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ライティングテクノロジー特集!
2018年07月30日

植物用のHPSやMHが市場に登場してから30年以上が経ちました。
日本でも十数年前から入手可能となり、長い間多くのユーザーに使用されてきました。
近年、LEDの登場からライティング業界も変わり、HPSはダブルエンドシステム、メタハラはセラミックメタルハライドなどLEDに負けじと新しい物も開発されています。
また2017年後半から、ランプの種類が増え、ケルビン(色温)とスペクトルが成長に合わせて選択できるようになってきています。
今回は「ライティングテクノロジー」特集として、光の基礎知識や仕組み、最新のランプや器具などについて各メーカの資料などを踏まえ、詳しく紹介していきたいと思います。

はじめに...

・人工の光は大きく分けて3つの方法で使用されています。

1.植物が生長する為に必要な全ての光が必要。
2.冬などに日中の太陽光不足を補う為。
3.植物の開花を引き起こす為に日照時間をコントロールする


フォルテルクスのプラント、植物専用のランプが使われています。

この様に色々な形で用途や目的に合った栽培方法が選択できる時代になりました。

 

・ランプの性能を表す様々な単位
ランプにはそれぞれ強さや色を表す単位が存在します。
これらの意味が解らないとパッケージに表記されていても意味不明ですよね。
ここでは基本的なよく出てくる単位について説明します。

・ナノメートル(nm)
10億分の1メートル

・ルーメン(lm)
よく出てきます。ルーメンとは人間の為だけに用いられる単位です。植物とは何の関係もありません。
一昔前はルーメンで表記されたものが多かったのですが現在ではPAR値umolなど違う値が使われるようになってきました。

・ケルビン(K)
ランプが点灯している時にどのような色に見えるかを数値に表したものです。
ケルビンは人の目にどう映るかを数値化したもので、光のスペクトルとも植物の成長とも無関係です。

フォルテルクスが公表しているケルビンの比較表、数値が小さいほど赤く、大きいほど青くなります。
一般的に使われている開花用HPSは2000ケルビン付近、成長用MHは7200ケルビンから5000ケルビンぐらいです。
特殊なもので10000ケルビンなどの紫外線を多く放出するフィニッシャーランプもあります。

ケルビンは色の外観を記述するためだけに使用されている単位です。
フォルテルクスはケルビンだけでランプの性能判断するのは危険だと注意を促しています。
下の図を見て下さい。

同じ4000ケルビンのランプでもこの2つの球はまったく異なるスペクトル分布図を表しています。
ケルビン数が表記されていても、ランプが放出する光の質を表すスペクトル分布図が無い場合、注意が必要です。
ランプを購入する際は、必ずスペクトル分布図を確認することをお勧めします。

・PAR(光合成活性放射線)
植物は主に400-700nmのエネルギーを利用しています。
光合成活性放射(PAR)はMcree曲線から得られた、400nmから700nmの光エネルギー(光子中)の総数です。
下の図はフォルテルクスが公表しているPAR領域の表です。
「PAR」は、植物が光合成にどのくらいの光エネルギーを利用できるかを図る現実的な数値と言えるでしょう。


国際照明委員会(CIE)では、植物の光合成活性放射線(PAR)は、400〜700nmの波長帯における全光子曝露として報告するべきと発表しています。
たしかにスペクトルのPAR領域の光子のみが光合成を生成するために活性であり、PAR光子に限定してカウントすることは理にかなっていると言えます
この様なことからも、PAR測定は、急速に光源の増大するパワーの一般的な指標になることは間違いないでしょう。

しかし、PAR測定も万能な測定方法ではなく、根本的な欠陥が2つあります。
・380nmから400nmと700nmから880nmの間の波長は、PAR測定から除外される。
・全ての光子は波長に関係なく均等に重ねてしまう。

PAR値では、どの光子がどれぐらい存在するか具体的なことはわかりません。
ランプの性能を知る上では、PAR値だけではなく、スペクトル分布図と照らし合わせることも必要です。

・カラーレンダリングインデックス(CRI)
光源が特定の色をどのように見せているか?の精度を測定する単位です。
光源がこれらの14色を完全に表示する場合、対応するCRIは100になります。
光源がどの色も正しく表示しなかった場合、そのCRIは0になります。
CRI指数は企業が製品を販売する為に作成されたものです。
当てる光によって、製品の色が変わることなどを防ぐ為に利用されています。
CRI値は、ランプスペクトルや植物を育てる能力とはほとんど関係ありません。

・植物と光

植物は光を使い、光合成過程を通じてエネルギーに変換しています。
光のスペクトル(波長)と照射時間、光量の強さなどは、全ての光合成を支える大事な要素です。
光量不足の場合、全体的に小さく、より細くて長い葉を生成し、収量も低くなります。
逆に過剰なほどの光量を受ける植物は過剰なストレスから、乾燥し、成長点が増え、葉緑素の破壊により白っぽく漂白されたようになります。

・太陽光
太陽光線には色々な波長があり、放射線、紫外線、赤外線、マイクロ波など波長によって性質が違ってきます。
下記の分布図はサンマスターが公表してる太陽光のスペクトル(波長)分布図です。
この表から見ての通り、太陽光はランプと比べ、より幅広く波長が出ていることがわかります。

植物は非常にバランスの取れたスペクトルを持つ自然の日差しの下で数百万年かけて進化してきました。
長い間かけ進化した結果、太陽光を効率より、その環境下で効率よく吸収できるような構造になっています。
近年の研究結果で、植物にある様々な色素が重なり合い、色々な波長の光を吸収できることがわかってきました
今までの波長の偏ったランプではカバーできない部分の波長も今後求められていくことでしょう。

・光のキーポイント
1.強さ
光は強ければ強いほど植物は成長する傾向にあります。
人工灯ではワット数を増やすことで植物に照射する光量を増やすことが出来ます。
光量が上がると、熱量はもとより、必要となる二酸化炭素、湿度などの空調関係も栄養源も環境に合わせた調整が必要となってきます。
光の強さは単純に収量に影響し、理論上多ければ多いほど収穫量が増えます。

2.スペクトル
光が強くなるにつれて、光の質がより重要となります。
自然の日差しは強く、幅広いバランスの取れたスペクトルを持っています。
屋内でも植物は同じような光を必要とします。
スペクトルの品質は主に植物の構造、味や匂いの品質に影響します。

3.フォーカス(照射範囲)
リフレクターは限られた光源を必要な場所へと導く、屋内では重要なツールです。
通常の生活照明でもリフレクターが無い照明がなくなってきたように、照射効率を考えると欠かせないものとなっています。
必要な場所に均一な光量を届けることが出来ます。
主に絶対的な収穫量の増減や取れた収穫物のばらつきなどの全体的な品質に関わってきます。

4.時間
光周期は植物が光に晒される期間によって生殖/開花プロセスに影響をもたらします。
光周期とは光周性とも呼ばれ、昼の長さと夜の長さの変化に応じて植物が表す現象です。
北半球では昼の長さが夏至で最長となり、冬至では最短となります。
通常自然界では植物はこの様な日長変化を感じることで季節に応じた開花などの反応を行います。

・光と周波数
光はエネルギーであり、空間を介してエネルギーを伝達する、ごく自然な方法です。
光子とはフォトンとも呼ばれ、光の粒子のことです。
光エネルギーは光に含まれる光子の数と波長(周波数)によって決まります。
下の図はサンマスターが公表している解りやすく解説した図です。

光によって周波数が違うんですね。
青ほど短く、赤ほど長いのが分かります。
光子は放射周波数や波長間の距離に比例してエネルギーを運んでいます。
青色波長の光子は赤色波長の光子とは異なるエネルギーレベルです。

・光の質と種類
光はその波長の長さにより性質、色が異なります。
下記はフォルテルクスが公表している分布図です
表で見ると人間が目で色を確認できる可視光線と呼ばれるのは400nm-780nmぐらいの地帯です。
下の図でいうと虹色のところですね。
その外側はUV(紫外線)とIR(赤外線)で不可視光線と呼ばれ、人の目には見えませんが植物にも人間にも有効な部分もあります。


一概には言えませんが、植物は可視光線より少し広い領域を使って光合成を行っています。
基本的にどのような光を使えるかは、植物自体が持っている光合成色素の性質により異なります。

・UV(紫外線)
紫外線は人間の目には見えませんが、生物にとって非常に重要な役割を果たしています。
私たちの体は紫外線を使ってビタミンDを作ります。なければ作ることが出来ません。
しかし、あまりにも多くの紫外線を浴びると、痛みを伴う火傷や癌を引き起こす可能性もあります。
紫外線は危険ですが、非常に価値があり、さまざまな方法で生活に利用されています。

紫外線は人間だけではなく、植物にとっても重要な要素の一つです。
下記の表はフォルテルクスが公表している紫外線のスペクトルです。
この表で見るとUV光は3つに分かれ、それぞれの電磁スペクトル内のセレクションで構成されているのがわかります。
UVA = 400nm-315nm
UVB = 315nm-280nm
UVC = 280nm-100nm

自然の日光の日差しがこれら3つのUVセクションを作り出しています。
しかし、地球の大気は有害な光を地表に降り注ぐのを防ぐ為、UVCは自然界には存在しません。
またルーメン、PAR、ケルビンなどの従来の照明測定方法ではUVは測定していませんので注意してください。
測定は専用のUVメーター又はスペクトル分布図のみ光源のUV出力を測定できます。

紫外線は植物の防御機構を活性化させ、油分の増加、抗酸化ビタミン、フラボノイドを生産させ紫外線から植物を保護します。

・IR(赤外線)
可視光線の赤色より波長が長く、電波より短い760nm-830nm付近の電磁波のことです。
こちらも紫外線と同じく目で見ることは出来ません。
IRと呼ばれ英語ではinfraredの略で「赤より低い、赤より下」という意味です。
赤外線は波長により近赤外線、中赤外線、遠赤外線に分類されています。
遠赤外線は調理器具や暖房器具などにも利用され、熱を伝える効果を多くの人が利用しています。

帯域名略式名波長光エネルギー
近赤外線NIR0.7-2.5µm0.9-1.7eV
中赤外線MWIR2.5-4µm150-400meV
遠赤外線FIR4-1000µm1.2-80meV

赤外線(IR)による熱放射も紫外線(UV)も過度な照射はプラントを痛める原因となります。
しかし許容可能な範囲では、植物の成長速度が放射照射レベルに比例してよく反応します。

植物の成長をもたらす光合成に加え、発芽、開花などいくつかの植物作用が光によって引き起こされることもあります。
これらの作用は光の見える見えない、強さに関わらず、ある一定のレベルを超える特定の種類の光に反応しています。
光形態形成は、フィトクロム、クリプトクロームなどとして知られる受容体によって制御され、赤外線、青色またはUV光に応答して異なる植物機能が誘発されます。

・スペクトルと光合成

植物が成長するのに必要な光はクロロフィル(葉緑素)などの光合成色素によって吸収され副産物として酸素が生成されます。
植物は、人間の目に見える波長よりもわずかに広い400nm(青色)-700nm(赤色)までのスペクトルを使って成長しています。
そしてその間の緑色の光の領域500-600nmでは光の吸収効率が悪いので光が反射されたりして、多くの植物の葉は私たちの目には緑に見えているのです。
ただし、緑色の光でも吸収さえすれば光合成に使われています。
クロロフィルの緑色の光の吸収は他の可視光線と比べて悪いのですが、葉全体で考えた場合、緑の光からでも80-90%は吸収出来きます。
これは吸収効率が良くない光でも、葉の内部で光を何度も往復させて、効率の悪い光でも利用できる仕組みを植物が持っているからだそうです。
近年の研究で効率が良い光の波長と悪い波長でも10-20%のロス程度ということが分かってきました。
また、可視光線をわずかに超えるUV(紫外線)IR(赤外線)のエネルギースペクトルも植物の健康維持には欠かせない要素となっています。

下の図はサンマスターが公表しているスペクトルによる光合成の効率を表にしたものです。

・クロロフィルA/B
光の異なるスペクトルは植物の成長サイクルによって段階的に異なります。
光合成の為にクロロフィルAとBは、主にスペクトルの青色から赤色からを使っています。
クロロフィルの合成は、青色スペクトルでは435nmおよび445nmで、赤色波長では640nmおよび675nmでピークに達します。
クロロフィルAによる光吸収は、青色帯域で430nm-赤色で662nmがピークを示し、クロロフィルBは、青色で453nmおよび橙赤色帯域で642nmでピークを示しています。

・カテロイド
光合成の明反応で光エネルギーを吸収するクロロフィルですが、クロロフィルだけが光合成を行っているわけではありません。
他にカテロイドという補助集光作用、光保護作用のある物質が含まれています

カロテノイドは、主に青色スペクトルでは約450nm、青緑色領域では475nmで、スペクトルの青色部分で光を捕捉するオレンジ色の色素の群です。
光合成に貢献するばかりでなく、破壊的な影響を及ぼしうる過剰な光からクロロフィルを保護する役割も担っています。

・キトサンフィル
また、植物の健康に役割を果たすと思われる別の色素はキサントフィルがあります。
キサントフィルはカテロイド由来の黄色の色素であり、400〜530nmの範囲の光を捕捉するが、通常はクロロフィルの緑色によって隠されていて見ることが出来ません。
しかし、葉が窒素欠乏のために;、葉緑素を失った場合など、キサントフィルの明るい黄色が明らかになります。
キサントフィルには光や熱調節器としていくつかの機能があることが分かってきています。

・赤外線(IR)
赤外線(IR)は、一般的に熱と呼ばれ、可視スペクトルのすぐ外側にある700nm〜780nmの電磁スペクトルに存在します。
植物に影響を及ぼす他の変数と同様に、IRは植物に対する影響は繊細なバランスです。
特に遠赤外線と呼ばれる730nm付近を中心とする690nm-770nmは遠赤外線を吸収する光受容体が存在する為、植物の成長に深く関わってくるとされています。
多くの植物は常に遠赤色光がカットされた環境下で発芽時に徒長しやすい傾向にあります。
赤外線は、植物の茎が成長する速度と同様に、花付きにも大きく関わってきます。 正しい赤外線バランスは屋内ガーデニングに重要なポイントです。

・紫外線(UV)
紫外(UV)放射線は、生物学的光化学反応において非常に重要であることが古くから知られています。
アントシアニンおよび他のフラビノイド色素は、青色光および紫外光を吸収して、クロロフィルを光破壊から保護する役割を果たしています。
UVを吸収する青色受容体の1種が茎の徒長を抑えることが分かってきています。
またその青色光受容体の1種がUV-Aの光を吸収し花の形成やアントシアニンの京成を促進することもあります。
UV-Aまたは近UVは315nm〜400nmのエネルギーで構成され、様々な植物機能をサポートし、様々なうどんこ病などの防除に役立つことが分かっています。
UVでもUV-BやUV-Cのより低い波長は、植物、DNA、タンパク質、脂質および膜に有害と言われています。
しかし、研究もそれほど進んでおらず、今後の研究の結果では必ずしも有害ということにはならないかもしれません。

 

・植物と照明

照明には様々な種類があり、私たちの日々の生活には欠かせないツールです。
近年では省電力で長寿命なLED普及に伴い、ライティング業界も急速に変化しています。
ここでは目覚しい進化を遂げている、植物専用の照明について詳しく説明したいと思います。

まず、照明の種類ですが、白熱電球、蛍光灯、HID(高輝度放電ランプ)、LED、ハロゲンランプなどがあります。
それぞれの製品に、一長一短あり、目的や用途により選択されています。
今回は当店で取り扱っている植物専用の照明、蛍光灯、LED、HIDのメタルハライド(MH)とハイプレッシャーソディウム(HPS)について解説します。

・照明の強さを表すワットとランプ効率
ワットは、毎秒ランプによって放出されるエネルギーの客観的尺度です。
エネルギー量自体はジュール単位で計測され、1ジュール/秒はワットと呼ばれています。

100ワットの白熱電球は毎秒100ジュールの電気エネルギーを消費しています。
さて、100ワットの白熱電球がどれくらい光エネルギーを発生させているのだと思いますか?
換算すると1秒につき6ジュール(6ワット)となり、なんと効率は6%に過ぎません、残りのエネルギーは主に熱として放散されてしまいます。
つまり100ワット白熱電球では、電気量に対して6%ぐらいしか光に変換出来ていないということ結果になります。

入力する電気エネルギーを100%した場合、白熱電球では5%から良くても10%程度蛍光灯は20%前後です。
MHやHPSなどのHID(高輝度放電ランプ)と呼ばれる現代のランプでは30-40%を光エネルギーに変換し、白熱球と比べはるかに効率よく照射することが出来ます。
LEDは製品によりかなりのバラつきがあるため、30%-50%と幅広い数値となっています。
LEDが同じワット数でも明るかったり暗かったりするのは、その為なんですね。
400ワットの白熱電球では約25ワット、400ワットのメタルハライドランプなら約140ワットの光を放出する計算になります。
基本的にランプスペクトルが同じなら、ワットが高いほうが光量が強いということです。

・蛍光灯
放電で発する紫外線を蛍光体に照射し可視光線に変換する一般的に広く普及いている光源です。
植物用は一般照明用とは違い、植物に効率よいスペクトルで設計されています。
HPSやMHと比べ、熱量が少ないので空調管理も楽、コスト的にも優れ、それぞれ成長期と開花期に適したスペクトルがあり種類も豊富です。
また、ワット数も色々選択でき、補助灯からメイン照明まで用途に応じて使うことが出来ます。
色や強さなど選択出来る幅が広いので使い勝手も良く、お手軽な光源として人気があります。

・蛍光灯の種類
蛍光灯には長さと形が異なる2種類があります。

上の写真はサンブラスター社の直管タイプの蛍光管です。
長さは、当店の取り扱いでは43cmと60cmと120mの3種類あり、スペクトルも成長期と開花期があります。

器具は2本タイプから8本タイプまであります。

上記はハイドロファーム社のコンパクト蛍光灯です。
発光管を折り曲げるなどして小型化した蛍光管です。
こちらも直管タイプと同じで電球を交換することで幅広く成長期から開花期まで対応できます。
125w、200w、250wと出力を選べ、幼苗から成長期初めまでのメイン照明や開花期の補助として人気があります。

蛍光灯は発熱量が少なく、幼苗期から成長期まで、またランプを変えることで開花期にも幅広く対応できるのが特徴です。
基本的に光量の強さは、ワット数が多いもの程、強くなります。
植物専用の照明では、一番手軽な光源です。

・蛍光灯の性能
蛍光灯の性能はスペクトル分布図で見ることが出来ます。
下の図はサンブラスターの蛍光灯のスペクトル表です。
どちらとも2FT24wの蛍光灯です。

こちらは成長期用のスペクトルです。
色温6400Kなので見た目には青白いのが分かります。(上記ケルビン参照)
紫あたりから緑手前までの波長がよく出ていて、この部分が多いので見た目に青っぽいのでしょう。
オレンジの先の赤色からはあまり出ていないですね。


こちらは開花期用のスペクトルです。
色温2700Kなので、こちらは電球色に近いオレンジっぽい色なのが分かります。(上記ケルビン参照)
成長期と比べ、青の波長はあまり出ていませんね。
開花期用は黄色の先、オレンジぐらいから先の赤波長が多く照射されています。

 

・LED
LEDは電気を流すと発光する半導体の一種、その半導体は発光ダイオードとも呼ばれ、今までの光源では出来なかった様々な特性を持っています。
省エネ、長寿命で私達の周りでもよく目にするLED、様々な照明、信号機、テレビ、車のヘッドライトなど、今では当たり前のように生活に浸透しています。

1993年に青色の発光ダイオードが実用化され、1996年にはそれを応用した青色LEDと黄色蛍光体の組み合わせによる白色LEDが開発されました。
この白色LEDの誕生により、さらにLEDは更に進化しています。

・LEDの光の特性
LEDは従来の蛍光灯やHIDランプと異なり、特定の波長に偏った光の質となります。
光源の種類により、紫外線や赤外線を含まない光が作れる為、その特徴に応じた場所で使われています。
紫外線に敏感な絵画などの照明に用いられたり、特定の波長を好む植物などの成長促進にも使われています。
LEDは赤の波長660nmなら660nmだけを照射する為、光のスペクトルの幅が狭く、植物の育成を阻害する場合もあるので使う際には注意が必要です。。
例えば、ビタミンDを生成する為に必要な波長を含んでいない場合、成長不良を起こすこともあります。

特定の波長を狙って照射出来るのがLEDの利点でもあり、欠点でもあります。
物を見る光とは違い、植物が成長するには太陽光の色々な波長が必要となります。(上記 植物と光 参照)
蛍光灯やHIDランプなら、照明用で多少波長が外れていてたしても、照射される波長の幅が広いので成長が悪いだけで、何とか育つかもしれませんが、
LEDで植物を育てる場合、照明用では育たない可能性があります。
器具を選ぶ際には、しっかりと確認して植物専用を選ぶことが重要です。

今までは、一部の高価な機種以外では2段階程度の赤色、青色を切り替える製品しかありませんでした。
最近の一部の機種には、波長を変えられる機能を搭載したモデルも登場してきました。

ブルー、レッド、ホワイトの三色のLEDのスペクトル領域を100-0%にコントロール可能なソーラーシステム550。
状況により、コントローラーで3色のバランスを変えることで、色々な波長を照射することが出来る機種です。


・パルス照射とは?
LEDは電源を入れて点灯するまでの応答が速く、ほぼ点灯と同時に最大出力で照射できます。
このことを利用してLEDは、蛍光灯やHIDランプには絶対に不可能な、パルス照射が行えます。
LEDを目に見えない間隔で高速点滅させ、植物が光を必要とする時間だけに照射し、光合成しない時間には当てず効率を上げる方法です。
様々な研究でも結果が出ており、成長促進は元より、間欠照射の為、点灯時間が短く、電気代節減の効果も見込めます。

・寿命
良く知られていますが、電球ように、フィラメントを使わないので故障も少なく長寿命です。
LEDは構造上、電力を増やせば明るさの出力は大きくなりますが、同時に樹脂やレンズの劣化が進み、寿命が短くなります。
このことから、高出力のLED程、寿命が短い傾向にあるということになりますね。
ちなみにLEDの寿命は白色LEDなら出力が70%以下に、カラーなら光束維持率50%以下になったら終了だそうです。

劣化対策している製品も登場!

ソダテックのLED PROは、数少ないレンズレス仕様です。
レンズが無いので、ロスも少なく、当然劣化もしません。


・熱量
従来の電球では発熱量が多く、HPS1000wの大光量ともなると熱との戦いが始まります。
蛍光灯にしてもHDIランプよりは少ないにしても、LEDには適いません。
LEDは従来の電球とは違い、電気エネルギーを直接光に変換するので、熱を持ち難い構造になっています。
同じ電気量で同じ光量なら、HIDランプよりも空調費用が安くなります。

用途として重宝されているのは、挿し木(クローン)時です。
照明直下の温度を下げるのは、例え1℃や2℃でも大変、照明を蛍光灯から変えるだけで手軽に温度を下げることが出来ます。

・器具
LEDが市場に登場してから、10年近く経ちます。
最近では、様々な特徴を持つ機種が発売され、続々と新しい製品が開発されています。
ユーザーはその特徴に合ったものを選択できる幅が広くなり、使い勝手も良くなりました。
上記でもいくつかの機種を紹介していますが、それ以外にも近年様々な機種も登場しています。

当店で人気のあるLEDの一つJumpStart LED48は細いバータイプのLEDで幼苗期や成長期に最適。
温度が低く、夏場の熱対策などにも有効です。
蛍光灯からの買い替えなどもあり、爆発的に売れています。
また、照明の届き難い場所の補助灯として使われている場合もあります。

2018年に登場した、T5蛍光灯からの交換タイプのLED球です。
交換するだけで、電気代が半分になります。


SolarStorm440、珍しいUV蛍光灯付きのLED照明です。
UV光線はレンズを極端に劣化させてしまう為、UVだけを蛍光灯にして対応しています。
理にかなった設計ですね。

 

・HPS&MH
植物育成用のランプとして長い間、主力として使用されているHPSやMHランプ。
効率や効力、種類の豊富さから、世界中で育成に一番多く使われている照明設備です。

近年LEDが登場してから、HPSやMHへの業界自体、期待感が薄れてたのは確かです。
ただランプメーカーもLEDだけに可能性を見出している訳ではなく、新たな可能性を探って研究を続けていました。
2016-18年頃には、新たにセラミックメタハラやダブルエンドHPSなど新しい製品を生み出すことに成功しています。
すでにフォルテルクスやサンマスターなどの植物育成用の主要ランプメーカーはスペック(波長)の広い新な概念の製品を市場に投入しました。
一時はLEDに取って代わられるのでは?と思われたHIDランプですが、ここに来て大きな進化を遂げています。


・HIDランプとは?
HPSやMHはHIDランプと呼ばれ、日本語では高輝度放電灯と言います。
HIDとはHigh Intensity Discharged Lampの頭文字をとった総称です。
ちなみにHPSはハイプレッシャーソディウム、MHはメタルハライドの略となります。
HIDランプは放電を利用して発光するため、フィラメントが無く、白熱電球と比べ高効率、高寿命です。
特に近年、MHやHPSは市場でよく使われるようになり、自動車、街灯、スタジアムや舞台照明などの様々な分野で用いられています。
電球やハロゲンランプよりもエネルギーの変換効率が良いため、近年では代わって設置されています。
HIDランプを点灯するには専用の電球と安定機(バラスト)、それとリフレクター(ランプシェード/傘)が必要となってきます。

HIDランプは発光管内の材料を加熱することで光を作り出しています。
例えばフォルテルクスのMHの場合、スカジウムを加熱しています。
使われている材料の性質や分量やバランスにより、発光する光のスペクトルが変わり、様々な色のランプが作れています。

・安定機(バラスト)
HPS&MHなどHID全般ですが一部の特殊な機種以外は、点灯させるには電流を制御する安定機(バラスト)が必要になります。
安定機は電子式のエレクトロニックバラストとコイル式のアナログタイプがあり、効率は電子式の方が優れています。
従来のアナログタイプの安定機は岩崎製600wで16Kgぐらい、エレクトロニックバラストなら2.5Kgとはるかに軽量です。
現在では電子安定機が多く使われていますが、コイルタイプもまだまだ現役で使われています。
効率のエレクトロニックバラスト、安定、劣化に強いアナログバラストということでしょうか。

安定機はワット数ごとに分けられており、当店で取り扱いされているものでは、250w400w600w1000wと出力や機種により安定機が異なります。

現在、殆どの電子安定機には調光機能が付いており、50%、75%、100%と調整できます。
一部の特別な機種にはブーストモードとしてプラス10-15%程度、1000wなら1100wを照射出来る安定機もあります。

・リフレクター(ランプシェード/傘)
リフレクターとはランプが作り出した光を反射させる器具の総称、ランプシェードや傘とも呼ばれています。
現在、電気屋さんで照明を見てもリフレクターが無い照明は殆どありません。
昔はぶら下げただけの裸電球のような照明がありましたが見かけなくなりましたね。
レトロな雰囲気作りに使われることはあっても、効率が悪いので今では使われることは殆どありません。
一概には言えませんが、1本の蛍光灯で二本分の光量を出す反射板も存在します。

照明業界全体の流れを見ても、リフレクターは照明にとって重要なツールであり、欠かせないアイテムとなっています。
光を余すことなく集め、出来るだけ均一に照射するのがリフレクターの大きな役割です。
リフレクターには多くの種類があり、用途や設置スペースにより、選択することが出来ます。
自身の栽培環境に合わせ、的確なものを選ぶことが、照明選びの重要なポイントです。

リフレクターには大きく分けて、空気を通して冷却出来る、エアークールドタイプ(A/C)とそれ以外の傘タイプとがあります。

・リフレクター


今までウイング型(写真上)のものが多く流通していましたが、近年、大型化が進んでいます。
漏れる光を出来るだけ少なくするために囲って下に光を落とすリフレクターが(写真下)主流となってきています。
写真右は当店で人気の高い、大型のリフレクター、ハイドロファーム社のプロ ハンマーヘッドリフレクターです。

・エアークールドリフレクター(A/Cリフレクター)

上の写真のリフレクターはエクストラサンのエアークールドリフレクター64です。
ファンを使ってガラスで囲われたリフレクター内部に空気を通すことで、ライト直下の温度を下げることが出来ます。
しかし、このガラスは確かに熱を防ぎますが、光も防いでしまい、全体的な光量もは落ちてしまいます。

・クールチューブ

今までのクールチューブタイプのリフレクター(上写真)では、夏場は良くても、熱問題が起きない冬場などは、
リフレクターごと交換しなければガラスが抵抗となり照射効率が悪くなり、収量が減ってしまいます。
現在、主流となるA/Cリフレクターの殆どは、ガラスを簡単に取り外し出来き、
温度を下げなくて良い場合はガラスを外して、より効率的に照射することが可能となるハイブリッドタイプです。
現在クールチューブ型のリフレクターの需要は減り、脱着可能なタイプが増えています。

・ランプ(電球)
HIDランプを使用する上で必ず必要となる電球、メタルハライド(MH)とハイプレッシャーソデゥム(HPS)の2種類があります。
メタルハライドは青の光を照射するものが多く、成長期に使われることが一般的、HPSは赤の光を多く含むので主に開花期に使用されています。
ただし、近年セラミックメタルハライド(CMH)やダブルエンドシステム(DE)などの専用の球が必要な新機種も登場しています。

MH&HPSは多くの種類があり、成長時期や環境状況により細かく使い分けることが出来ます。
先ほども記載しましたが、ここで言う種類とは光の性質(スペクトル)のことであり、強さはイコール、ワット数となります。
今までは7000K付近のMHランプを成長期用、2000K付近のHPSを開花期用とするのが一般的でした。
2018年、フォルテルクスやサンマスターの大手ライティングメーカーを筆頭に細分化する方向に移行しています。
ここでは、サンマスター社とフォルテルクス社が公表しているデーターを元に説明していきたいと思います。

下記はサンマスターのランプの変更状況です。



一番左の図はサンマスターの10年以上前のライナップです。
CoolDeluxeは5500KのMH、SuperHPSは2100KのHPS、WarmDeluxeは400wMHの赤、Neutralは中間色でした。
そこから4-5年して次のバージョンへ移行しています。
CoolDeluxeはBlueICEにSuperHPSはYellowBlossomに代わり、WarmDeluxeはRedSunriseにGreenHarvestに代わりまいした。
2017年には幅広い波長を持つFullNovaとUVが多く照射されている仕上げ用のランプFinhingBlueが追加されています。

図の一番右側が2018年現在のサンマスターライナップです。
今まで一般的だった従来の5500KのCoolと2100KのSuperに加えスペクトルの広いFullNovaと仕上げ用のフィニッシャーランプを使うよう設計されています。
新しく細分化されたランプについてサンマスターのライナップを参考に詳しく見てみましょう。

一般的に成長期初期から移行期手前まで使用する5500KのMHランプです。
赤の波長が抑えられ、380nm-495nmまでの範囲にランプ出力の約50%がこの範囲にあります。
青色が多く照射され、徒長を抑制し、より健康で高い葉緑素生産を促進します。
成長期に使用する標準的なランプです。


太陽光のバランスの取れたスペクトルを再現した波長特性を持っています。
HPSやLEDの光源により提供される部分的な、又は非バランスのスペクトルとは対象的です。
幅広いスペクトルを持つFULL NOVAは葉緑素A、葉緑素B、及びカテロイドを含む植物育成の重要な領域をサポートし、
スペクトル全ての領域をカバーした栄養光を提供しています。
このFULL NOVAのランプはバランスの取れたスペクトル内の青色と赤色の主要な波長を高める為、特別に調整されています。
これらのスペクトルの微調整はランプに応じて緻密な栄養成長、丈夫な開花などに効果があります。
新しくライナップされた幼苗期と移行期から開花初期の段階まで使うランプです。
MHからHPSに交換したときなどに現れる過度なストレス、徒長や葉の黄化などを防ぐことで、順調な開花期を迎えることが出来ます。


上記の波長表は開花を促進するスペクトル、コアオレンジ/レッド領域内で強化されたサンマスターのスーパーHPSです。
サンマスターも含め各社大体2000K前後の色温を持ち、400-700nmの領域で特にオレンジから赤を中心に構成されています。
開花期の初期、中盤から終盤にかけて使用し、実や花を大きくし、開花を強力にサポートします。
従来と同じ開花用HPSランプです。



植物の成長サイクルの最終段階に適切な光のスペクトルを持つ、新しいライナップのランプです。
植物を刺激する為に必要な若干のストレスを与えるUV、バイオレット、ブルーの加重スペクトルが特徴です。
さらにUV(紫外線)はカビの除去や防止において高い効果を発揮します。
開花の終盤で使うことにより、香り、風味の向上が期待できます。
新しくライナップに加わった、カビを防ぎ、品質を向上させる仕上げ用のフィニッシャーランプです。
開花終盤、肥料抜き又はその少し前からの使用をお勧めします。

・サンマスターが提唱する新しい光の概念
サンマスターでは、幼苗期はNOVA、成長期はCool、移行期から開花初期までをNOVA、開花期中盤から後半をHPS、
そして最後の仕上げにFINSHを使用することで、今までに無い順調な育成が期待できることでしょう。

 

もう一社、照明業界の老舗フォルテルクスの仕様の変化について詳しく見ていきましょう。

下記の表はフォルテルクスの標準のメタルハライドのスペクトル分布図です。

下記の図はフォルテルクスの新型、BLUEのスペクトル分布図です。

スペクトルと光合成の所で説明しましたが、植物は今まで考えていたよりも幅広いスペクトルの波長を吸収出来ることが解ってきています。
上記の2つの分布図を比べるとスペクトルの違いが一目瞭然です。
ルーメン数にすると1000wの球で標準球が115000ルーメン、新型のBlueは80000ルーメンです。
ピークパワー自体は旧型のほうが高いのですが、バランスの取れたスペクトルを持つBlueのほうが成長は良いとされています。
これからは、ルーメン、ケルビンの数値は参考までに・・・スペクトル分布図を中心に選ぶことが重要となってきます。

2018年、サンマスター社やフォルテルクス社を筆頭に業界全体が大きく変わろうとしています。
その皮切りに、どちらもスペックの幅広い特性を持つ新商品を市場に投入してきています。
サンマスターはフルスペックのFull NovaとFinshランプを間に追加し、ストレスの少ない環境を作り出そうとし、
フォルテルクスは旧製品をバージョンUPし、さらに成長が見込めるよう日々改良を重ねています。
どちらも、アプローチの方法は若干異なっていますが、目指す方向は同じ、更なる成長能力の向上です。
大きく変わってきた2018年のライティング業界、これから新製品も続々登場しそうですね。

新技術 ダブルエンドとセラミックメタルハライド
2018年、新型のHPSランプ、ダブルエンドと新型のMHランプ、セラミックメタルハライドが市場に投入され、
植物用ライティング業界にとって大きな変革の年となりました。
そこで新技術について軽く触れていきたいと思います。

・ダブルエンドライティングシステム
新たなライティングシステム、新型のHIDランプです。
従来の片側電球とは異なり、10000時間使用した場合、通常30%程度の光量の低下に対して10%以下と劣化に優れています。
経年劣化による光量の低下は、収量に直接関係してくるため、人工灯栽培には深刻な問題です。
特に使用頻度の多い大型の工場などでは、特に重要視され、新たな解決として注目されている技術です。

上の画像はダブルエンドライティングシステムのハンマーヘッドリフレクタータイプのセットです。
見ての通り、従来の電球が一点で光るのに対して棒状に光るので、より均等に照射出来ます。
また光の質も従来の物と比べ飛躍的にパワーアップしています。
PAR出力で10%増加、UV、IRも機種によりますが、数%アップしています。
1000wを超えるような高出力なら、ダブルエンドシステムが最強ですね。}

・セラミックメタルハライド
こちらも新たなタイプの新型HIDランプです。
従来のMH(メタルハライド)とCMH(セラミックメタルハライド)の構造上の大きな違いは、発光管の材質です。
従来のMHは発光管の材質が石英製、CMHはセラミック製です。
あるランプ会社のデーターでは、8000時間を越える照射時間ではMHは出力50%以下になるのに対して、
CMHでは、12000時間を越えても、出力は20%程度と驚異的な数値を出しています。
通常の照明では低電力の20-150wの商品が数多く使用されており、近年は中電力の180-360w程度のものが、一部流通し始めています。
まだ今後開発の余地のあるランプですが、特徴を生かし今後のHIDランプの主力となることを期待されています。

上の画像はグリーンビームスのセラミックメタルハライドです。
写真ではわかりませんが、従来のリフレクターよりもかなり小型です。
315wと小電力で電球もリフレクターも小型、小さく沢山光源を置くことで、光のムラを無くします。
また、電球も小型のため、スペースを取ることなく縦置き(バーティカル)に出来ます。
バーティカルにすることにより均一に光を照射します。
1000wよりもライト直下の温度が低く、細かな調整も出来る為、期待されています。

Coming soon...
新技術のダブルエンドとセラミックメタルハライドは次回、特集しますのでお楽しみに!!