results from laboratory experiments and simulation modeling verified that light intensity of approximately 200 μmol m-2 s-1 is required for plant growth. In addition, peak wavelength of 450 nm and 660 nm are most feasible for plants. Also, shorter the distance between LED panel and plant canopy, higher is the light intensity keeping in mind uniformity factor.Kasveja kasvatetaan sekä sisällä että ulkona. Sisäviljelystä on kuitenkin viime aikoina tullut yhä suositumpaa ja tuottavampaa. Suurin osa sisäkasvillisuudesta on kulutusta, kun taas toiset koristeellisia tarkoituksia. Tällainen sisäviljely täydentää lisäravintotarvetta, tuottaa terveempiä kasveja ja käyttää vähimmäisresursseja. Joka tapauksessa he käyttävät keinotekoisia valaistusjärjestelmiä tuottamaan jatkuvaa energiaa fotosynteesiin. Valosimulaattori kasvien kasvulle on valaistusjärjestelmä, jonka tarkoituksena on tutkia valon vaikutusta kasvien kasvuun ja kehitykseen. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on muotoilla ohjeet kevyen simulaattorin kehittämiseksi kasvien kasvua varten. Siinä mallinnetaan kasvien kasvattamiseen käytettävän valaistuksen aallonpituusvaatimukset, määritetään sopivat valon voimakkuudet, valon voimakkuuden tasaisuus koko kasvinviljelyalueella, tunnistetaan sopivat kuviot ja eri aallonpituuksilla olevien LEDien määrä tietylle kasvien kasvualueelle. Laboratoriokokeilu olemassa olevalle laitoksen valaistukselle tarjosi perustan lisätutkimuksille. Kokeita ja simulaatiomalleja tehtiin sopivan valovoiman, kasvien kasvulle tarvittavien aallonpituuksien määrittämiseksi. Lisäksi tehtiin tutkimus optimoidakseen LED-valojen määrän ja niiden valikoiman paneelissa kasvien optimaalisen kasvun ja kehityksen varmistamiseksi. Laboratoriokokeiden ja simulaatiomallinnuksen tulokset vahvistivat, että kasvien kasvu vaatii noin 200 μmol m-2 s-1 valovoimaa. Lisäksi huippuaallonpituudet 450 nm ja 660 nm ovat kaikkein toteutettavissa kasveille. Lisäksi mitä lyhyempi LED -paneelin ja kasvien välinen etäisyys on, sitä suurempi on valon voimakkuus, kun otetaan huomioon tasaisuuskerroin.Description
Supervisor
Pinho, PauloThesis advisor
Bhusal, PramodKeywords
light simulator for plant growth, light intensity, LED, uniformity