18

บทท 2

หลกการและทฤษฎ

2.1 หลกการและทฤษฎหลอดแอลอด

หลอดแอลอดหรอไดโอดเปลงแสงคออปกรณใหแสงสวางทเปนสารกงตวน าชนดของแขงทอเลคตรอนสามารถวงผานได เชน ว สดจ าพวกเจอรมาเนยม (Ge) และซลกอน (Si) เปนตน หลอดแอลอดสามารถเปลงแสงไดโดยอาศยหลกการอเลคโทรลมเนสเซนต (Electroluminescence) โดยทสของแสงทเปลงออกมาจะขนอยกบชนดและองคประกอบทางเคมของวสดกงตวน าทน ามาใชในการสรางหลอดแอลอดดงแสดงในตารางท 2.1 หลอดแอลอดสามารถเปลงแสงทอยชวงใกลเคยงกบแสงอตราไวโอเลต (Ultraviolet) ชวงแสงทมนษยสามารถมองเหน (Visible Light) และชวงอนฟราเรด (Infrared)

หลกการอเลคโทรลมเนสเซนตคอกลไกทท าใหหลอดแอลอดเปลงแสงสวางออกมา โดยหลอดแอลอดกคอไดโอดทวไปทประกอบดวยสารกงตวน าชนด P และ N ประกบเขาดวยกน คณสมบตของไดโอดจะยอมใหกระแสไฟฟาไหลในทศทางเดยวคอจากแอโนด (Anode) ไปยงแคโทด (Cathode) เทานน เมอจายไฟฟากระแสตรงผานตวหลอดแอลอด จะท าใหอเลคตรอนทสารกงตวน าชนด N มพลงงานเพมสงขนจนสามารถวงขามรอยตอจากสารกงตวน าชนด N ไปรวมกบโฮล (Hole) ในสารกงตวน าชนด P ได การทอเลคตรอนเคลอนทผานรอยตอ PN จะท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาจนเปนผลใหระดบพลงงานของอเลคตรอนเปลยนไปและคายพลงงานออกมาในรปของคลนแสง

ตารางท 2.1 วสดกงตวน าทใชในการสรางหลอดแอลอด สของแสงทได วสดทใชสรางหลอดแอลอด

สแดง สเขยว สเขยวเหลอง สน าเงน

AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Phosphide) InGaN (Indium Gallium Nitride) GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide) InGaN (Indium Gallium Nitride)

19

ภาพท 2.1 สญลกษณของหลอดแอลอดหรอไดโอดเปลงแสง

ภาพท 2.2 โครงสรางของหลอดแอลอดหรอไดโอดเปลงแสง (www.electroschematics.com)

ภาพท 2.3 สวนประกอบทใชในการควบคมทศทางของแสงจากหลอดแอลอด

(www.cree.com/LED-Chips-and-Materials)

แสงทเปลงออกมาจากหลอดแอลอดนนจ าเปนตองท าการควบคมทศทางของแสงทไดใหเปนระเบยบเพราะการทแสงเกดการกระจายตวในทศทางทไมเหมาะสมจะสงผลท าใหความเขมแสงลดลงตามไปดวย จงท าการตดวสดสะทอนแสง (Reflector) ทท ามาจากเหลกและอลมเนยมเพอใชสะทอนแสงทเปลงออกมาจากหลอดแอลอดและตดเลนส (Lens) เพอใชในการจ ากดทศทางของแสงใหไปในองศาทตองการ ซงสวนใหญผลตมาจาก Epoxy เปนหลก

20

(ก) Through Hold LEDs (ข) Surface Mount LEDs

ภาพท 2.4 รปแบบของหลอดแอลอด ( http://famousscientist.net/who-invented-led)

ปจจบนหลอดแอลอดมหลายรปแบบ ซงหากท าการแบงตามลกษณะของหลอดแอลอดจะสามารถแบงได 2 แบบ ดงน

1) แบบ Through Hold หรอแบบทมขายนออกมาจากตว Epoxy เปนหลอดแอลอดทพบกนอยทวไป มขนาดเสนผานศนยกลางตงแต 3 – 8 mm การประกอบหรอใชงานสามารถท าไดโดยการบดกรหรอใชโดยตรงกบ PCB (Print Circuit Board)

2) แบบ Surface Mount Type หรอ SMT คอแบบทมลกษณะบางซงเปนทนยมอยางสงเพราะสามารถผลตไดรวดเรวครงละหลายจ านวน มขนาดเลก สามารใชกบกระแสไฟฟาตงแต 20 mA ไปจนถง 1 A ในปจจบนหลอดแอลอดชนดนมคาความสวางตอวตตทสงมาก

การประยกตใชงานหลอดแอลอดเปนไปอยางแพรหลาย ทงในสวนของการใชเปนแหลงก าเนดแสงสวางส าหรบอาคาร งานจราจร ยานพาหนะ หรอรวมถงการน าไปใชกบระบบการเพาะปลกภายในโรงเรอน เนองจากขอไดเปรยบของหลอดแอลอดทมากกวาหลอดไฟชนดอน โดยสามารถจ าแนกไดดงน

1) หลอดแอลอดมประสทธภาพการใหพลงงานแสงสวางทระดบสง 2) ไมมการบรรจสารทเปนอนตราย 3) สามารถควบคมคณภาพของแสงใหปลอยออกมาไดหลอดแอลอดมประสทธภาพ 4) หลอดแอลอดปลอยความรอนออกมานอยมาก ท าใหสามารถลดการสญเสย

พลงงานไฟฟาได 5) อายการใชงานของหลอดแอลอดยาวนานกวาหลอดฟลออเรสเซนตแอลอดปลอย

ความรอนออกมานอยมาก ท าใหสามารถลดการสญเสยพลงงานไฟฟาได

21

ส าหรบการใชงานหลอดแอลอดยงตองค านงถงการตอตวตานทานเพอชวยในการจ ากดกระแส

ไฟฟาทไหลผานหลอดแอลอด เพราะหากมกระแสไฟฟาไหลผานมากเกนไปจะสงผลท าใหหลอดขาด

ซงคาตวตานทานทจะน ามาตอสามารถค านวณไดจากสมการท 2.1

R =VB−VF

IF สมการท 2.1

เมอ R คอ คาของตวตานทาน (โอหม) VB คอ แรงดนแหลงจายไฟ (โวลต) VF คอ แรงดนตกครอมทไดโอด (โวลต)

IF คอ กระแสทไหลผานไดโอด (แอมแปร)

คาแรงดนทตกครอมหลอดแอลอดในสภาวะท างานจะแตกตางกนไปตามชนดของสารทใชท า โดยมคาดงน

ตารางท 2.2 แรงดนตกครอมของหลอดแอลอดในสภาวะท างาน สของหลอดแอลอด แรงดนตกครอม (โวลต)

หลอดแอลอด สแดง หลอดแอลอด สสม หลอดแอลอด สเขยว หลอดแอลอด สเหลอง หลอดแอลอด อนฟราเรด

1.6 - 2.0 1.8 - 2.7 2.2 - 3.0 2.2 - 3.0 2.2 - 3.0

2.2 ทฤษฎทเกยวของในงานวจย

2.2.1 ระบบแสงสวางและการวดคาแสง

แสง (Light) คอ คลนแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Wave) ประเภทหนง ซงอยในชวงความยาวคลนทสายตามนษยมองเหนหรออาจรวมถงการแผรงสแมเหลกไฟฟาในชวงความยาวคลนตงแตรงสอนฟราเรด (Infrared) ถงรงสอลตราไวโอเลต (Ultraviolet) โดยคณสมบตพนฐานของแสง ไดแก (1) ความเขมคอ ความสวางหรอแอมพลจด ซงปรากฏแกสายตามนษยในรปความสวางของแสง

(2) ความถคอ ความยาวคลนทปรากฏแกสายตามนษยในรปสของแสง ความถของคลนแสงท

แตกตางกนนนขนอยกบความเรวในการสนสะเทอน ถาหากคลนแสงยงมความสนสะเทอนมาก

22

กจะยงมความถมากแตความยาวคลนกจะยงนอย โดยแสงทเรามองเหนไดน นเปนคลน

แมเหลกไฟฟาทมความถในระดบทดวงตาของมนษยสามารถมองเหนได ซงปกตแลวแสงจะ

เคลอนทในสญญากาศดวยความเรว 299,792,458 เมตรตอวนาท

(3) โพลาไรเซชน คอ มมการสนของคลน ซงโดยปกตมนษยไมสามารถรบรได

แสงเปนพลงงานรปหนงทท าใหเกดความสวางและท าใหเรามองเหนสงตางๆได โดยปรมาณการสองสวางของแสงจะมคามากหรอนอยขนอยกบความเขมแสงของแหลงก าเนดแสง ระยะหางจากแหลงก าเนดแสงกบพนททแสงตกกระทบ และมมตกกระทบของรงสแสง การวดปรมาณแสงทนยมใชในทางวศวกรรมจะประกอบดวยปรมาณดงน คอ

1) มมตน (Solid Angle) คอ มมยอดทถกรองรบดวยพนทผวใดๆ สามารถแทนดวย สญลกษณ ω มหนวยเปนสเตอเรเดยน (Steradian) ใชอกษรยอ Sr ซงสามารถหาไดจากสมการดงน

ω=A

r2 สมการท 2.2

โดยท A คอ พนททรองรบมม

r คอ รศมหรอระยะทางจากจดยอดมมจนถงพนททรองรบมม

หากท าการเจาะพนททรงกลมทมรศม 1 เมตร ดงภาพท 2.5 โดยใหผวทรงกลมมพนทขนาด

1 ตารางเมตร จะไดมมตน 1 Sr ถาพจารณาพนทผวทรงกลมทงหมดซงมคาเทากบ 4πr2 ซงหมายความ

วามมตนรอบทรงกลมมคาเทากบ 4πr2/ r2 หรอเทากบ 4π Sr

ภาพท 2.5 มมตนทถกรองรบดวยพนท 1 ตารางเมตร บนทรงกลมทมรศม 1 เมตร

2) ปรมาณแสง (Luminous Flux) คอ ฟลกซสองสวางของแหลงก าเนดแสงในมมตน แทนดวยสญลกษณ φ มหนวยเปนลเมน (lumen) ใชอกษรยอ lm dφ = I d ω สมการท 2.3

23

โดยท dφ คอ ปรมาณแสงยอยใดๆ (lm)

I คอ ความเขมของการสองสวาง (cd)

d ω คอ มมตนยอยใดๆ (Sr)

ปรมาณแสงมความสมพนธกบปรมาณอนๆทางดานแสงสวาง เชน ความเขมของการสองสวาง

ความสองสวาง และความสวาง เปนตน

3) ความเขมของการสองสวาง (Luminous Intensity) คอ ความหนาแนนของปรมาณ แสงภายในมมตนทก าหนดใหหรอเรยกอกอยางวาความเขมแสง ความเขมแสงจะบง ช ถงความสามารถของแหลงก าเนดแสงในการใหคาการสองสวางในทศทางทก าหนด แทนดวยสญลกษณ I มหนวยเปนแคนเดลา (candela) หรอใชอกษรยอ cd สามารถหาไดจากสมการดงน

I = dφ

dω สมการท 2.4

โดยท 1 cd = 1 lm/Sr

4) ความสองสวาง (Illuminance) คอ ความหนาแนนของปรมาณแสงทตกกระทบบน พนผวใดๆแทนดวยสญลกษณ E มหนวยคอ ลกซ (Lux) หรอ ฟตแคนเดล (Footcandle, fc) โดยมความสมพนธดงสมการตอไปน

E = dφ

dA สมการท 2.5

สมการท 2.5 คอความสองสวางเฉลยทเกดบนพนทใดๆ

จากสมการท 2.4 สามารถเขยนไดวา dφ = I d ω

จะไดวา E = Idω

dA สมการท 2.6

และจากสมการท 2.2 ω = A

r2

ดงนน E = I

r2 สมการท 2.7

โดยทสมการท 2.7 คอความสองสวางเฉพาะจดใดๆ

ความสองสวาง 1 Lux หมายถง ปรมาณเสนแรงของแสง 1 lm ไปตกลงบนวตถบนพนท

1 ตารางเมตร บนพนผวของทรงกลม และความสองสวาง 1 fc หมายถง ปรมาณเสนแรงของแสง 1 lm

ไปตกลงบนวตถบนพนท 1 ตารางฟต บนพนผวของทรงกลม

24

5) ความสวาง (Luminance) คอ ปรมาณแสงทสะทอนออกมาจากวตถ มหนวยเปน แคนเดลาตอตารางเมตร ในระบบ SI หรอ foot-lambert ในระบบองกฤษ หากวตถมผวทมลกษณะแตกตางกนหรอมสทตางกนกจะท าใหคาความสะทอนทตางกน นนคอคาความสวาง (Luminance) กจะตางกนไปดวย เชน หากสองแสงเขากระทบกบวตถสขาวกจะมความสวางมากกวาวตถสด า

ภาพท 2.6 ปรมาณแสงจากแหลงก าเนดแสง ความสองสวาง และความสวาง

(http://engineeringagenda.com/agenda/2012/06/lighting/)

2.2.2 แสงกบการเจรญเตบโตของพช

แสง (Light) คอตวใหพลงงานแกพชเพอใชในกระบวนการสงเคราะหแสง (Photosynthesis) ซงเปนการสรางแปงและน าตาลแกพช นอกจากน แสงยงไดเขามามบทบาทในกระบวนการตางๆของพชอกมากมาย เชน ทศทางการเจรญเตบโตของพช รวมไปถงการออกดอก เปนตน โดยปกตทวไปพชจะอาศยแสงอาทตยมาใชในการสงเคราะหแสง ตามหลกการแลวดวงอาทตยจะปลอยพลงงานออกมาในรปของรงสคลนแมเหลกไฟฟา ท าใหมการสะทอน การดดกลน และการสองทะลผานในขณะทเคลอนทผานตวกลางทแตกตางกน ซงจะขนอยกบมมตกกระทบของรงสและคณสมบตของตวกลาง ดงนนรงสทสองถงพนผวโลกจงเหลอเพยงแคประมาณ 47% ของรงสทงหมดจากดวงอาทตย โดยจะมความยาวคลนอยในชวงระหวาง 200 - 5,000 นาโนเมตร สามารถแบงออกไดเปน 3 ประเภท คอรงสคลนสนทมความยาวคลนต ากวา 380 นาโนเมตร เปนอนตรายตอสงมชวต ซงชนโอโซนในบรรยากาศจะท าหนาทดดกลนแสงชวงคลนส นเหลานไปเกอบหมด อกประเภทหนงคอรงสในชวงคลนทตามองเหนได มความยาวชวงคลนระหวาง 380-740 นาโนเมตร ประกอบดวยแสงสตางๆ คอ มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง แสด และแดง แสงในชวงคลนนเปนแสงทมประโยชนตอพชสเขยวซงมจ าเปนตองใชในการสงเคราะหแสง และประเภทสดทายคอรงสคลนยาว มความยาวคลนมากกวา 740 นาโนเมตร ไดแก แสงฟราเรด (Far Red) เปนรงสในชวงความยาวคลนใกลจะเกนกวาทตาของมนษยจะมองเหนได และแสงอนฟราเรด (Infarred) หากมการสะสมของแสงเหลานมากจะเปลยนเปนพลงงานความรอนทสงเกนไปได

25

แสงสขาวทตามนษยมองเหนนนเปนแสงทมความยาวคลนระหวาง 380 – 740 นาโนเมตร ในขณะทพชสามารถดดกลนแสงไดมากเปนพเศษอย 2 ชวงความยาวคลนคอ ความยาวคลนระหวาง 380 – 500 นาโนเมตร โดยจะประกอบดวยแสงสมวง สน าเงน และแสงสแดงทมความยาวคลนระหวาง 625 – 740 นาโนเมตร โดยแสงสแดงเปนแสงทพชสามารถดดกลนไวไดมากทสดและมอทธพลตอการออกดอกของพชอกดวย ทงนพชแตละชนดและสายพนธจะมการตอบสนองตอความยาวคลนแสงทแตกตางกนออกไป พชแตละชนดทสามารถสงเคราะหแสงได จะประกอบดวยสารสหรอรงควตถ (Pigments) อยหลายประเภท ส าหรบพชและสาหรายสเขยวจะมรงควตถคอคลอโรฟลล (Chlorophyll) อย 2 ชนด คอ คลอโรฟลล เอ และคลอโรฟลล บ ดงทแสดงในภาพท 2.7

ภาพท 2.7 การดดกลนแสงทความยาวคลนแตกตางกนของรงควตถ

(https://smartgrowtechnologies.com/?page_id=378)

ส าหรบการตอบสนองของพชตอแสงสามารถแบงอธบายไดดงน

1) การสงเคราะหแสง (Photosynthesis) พชสเขยว สาหราย และแบคทเรยทสงเคราะหแสงไดสามารถน าพลงงานจากดวงอาทตยมา

เปลยนเปนพลงงานเคมซงจะไดผลตผลคอแปง น า และออกซเจน สามารถเขยนปฏกรยาไดดงน

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2

พลงงานทพชใชส าหรบกระบวนการสงเคราะหแสงจะไดมาจากดวงอาทตย โดยเปนชวงคลน

แสงทตามนษยสามารถมองเหนได (Visible Light) ประมาณ 44 – 50% ของรงสจากดวงอาทตย

ทงหมดทผานเขามายงชนบรรยากาศของโลก รงสของดวงอาทตยทพชสามารถน าเอาพลงงานหรอ

อนภาคโฟตอนจากคลนเหลานไปใชในการสงเคราะหแสงเรยกวา รงสปฏกรยาสงเคราะหแสง

(Photosynthetically Active Radiation, PAR) ซงจะมความยาวคลนชวง 400 – 700 นาโนเมตร ตางจาก

แสงทตามนษยมองเหนได (Visible Light) คอ 380 – 740 นาโนเมตร แตอยางไรกตาม ชวงรงสอนๆก

26

มอทธพลตอพชดวยเชนกน เชน การงอกของเมลด การยดตวของล าตน และระบบนเวศตางๆ ตาม

ทฤษฎควอนตมกลาวไววา แสงเดนทางเปนล าของอนภาคเลกๆจ านวนมากทเรยกวา โฟตอน (Photon)

โดยพลงงานทมอยในหนงโฟตอนเรยกวา หนงควอนตม เนองจากการวด PAR มกจะมพนฐานมาจาก

ความหนาแนนของแสงโฟตอนในชวงความยาวคลน 400 – 700 นาโนเมตร หรอบางททเรยกวา ความ

หนาแนนของแสงโฟตอนในการสงเคราะหแสง (Photosynthetic Photon Flux Density, PPFD)

มหนวยการวดคอ ไอนสไตล (E) ซงหมายถงหนงโมลของโฟตอน ดงนน PAR จงมหนวยเปน

ไมโครไอนสไตล (μE) หรอไมโครโมลตอตารางเมตรตอวนาท (μmol/m-2s-1) สวนในการศกษาเรอง

การเจรญเตบโตและเรองนเวศวทยาของพชนนนยมวดเปนหนวยของพลงงานทมหนวยเปนเมกะจล

2) การตอบสนองตอทศทางของแสง (Phototropism) การโคงของล าตนและใบเขาหาแสงเรยกวา Positive Phototropism ซงเกดจากการยดของเซลล

ดานทไมไดรบแสงเรวกวาดานทไดรบแสง การโคงของล าตนจะท าใหสวนยอดของพชไดรบแสงเตมทเพอสงเคราะหแสง สวนการตอบสนองของรากตามปกตจะเจรญออกจากแสงเรยกวา Negative Phototropism แตการตอบสนองของรากบางชนดอาจจะเกดนอยมากหรอบางชนดเปนแบบ Positive Phototropism กได

ภาพท 2.8 การโคงล าตนเขาหาแสงของพช

(http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/15/1/biology/response/response/response.htm#slide0003.htm)

แสงสน าเงนมอทธพลตอการแพรกระจายฮอรโมนออกซน (Auxin) ทมอยมากในดานทไมได

รบแสง จนกระตนท าใหเกดการแบงตวทไมเทากนระหวาง 2 ดาน พชจงเกดการโคงงอเขาหาแสง นอกจากน แสงทอยในชวงฟราเรดกมอทธพลตอการเคลอนยายของสารสงเคราะหทอยในพชและมผลกระตนการแบงเซลลของพช ท าใหอตราการเจรญเตบโตของเซลลพชในบรเวณนนแตกตางกนระหวางดานทไดรบแสงกบดานทไมไดรบแสง

27

ในการศกษาเกยวกบผลกระทบของแสงตอการเพาะปลกพช สงทควรพจารณา 3 ประการ คอ ความเขมแสง คณภาพแสง และชวงเวลาทไดรบแสง ซงอธบายไดดงน

1) ความเขมแสง (Light Intensity) ความเขมแสงจะแตกตางกนตามพนท เวลา และฤดกาล ระดบความเขมแสงทเหมาะสมตอพช

แตละชนดจะแตกตางกนไป อาจแบงพชตามความตองการความเขมแสงออกไดดงน ความเขมแสงมความสมพนธกบอตราการสงเคราะหแสงและชนดของพช หากเพมความเขม

แสงจะท าใหอตราการสงเคราะหแสงเพมขนเรอยจนกระทงถงจดหนงเรยกวา จดอมแสง (Light Saturation Point) ซงมอตราการสงเคราะหแสงคงท

กระบวนการทางสรรวทยาของพชทไดรบผลจากความเขมแสงมหลายกระบวนการ ไดแก การสงเคราะหแสง (Photosynthesis) การหายใจ (Respiration) การผลตฮอรโมน (Production of Growth Hormone) การเปดและปดของปากใบ (Opening and Closing of Stomata) และการงอกของเมลด (Germination of Seed)

ภาพท 2.9 อตราการสงเคราะหแสงทระดบความเขมแสงตางๆ

(http://www.slideshare.net/MrWestbury/factors-affecting-photosynthesis)

ภาพท 2.10 ประสทธภาพเชงเปรยบเทยบของแสงสตางๆในกระบวนการสงเคราะหแสง

(http://www.slideshare.net/MrWestbury/factors-affecting-photosynthesis)

28

2) คณภาพแสง (Light Quality) คณภาพแสงหมายถงสหรอความยาวคลนแสงทสองกระทบมายงพนผวของใบพช แสงอาทตย

ทเหนวาเปนแสงสขาว เมอน ามากระจายแสงผานปรซมพบวาประกอบไปดวยแสงสตางๆคอ มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง สม และแดง ซงเปนแสงทสามารถมองเหนได (Visible Light) โดยทแสงสแดงและสน าเงนนนจะมผลตอการเจรญเตบโตของพชมากทสด สวนแสงสเหลองและเขยวนนมผลตอการเจรญเตบโตของพชคอนขางนอย เนองจากพชจะสะทอนแสงสเขยวออกจากพนผวใบ ท าใหเรามองเหนพชและใบตางๆเปนสเขยว สน าเงนนนจะมผลตอการขยายพนทใบ และแสงสแดงเมอน ามาผสมใชกบแสงสน าเงนจะมผลในการกระตนการออกดอก

ส าหรบการเพาะปลกพชในทรม มความจ าเปนทจะตองใชแหลงก าเนดแสงเพมแสงจากแสงอาทตยทนยมน ามาใชกนคอหลอดฟลออเรสเซนต Cool-White สวนหลอดไสนนจะใหแสงในชวงแสงสแดงสม แตเนองจากหลอดชนดนมความรอนสง จงไมเหมาะในการน ามาใชกบพชมาก

3) ชวงเวลาทไดรบแสง (Photoperiods) ชวงเวลาทไดรบแสงหมายถง จ านวนชวโมงทพชไดรบแสงในรอบวน กระบวนการทาง

สรรวทยาของพชทพบวาอยภายใตอทธพลของชวงเวลาทไดรบแสงทส าคญไดแก การออกดอก การเจรญเตบโต และการแตกยอดหรอหนอของพช โดยพชสามารถแบงออกไดตามลกษณะการตอบสนองตอชวงเวลาทไดรบแสงออกเปน 3ประเภท ไดแก พชวนสน (Short Day Plant) พชวนยาว (Long Day Plant) และพชไมตอบสนองตอชวงวน (Day Neutral Plant)

การเพาะปลกพชในปจจบน มความจ าเปนทจะตองพฒนาปจจยสงแวดลอมดานแสงใหมคณภาพมากยงขน เพอใหพชไดมการเจรญเตบโตอยางเตมทและไดผลผลตทสามารถตอบสนองตอความตองการของตลาดได ส าหรบพชทตองการแสงในปรมาณปกตไปจนถงปรมาณทมากเปนพเศษในบางครงพบวาปรมาณแสงและคณภาพแสงจากดวงอาทตยมไมเพยงพอตอการเพาะปลก อาจเนองมาจากสถานทหรอฤดกาล ดงนนจงมการน าแสงประดษฐทไดจากหลอดไฟมาชวยในการเพาะปลกพชเพอใหไดประสทธภาพทดยงขน แสงทไดจากหลอดไฟจะมความยาวคลนทแตกตางกนตามชนดของหลอดไฟ โดยสามารถน าไปประยกตใชกบความตองการแสงของพชไดด หลอดไฟทนยมน ามาใชไดแก หลอดฟลออเรสเซนต ซงมขอดคอหาซองาย ราคาไมแพง ประสทธภาพด และหลอดไฟชนดนมการฉาบดวยสารเรองแสง (Phosphor) ภายในตวหลอด เพอใหหลอดเปลงแสงออกมาในยานความยาวคลนตางๆ นอกจากนยงใชหลอดไฟชนด Plant Growth Light ในการเพาะปลกพช หลอดชนดนจะเปลงแสงสแสงและสน าเงน ซงเปนชวงความยาวคลนทพชตองการ สดทายทก าลงเปนทนยมคอหลอดแอลอดหรอไดโอดเปลงแสง (Light Emitting Diodes, LEDs) ซงสามารถเปลงแสงออกมาดวยคลนความถเดยวและมเฟสทตอเนองแตกตางจากแสงธรรมดาทตาคนมองเหนได

29

โดยหลอดแอลอดสามารถเปลงแสงไดเ มอมการจายกระแสไฟฟาเขาเพยงเลกนอยเทาน น และประสทธภาพในการใหแสงสวางกดกวาหลอดขนาดเลกทวไป

จากภาพท 2.11 แสดง Color Spectrum ของหลอดไฟแตละชนด ส าหรบ Color Spectrum ของหลอดฟลออเรสเซนตพบวา ไมมสเปคตรมของแสงสใดๆ ในขณะทหลอดไส(Incandescent Bulb) มสเปคตรมใกลเคยงกบแสงแดดหรอแสงอาทตยมากทสด แตมขอเสยคอสนเปลองพลงงานมากกวาและหลอดดงกลาวนมการปลอยความรอนในขณะทใชงาน จงไมเหมาะส าหรบการน ามาใชกบพช ส าหรบหลอดแอลอดนน เมอน าเอาหลอดแอลอดสน าเงน สแดง และสขาว มาผสมกนจะสามารถใหสเปคตรมทใกลเคยงกบแสงอาทตย จงสามารถน ามาใชกบพชทปลกในรมหรอพชทปลกในระบบไฮโดรโปนกสได

ภาพท 2.11 Color Spectrum ของหลอดไฟแตละชนด (www.erakii.org/th/blog/88-science-and--

technology/621-effects-of-color-spectrums-on-plant-growth)

2.2.3 หลกการของการปลกพชในสารละลายอาหารพช

การปลกพชในสารละลายธาตอาหารพชหรอการปลกพชโดยใหรากพชสมผสน าเปนการปลกพชทไมใชวสดปลก ซงจ าปลกพชใหรากพชสมผสกบสารละลายธาตอาหารพชโดยตรง หรอทเรยกวา Hydroponics ทมาจากการรวมค าสองค าคอค าวา Hydro ซงหมายถงน า และ Ponos ซงหมายถงงาน เมอรวมกนแลวมความหมายคอการท างานของน าหรอสารละลายธาตอาหารผานทางรากพช

30

การปลกพชในสารละลายธาตอาหารพชสามารถจ าแนกออกเปน 3 วธ คอ

1) Nutrient Film Technique (NFT) Nutrient Film Technique คอการใหสารละลายธาตอาหารพชไหลผานรากพชชาๆเปนแผนบาง

ประมาณ 1-2 mm บนรางปลกอยางตอเนอง วธนจะชวยใหรากพชมโอกาสสมผสอากาศและออกซเจนในอากาศสามารถละลายลงไปในสารละลายไดเรวกวา จงชวยลดปญหาการขาดอากาศของรากพช นอกจากน สารละลายทไหลในรางปลกมปรมาณนอย ท าใหไมตองสรางรางปลกทมขนาดใหญ จงประหยดคากอสรางรางปลก อยางไรกตาม ผปลกจ าเปนตองมความรในเรองการจดการธาตอาหารและการควบคมสมบตของสารละลายธาตอาหารพชใหเหมาะสมกบการเจรญเตบโต

ภาพท 2.12 การปลกพชแบบสารละลายธาตอาหารไหลผานรากพชลกษณะแผนบางบนรางปลก

(http://www.hhydro.com/Nutrient_Film_Technique.html)

ภาพท 2.13 รางปลกทใชในการปลกพชโดยวธ Nutrient Film Technique (NFT)

31

2) Deep Flow Technique (DFT) Deep Flow Technique คอการใหสารละลายธาตอาหารพชไหลผานรากพชในรางปลกหรอถาด

ปลกในระดบลกกวาแบบ NFT ซงจะชวยแกปญหาเมอระบบไฟฟาขดของหรอปมไมท างาน โดยรากพชยงคงสามารถใชสารละลายธาตอาหารพชททวมขงอยในรางปลก ส าหรบการปลกวธนปรมาณของสารละลายมมาก ท าใหความเขมขนของธาตอาหารเปลยนแปลงชา พชไมขาดน าและธาตอาหารเนองจากรากแชอยในสารละลายตลอดเวลา อยางไรกตาม การปลกวธนอาจท าใหพชมโอกาสขาดอากาศไดงายเนองจากรากแชอยในสารละลายทลกและไมไหลเวยน จงตองแกปญหาดวยการลดระดบสารละลายลงเมอพชโตขนหรอเตมอากาศลงไปในสารละลาย อกทงสารละลายธาตอาหารพชมองคประกอบเปลยนไปตามระยะเวลาทใชปลก ผปลกจงจ าเปนตองเปลยนถายสารละลาย โดยเฉพาะถาอายการเกบเกยวของพชนนมากกวา 4 สปดาห

ภาพท 2.14 การปลกพชดวยวธ Deep Flow Technique (DFT) ชนดเตมอากาศดวยวธการหมนเวยน

สารละลาย (http://agri.wu.ac.th/msomsak/Soilless/Chapter03/Hydroponics.htm)

3) Semi-deep Flow Technique Semi-deep Flow Technique คอการน าขอดของวธ NFT และ DFT มารวมกน โดยจะให

สารละลายไหลผานรากพชลกกวาวธ NFT เพอแกปญหาสารละลายไหลชาเกนไปจนท าใหพชทบรเวณทายรางปลกไดรบธาตอาหารนอยกวาพชทบรเวณตนรางปลก ท าใหการเจรญเตบโตไมสม าเสมอ และไมวาจะปลกพชดวยวธดงเดมคอการใชดนหรอดวยวธไฮโดรโปนกส ตางกจ าเปนตองควบคมปจจยตางๆทเขามามผลตอการเจรญเตบโตของพชทปลก ส าหรบการเจรญเตบโตของพชทปลกดวยระบบไฮโดรโปนกสนนขนอยกบปจจยทางสภาพแวดลอมตางๆซงสามารถจ าแนกไดดงน

32

3.1) อณหภม อณหภมมผลโดยตรงตอการสงเคราะหแสง การหายใจ การดดซมธาตอาหาร และการคายน า

การควบคมอณหภมใหเหมาะสมตอการเจรญเตบโตของพชจงเปนสงทส าคญ ส าหรบการปลกพชในระบบไฮโดรโปนกส ควรควบคมอณหภมของอากาศโดยรอบใหอยชวง 25-30 oC

3.2) ความชนสมพทธ ความชนสมพทธมผลโดยตรงตอการคายน าของพช เมอความชนสมพทธในอากาศสงจะท าให

พชคายน านอยลง สงผลใหการล าเลยงแรธาตอาหารจากรากสใบลดลง และท าใหอณหภมบรเวณใบเพมสงขน นอกจากน ความชนสมพทธทสงยงเปนสาเหตท าใหเกดโรคไดงายอกดวย คาความชนสมพทธทเหมาะสมส าหรบการปลกพชในระบบไฮโดรโปนกสควรอยในชวง 60 - 70%

3.3) แสง แสงมผลตอการเจรญเตบโตและพฒนาการของพช เนองจากแสงเปนปจจยส าคญในการสราง

อาหารหรอการสงเคราะหแสงของพช โดยคณสมบต 3 ประการของแสงทมตอการเจรญเตบโตของพช ไดแก ความยาวคลน ความเขมแสง และระยะเวลาทพชไดรบแสง คณสมบตทสงผลตอการเจรญเตบโตของพชมากทสดคอความเขมแสง เนองจากความเขมแสงทมากหรอนอยเกนไปจะสงผลท าอตราการสงเคราะหแสงของพชลดลง ท าใหพชมการเจรญเตบโตนอยลง

3.4) น า น าทใชหมนเวยนภายในระบบไฮโดรโปนกสควรมการควบคมคาความเปนกรด-ดาง หรอ pH

ใหอยในชวง 6-6.5 และเปลยนน าทกสปดาห เพราะหากไมมการปรบคาความเปนกรด-ดางใหเหมาะสมแลว จะสงผลท าใหรากพชเนาตายได

3.5) ธาตอาหาร ธาตอาหารทใชในระบบไฮโดรโปนกสจะใชเปนสารอาหารส าเรจรป A และ B โดยใชอตรา

การผสมธาตอาหารอยางละ 6 มลลลตร ตอน า 1 ลตร ส าหรบธาตอาหารทจ าเปนตอพชนนสามารถแบงไดเปน 3 กลม ดงน ธาตอาหารหลก (Primary Micronutrients) ไดแก ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรส (P) โปแตสเซยม (K)

คารบอน (C) ไฮโดรเจน (H) และออกซเจน (O)

ธาตอาหารรอง (Secondary Micronutrients) ไดแก แคลเซยม (Ca) ก ามะถน (S) แมกนเซยม (Mg) และ

ซลกอน (Si)

ธาตอาหารเสรม (Macronutrients) ไดแก แมงกานส (Mn) ทองแดง (Cu) สงกะส (Zn) โบรอน (B)

โมลบดนม (Mo) คลอรน (Cl) และเหลก (Fe)

33

ส าหรบสารอาหารส าเรจรปชนด A จะประกอบดวยธาตอาหารคอ ไนโตรเจน โปแตสเซยม แคลเซยม และเหลก สวนสารอาหารส าเรจชนด B จะประกอบดวยธาตอาหารคอ ฟอสฟอรส โปแตสเซยม แมกนเซยม ก ามะถน แมงกานส โบรอน โมลบดนม ทองแดง คลอรน

2.2.4 การวเคราะหทางเศรษฐศาสตร

การวเคราะหทางเศรษฐศาสตรคอการวเคราะหความคมคาในการลงทนโครงการ โดยสามารถท าการวเคราะหไดเปน 2 แบบ คอ คาของเงนคงทไมเปลยนแปลงตามเวลาและคาของเงนเปลยนแปลงตามเวลา

1) คาของเงนคงทไมเปลยนแปลงตามเวลา ระยะเวลาคนทน (Simple Pay Back) คอระยะเวลาทโครงการใชในการจายคนเงนลงทนเรมตน

ซงสามารถค านวณไดจากความสมพนธดงน

ระยะเวลาคนทน = เงนลงทนเรมตน

คาใชจายทประหยดเฉลยสทธตอป

โดยเงนลงทนเรมตนประกอบดวยคาอปกรณ คาตดต ง และคาบรหารโครงการ เปนตน

คาใชจายทประหยดไดสทธเฉลยตอปคอคาใชจายท งหมดทประหยดไดเฉลยตอป หลงจากหก

คาใชจายจากการด าเนนการและการบ ารงรกษา ระยะเวลาคนทนส าหรบโครงการประหยดทยอมรบ

ไดโดยทวไปไมควรเกน 5 ป อยางไรกตาม กขนอยกบขนาดของโครงการ ยกตวอยางเชน หาก

โครงการมขนาดใหญเงนลงทนสงและมอายการใชงานมากกวา 10 ป ระยะเวลาคนทนทสามารถ

ยอมรบไดอาจมากกวา 5 ป

ผลตอบแทนการลงทน (Return On Investment: ROI) คอรอยละของผลประหยดสทธทไดรบ

ตลอดอายการใชงาน เมอเปรยบเทยบกบเงนลงทน สามารถค านวณไดจากความสมพนธดงน

ผลตอบแทนการลงทน = ผลประหยดตลอดอายการใชงาน − เงนลงทน

เงนลงทน

วธนจะชวยลดขอจ ากดในการวเคราะหโดยใชระยะเวลาคนทนนนคอผลตอบแทนการลงทนจะ

ค านงถงผลประหยดทไดหลงจากทคนทนแลว

34

2) คาของเงนเปลยนแปลงตามเวลา มลคาปจจบนสทธ (Net Present Value: NPV) คอผลตางระหวางมลคาปจจบนของผลประหยด

ทไดรบในแตละปตลอดอายของโครงการกบมลคาปจจบนของเงนทนและคาใชจายในแตละป ซงสามารถแสดงไดดงสมการท 2.8 F=P(1+i)n สมการท 2.8

โดยท F คอ มลคาในอนาคต (Future Value)

P คอ มลคาในปจจบน (Present Value)

i คอ อตราดอกเบยตอป (Interest Rate)

n คอ จ านวนป (Number of Year)

ในกรณการคดอตราดอกเบยทบตน (Compound interest) หรอการคดดอกเบยหลายครงตอป

สามารถค านวณไดตามสมการท 2.9

F = P (1+i

M)Mn สมการท 2.9

โดยท M คอ จ านวนครงทคดดอกเบยตอป

ในท านองเดยวกน หากเราทราบมลคาในอนาคต กสามารถแปลงกลบเพอหาคามลคาใน

ปจจบนได ดงน

P = F

(1+i)n สมการท 2.10

ในกรณททราบคาใชจายทประหยดไดตอปทคงท (Annuity) เปนเวลา n ป สามารถแปลงเปน

มลคาปจจบนไดดงน

P = A [(1+i)n-1

i(1+i)n] สมการท 2.11

สวนในกรณทคาใชจายตอปเพมขนในอตราคงท (Gradient) เปนเวลา n ป สามารถแปลงเปน

คาใชจายตอปคงทไดดงน

A = G [1

n-

n

(1+i)n-1] สมการท 2.12

NPV = (-I0)+A [(1+i)n-1

i(1+i)n] สมการท 2.13

โดยท I0 คอ เงนลงทนเรมตน

โครงการทเกยวกบการประหยดพลงงานทมมลคาปจจบนสทธเปนลบ (ต ากวาศนย) จะไม

คมคาตอการลงทน ในขณะทโครงการทมมลคาปจจบนสทธเปนบวกมากยงคมคาตอการลงทน

35

อตราผลตอบแทนการลงทน (Internal Rate of Return: IRR) คอมลคาปจจบนสทธทใชส าหรบ

ตดสนใจเลอกโครงการทคมคาตอการลงทนมากทสด อตราผลตอบแทนการลงทน (IRR) บอกให

ทราบผลตอบแทนทไดจากการลงทน โดยสามารถค านวณไดจากความสมพนธดงน

อตราผลตอบแทนการลงทน =ผลตอบแทนรายป

คาใชจายในการลงทน