大麻栽培でのLED照明とHPS照明の比較

高圧ナトリウム（HPS）ランプは、ここ数十年、照明界のヘビー級チャンピオンとして君臨しており、他の照明システムはその優位性にわずかな挑戦をしているに過ぎない。ここでは、その違いと、栽培者がそれぞれのタイプに期待することを、じっくりと見ていくことにする。

屋内栽培は、生産者があらゆるものを栽培する方法を変えました。室内温室では、培地、光の有無、水、湿度、温度などを完全にコントロールすることができます。つまり、趣味の園芸家や植物学者が、季節の制約を受けずに一年中栽培できるようになったのです。

室内栽培の最大のポイントのひとつが照明です。室内栽培が普及するにつれて、照明が気になるようになってきました。人工照明で自然光と同じスペクトルを作るにはどうしたらいいのだろうか。照明業界では、さまざまな色やスペクトルを含む、あらゆる照明シーンに対応する技術が開発されています。

ここでは、照明の種類と、室内温室での最適な適用方法について説明します。また、スペクトルの違いによる使用時間の違いや、収穫量への影響の違いについても説明します。

HPSライト、LEDライト、LEPライトとは何ですか？

• HPSライト は、気化したナトリウムやキセノン、水銀などを封入した加圧石英管に高電圧のパルスエネルギーを送ることで発光する。

ガスが熱を持つと、発光する。ナトリウムは黄橙色の強い光を発しますが、これを可視光線の青側を発光するキセノンや水銀が媒介することができます。最終的には白っぽい光になります。

• LED（発光ダイオード）ライト は半導体であり、「p-n接合」を挟んで一方向にはほとんど抵抗なく、もう一方には圧倒的な抵抗で電気エネルギーを通過させることができる。

接合部の片側には余分な電子を処理した材料があり、もう片側には電子が不足するように処理した材料がある。電圧をかけると、余分な電子が接合を横切って移動し、反対側の「電子の穴」を埋める。

この時、光は放出され、その色は使用される材料によって異なる。ガリウム、アルミニウム、亜鉛、ケイ素のリン化物や窒化物がよく使われている。

• LEP（発光プラズマ）ライト しかし、ガスで満たされた石英チャンバーに高電圧放電を通す代わりに、電気エネルギーはマグネトロンに導かれ、高周波のフィールドに変換されます。その後、チャンバー内を通過させる。HPSライトとLEPライトには、同様の混合ガスが使用されている。

照明システムの違いによる効果

照明器具の効率（発光効率）は、出力（ルーメン）を消費電力の総単位（ワット）で割るという基本的な式で表すことができる。高効率照明は、一般的にいくつかの電球が150 lm / Wまたはさらに高い達成と、ワット（lm / W）あたり少なくとも90ルーメンを出力するために受け入れられています。ますます、成長ライトはまた、μmol / s（植物体の1m²に落ちる毎秒光子の数）で測定されたPAR（光合成活性放射）の出力、の観点から評価されています。

園芸用照明では、植物が利用できる光の指標であるMmol/sが全面的に優れているとされるようになっている。Lm/Wは、人間の目に見える光の指標です。したがって、PARの出力測定の計算方法を知っておくことが望まれます。PARの概念についてのガイドはこちらでご覧いただけます。

現在、最も高性能なHPS電球の出力は約150 lm/Wである。例えば、GE Lucalox 600W電球の初期ルーメンは9万ルーメン（「初期ルーメン」とは、最初の100時間の平均出力を指す）、Lumatekのハイパー600W HPSランプは9万2千ルーメンである。以前はあまり見かけなかったが、最近のHPSランプはPAR出力を表示するようになってきている。例えば、Lumatekの600W電球のPAR出力は1,030 µmol/sです。

LEDはライトを育てるために、lm / Wは、一般的にPAR出力よりも意味がないと考えられています。彼らは唯一の光合成のために最も必要なバンドを提供するように、したがって、 “不要な “光エネルギーの支出を避けることができる – これは、赤青システムは、一般的にはるかに低い全体のlm / Wの比率を持っているという事実によるものである。

しかし、最近のLEDライトは複数のバンドを使用し、より複雑で完全なスペクトルの光を作り出しています。これは植物の成長に有益であると考えられており、最近のLEDは白色と可視スペクトルの赤色や紫色を取り入れることが多い。これらの新しいフルスペクトルLEDは、lm/W値を記載する場合としない場合があります。しかし、最も信頼できるベンダーは、lm/WとPAR出力の両方を記載していると一般に考えられています。

例えば、カリフォルニア州に本社を置くKind LEDは、すべての製品について、栽培室内のさまざまな場所でのPAR値を宣伝しています。一つの照明の下でも、照明の真下の空間と照明の届く範囲とでは、PAR値が大きく変わることがあるのです。Kind LED社のLumiGrowライトでは、PARは合計1856μmol/sで測定され、測定された平方メートルの中心で最も高い数値が直接読み取られます。

電極の加熱に無駄な電力がかからないため、理論的には、LEPの発光効率はHPS光源を15-20%上回るはずである。実際には、LEP（「HEP」（高効率プラズマ）、あるいは単に「プラズマ」とも呼ばれる）の光源効率は、80～100 lm/Wの範囲で成長しています。

光のスペクトルと昼光模倣

HPS照明の技術は進歩しているが、一般に、他の近代的な照明システムよりも昼光の再現性が低いとされている。キセノンや水銀を添加しないナトリウム蒸気は、赤みがかった黄色の強い光を放つ。

しかし、現在では新しい「フルスペクトル」電球が存在し、多くの場合、メタルハライドとHPSの両方の部品からなるデュアルアークシステムで構成されています。例えば、Hortilux Super Blue HPS/MHランプは、600WのHPSと400Wのメタルハライドアークからなり、初期ルーメンは11万、HPS単独よりもはるかに正確に昼光を表現することができる。

LEDは、おそらくこの段階でスペクトルの面で最高の候補であり、新しいフルスペクトルモデルは、植物が最も必要とする光の波長の11バンドまで提供しています。例えば、米国製プラチナ P450 274W LED はライトを育てます（600W HPS と同等としてリストされている）紫外線から赤外線に及ぶ 11 バンドを提供します。

LEPはしばしばフルスペクトルであり、あらゆる室内照明の中で最も昼光に近いものとして販売されているが、スペクトルはチャンバー内のガスの組成によって制限されている。初期のLEPテクノロジーは、演色性が非常に低く、スペクトルの赤色領域をほとんどカバーしていなかったという正確な理由で、軌道に乗るまでに数十年を要した。

現在では、使用するガスやコーティング剤（メタルハライド塩など）、チャンバーの圧力などを微調整することで、より正確に太陽光を再現することができるようになった。また、紫外域の光も照射できるというメリットもある。しかし、「フルスペクトル」LEDシステムより本当に優れているかどうかは、まだ判断がつかない。

照明が収量に与える影響

光は植物にとって最も基本的な2つの食料（もう1つは水）のうちの1つであるため、当然ながら最終的な収穫量に大きな影響を与える。一年草の開花種は、温度、日照時間、光のスペクトルなど、非常に厳格なパターンに従っている。

夏から秋へと季節が移り変わると、光のスペクトルが変化し、開花に影響を与える他の要因も変化します。このため、一年生植物の収量を最大にするためには、生育サイクルの異なる段階で異なる光を照射する必要がある。

HPS照明は、植物の成長サイクルのうち開花期に使用するのが最適です。これは、放射される光のスペクトルが花の生産に適しているためです。また、LED照明も多くのルーメンを発生させるため、開花期に最適です。一年生植物の多くは、夏から開花が始まりますが、この時期は日照時間が長くなります。LEP照明技術は、HPSやLEDに比べるとまだ数マイル遅れており、他の照明システムほど大きな収穫は望めません。

一般的に、栽培者は栽培サイクルを少ない灯数で開始します。これにより、苗や若い植物が過剰な光と熱で焼かれることがないようにします。栽培者は、栽培プロセスが進むにつれて、ライトグローブの量を増やすことができます。これにより、植物のサイズが大きくなっても十分な光量を確保することができます。

照明のコスト

照明器具の購入にかかる初期費用はもちろん、栽培者は電気代も考慮しなければなりません。LEDライトかHPSライトかという問題は、どの大陸に住んでいるかということにも影響されることがあります。ヨーロッパでは、電気代がアメリカよりも高いのです。そのため、アメリカでは1000Wの電球で栽培するのに対し、ヨーロッパでは600W、あるいは400Wの電球で栽培する傾向があります。

LEDとHPSライトは、最も多くのルーメンを放射する一方で、ランニングコストが最も高い。このため、多くの栽培者は、植物の生育の初期段階にはLEDやHPSを使用しないでしょう。苗や若い植物は、完全に成熟した植物ほど光を使わないので、生育初期は蛍光灯で十分なのです。照明のコストを下げるもう一つの方法は、前述のように、少ない照明から始めて、植物が成熟するにつれて増やしていくことです。

異なる照明システムを組み合わせることで、栽培室はより複雑になり、エラーの余地も増え、より多くの変動要因に対処することができます。これは、照明を選択する際に考慮すべき重要なことです。手間をかけない」ためには、1つの照明システムを選択すべきです。異なる照明システムとその効果についての知識が増えれば、それらを組み合わせることができるようになります。

Twitterでの投票結果です。LEDとHPSの比較

視聴者がどのように照明を使い分けているかを把握するために、Twitterで投票を行いました。その結果は以下の通りです。

1. LEDライトを使った栽培をしたことがありますか？ 

• yes – 36%
• no – 39%
• no, but I would – 21%
• no, and I wouldn’t – 4%[AK1] 

2. HPSライトを使って栽培したことはありますか？ 

• yes – 73%
• no – 18%
• no, but I would – 5%
• no, and I wouldn’t – 4%

3. LEDとHPSを併用して栽培したことはありますか？

• yes – 11%
• no – 74%
• no, but I would – 11%
• No, and I wouldn’t – 4%

4. LEDの効果に満足されましたか？

• yes, very – 43%
• yes – 21%
• yes, but could have been better – 21%
• no – 15%

5. HPSの結果に満足されましたか？ 

• yes, very – 32%
• yes – 32%
• yes, but could have been better – 21%
• no – 15%

6. もし、あなたが新しい照明システムを購入するとしたら、どのような要素を最も重視しますか？ 

• yield – 40%
• cost – 20%
• electricity usage – 25%
• other – 15%

7. もし、あなたが新しい照明システムを購入するとしたら、どのような要素を最も重視しますか？

• yield – 22%
• cost – 11%
• electricity usage – 50%
• other – 17%

8. もし、LEDがHPSと同じ値段だったら、LEDを選びますか？

• yes – 68%
• no – 23%
• don’t know – 9%