LED-valaistuksen tehokkuus kasvihuonekurkun viljelyssä

LED-valaistuksen soveltuvuudesta ja energian kulutuksesta ei ole korkeilla kasvustoilla aikaisemmin tehty kokeita. Tässä hankkeessa vertasimme LED-valaisinten soveltuvuutta kasvihuonekurkun valotukseen kun kontrollina oli HPS (suurpainenatrium)-valaisin. Kasvihuonekurkulla käytetään yleisesti ylävalojen lisäksi välivaloja, jotka asennetaan kasvuston puoliväliin valaisemaan alempia lehtikerroksia. Tutkimuksessa olivat ylä- ja välivaloina molemmat edellä mainitut valaisintyypit ja lisäksi mukana oli nk. hybridiratkaisu, jossa ylävalona oli HPS ja välivalona LED. LED-valona oli Valoya-yrityksen AP 67 valaisin ja HPS-valona Philipsin 400 W:n polttimot ylävalona ja 250 W:n polttimot välivalona. LED-ylävalon asennusteho oli 128 W/m2 ja välivalon 64 W/m2. HPS:n ylävalon asennusteho oli 180 W/m2 ja välivalon 56 W/m2. Viljelykokeita tehtiin kaksi, joista toinen oli talvella ja toinen kesällä. Koejäsenet oli sijoitettu eri viljelyhuoneisiin. Molemmissa kokeissa valotustunnit olivat samansuuruiset eri koejäsenissä. Kesällä valotettiin vähemmän kuin talvella johtuen suuresta luonnonvalon määrästä. Talviviljelyssä hybridihuoneessa (HPS+LED) viljellyn kurkun kilosato oli suurin (24kg/kasvi) ja LED (LED+LED) huoneen sato pienin (18 kg/kasvi). HPS huoneen sato oli 21 kg/kasvi. HPS (HPS+HPS) huoneen ja hybridihuoneen kurkkujen kappalemäärät olivat samat. Kesällä satomäärissä ei ollut eroja eri huoneiden välillä. LED huoneen kasvit olivat talvella pidempiä ja niissä oli vähemmän lehtiä kuin muissa huoneissa. LED huoneen kasvien lehtien koko oli suurin. Hybridihuoneen fotosynteesitehokkuus oli välivalon kohdalla muita huoneita parempi. HPS-ylävalon alla kasvaneiden kasvien ylälehtien lämpötila oli korkeampi kuin LED-valojen alla kasvaneiden kasvien. Lämpösäteily HPS-valaisimesta kohotti kasvien lämpötilaa, mikä edisti lehtien kehitysnopeutta ja kukka-aiheiden muodostumista. HPS välivalon läheisyydessä kurkunlehtien lämpötila oli 2-3 °C korkeampi kuin LED-valon läheisyydessä. Liian korkea lämpötila saattaa olla haitallinen kasvien kehityksen kannalta (mm. yhteyttämistehokkuus). LED huoneen sähkönkulutus oli 20-25 % muita huoneita pienempi kurkkukiloa kohti. Toisaalta LEDhuoneessa käytettiin talvella huomattavasti enemmän lämmitystä kurkkukiloa kohti kuin muissa huoneissa, koska LED-huoneessa sato oli keskitalvella alhainen. Alhaisen sadon syy oli mahdollisesti LEDhuoneen matala asennusteho. Hybridihuone kulutti talvella sähköä 10 % vähemmän kurkkukiloa kohti kuin HPS huone ja kesällä suunnilleen yhtä paljon. Tämän tutkimuksen perusteella hybridiratkaisu kurkun valotuksessa osoittautui tehokkaaksi valotusratkaisuksi ympärivuotisessa kurkun viljelyssä. Kokeessa käytetty LED-valaisin ei ollut riittävän tehokas ylävaloksi. Valotuksen ja lämmityksen käytön tulokset eri valaistustavoissa mahdollistavat vaihtoehtoisten valaistustapojen muuttuvien kustannusten ja mahdollisten investointikustannusten vertailun.A limited amount of data is available for the applicability and energy efficiency of LED lighting in highwire greenhouse production. In the present study we compared the performance of LED luminaires with the traditional HPS (high pressure sodium) lamps in a year-around cucumber production. In addition to top lighting, the experimental setup included interlighting in order to improve the lighting conditions at lower level of the canopy. Two independent experiments were conducted in winter and summer. Lighting treatments (top + interlighting) located in separate greenhouse compartments were: HPS+HPS, HPS+LED and LED+LED. LED luminaires (AP 67) were provided by Valoya Ltd. HPS bulbs were from Philips Ltd (400 W at the top and 250 W as interlighting). Installation powers applied for the top and interlighting were: LED 128 W/m2 and 64 W/m2, and HPS 180 W/m2 and 56 W/m2. Duration of daily supplementary lighting was depended on daily solar radiation and was equal in all compartments. In the winter experiment first class cucumber yield was higher (24 kg/plant) under HPS+LED lighting than under HPS+HPS (21 kg/plant) and LED+LED (18 kg/plant) lighting. The differences between the treatments were statistically significant. The highest fruit number per plant was in HPS+HPS and in HPS+LED. In the summer, no statistically significant yield differences were found. In the winter, plants in the LED+LED compartment were taller and had a lower number of leaves than plants in the other compartments. The rate of photosynthesis measured at the level of the interlights was highest in the HPS+LED compartment. Infrared radiation from the HPS lights warmed plant surfaces. The HPS lighting raised leaf temperatures 2 to 3 °C on the upper part of the canopy and at the level of interlights as compared to the LED lighting. This may have enhanced leaf and fruit formation rate and enhanced transport of assimilates to the fruits. Yet, leaf temperatures at the interlight height may have been higher than optimal for net photosynthesis. Electricity consumption (kWh/kg fruit) was 20 to 25 % lower in the LED+LED compartment than in the other compartments. However, in LED+LED fruit growth was low in mid-winter and heating needed to be increased to compensate for low heat output from the LED lighting. These factors resulted in significantly higher heat consumption (kWh/kg fruit) in LED+LED than in the other compartments. In summer electricity consumptions in HPS+LED did not differ from consumption in HPS+HPS but in winter the electricity consumption was 10 % lower in HPS+LED. The overall results of this study suggest that the HPS+LED lighting is an efficient lighting approach in the year-around high-wire cucumber production in Scandinavian conditions. It can be an alternative to the current HPS+HPS lighting. Pure LED+LED lighting could not perform as well as the other alternatives, mainly probably because total light output from the tested lighting could not drive optimal development and sufficient photosynthesis. The obtained data on lighting and heating in the three tested lighting systems allows calculation of direct energy costs and thus estimation of possible cost of investment

LED-mellanbelysningsförsök i ett tomatblockväxthus i Pjelax, Närpes

Växthusnäringen i Finland är energiintensiv och stigande energikostnader äventyrar branschen. Tidigare undersökningar visar att växthusbranschen kräver stora mängder energi gällande både uppvärmning och konstbelysning samtidigt som stora andelar fossila bränslen fortfarande används. Elförbrukningen står idag för ungefär 60 % av den totala energiförbrukningen för åretrunttomatodlarna och den stora konsumtionen gör odlarna väldigt beroende av elbolagen och de varierande priserna på marknaden. I projektet Växthus-LED (1.12.2012–31.11.2014) har LED-mellanbelysningen Hortishine från företaget Netled Oy installerats som komplement till den traditionella HPS-toppbelysningen (högtrycksnatriumlampor) och testats i ett tomatblockväxthus i Pjelax, Närpes. LED-armaturerna installerades på arealen 484 m2 (HPS+LED) i ett blockväxthus med arealen 6300 m2. Som referens fungerade ett område i samma växthus med arealen 484 m2 (HPS). HPS-lampornas eleffekt vid referensområdet (HPS) sänktes för att motsvara elinstallationseffekten vid hybridområdet (HPS+LED). I den här rapporten presenteras hur LED-försöket har utförts, vilken mätutrustning och hurudant försöksväxthus som använts. Rapporten innehåller även analyser och resultat som berör t.ex. skördeförändring, energifördelning och -förbrukning och strålningsnivåer på olika ställen i försöksväxthuset. I rapporten finns även ett kapitel där olika PAR-mätare och LED-växtbelysningsarmaturer av olika tillverkare utvärderas. I slutet av rapporten diskuteras projektresultaten. Resultaten visade att skördeskillnaderna mellan HPS+LED (hybridområdet) och HPS (referensområdet) var positiva men små, totalt 2,2 % större skörd under hela odlingssäsongen vid HPS+LED. Största skördeskillnaden var under de mörkaste månaderna med +6,6 % vid HPS+LED. Elförbrukningen [kWh/kg tomat] var ca 5,1 % lägre vid HPS+LED jämfört med HPS under hela säsongen. Vid mätningar på konstljus i laboratorieförhållande konstaterades att skillnaden mellan olika PAR-mätare är stor. Vid mätning av olika LED-växtarmaturer visade det sig att PAR-effektiviteten varierar. Bästa LED-armaturen är ca 25 % effektivare än en HPS-lampa, om man jämför mellanbelysning med toppbelysning. Slutsatsen är att det krävs bättre LED-teknik innan LED blir ett verkligt konkurrenskraftigt alter-nativ, men LED-växtbelysning kan mycket väl vara den dominerande ljuskällan i växthus i framtiden. Frågan är om 2,2 % större skörd och 5,1 % lägre elförbrukning per producerat kilogram tomat idag är tillräckligt för att odlarna skall välja LED som mellanbelysning. Varje odlare är unik med unika växthus och det är många faktorer som man måste tänka på vid en investeringskalkyl.Kasvihuone-elinkeino Suomessa kuluttaa paljon energiaa ja nousevat energian hinnat vaikeuttavat alan kannattavuutta. Aikaisempien tutkimusten mukaan kasvihuonetuotanto käyttää suuria ener-giamääriä sekä lämmitykseen että tekovalotukseen. Suuri osa energiasta tuotetaan edelleen fossiilisilla polttoaineilla. Sähkönkulutus on tänä päivänä noin 60 % kokonaisenergiasta ympärivuotisella tomaattiviljelmällä. Suuri kulutusmäärä tekee viljelijän hyvin riippuvaiseksi sähköyhtiöistä ja vaihtelevista sähkön hinnoista. Kasvihuonehankkeessa ”Växthus-LED” (1.12.2012-31.11.2014) Netled Oy:n Hortishine LED-valaisimia asennettiin välivaloiksi HPS (suurpainenatrium) –valaisimien ylävalotuksen lisäksi tomaat-tihuoneeseen Närpiöön. LED-valaisimet asennettiin 484 m2:n alalle blokkihuoneeseen, jonka koko-naispinta-ala oli 6300 m2. Kontrollina ilman välivaloja oli samassa blokkihuoneessa samankokoinen koeala kuin LED valaisimilla. HPS-lamppujen sähkötehoa vähennettiin kontrollialueella vastaamaan koealan HPS+LED sähkötehoa. Tässä raportissa esitellään LED-kokeen suoritus, mittalaitteet ja niiden käyttö kasvihuoneessa. Raportissa on lisäksi analyysit ja tulokset, mm. sadon määrien erot, energian jakautuminen ja –kulutus sekä valaistusolosuhteita eri puolilla kasvihuonetta. Raportissa on lisäksi kappale, jossa eri PAR-valomittareita ja eri valmistajien LED-valaisimia verrataan. Lopussa tarkastellaan tuloksia. Satotulos oli 2,2 % suurempi HPS+LED-koejäsenessä kuin kontrollissa. Suurin satoero koejäsen-ten välillä oli pimeimpinä talvikuukausina, 6,6 % suurempi sato HPS+LED-koejäsenessä kuin kontrol-lissa. Koko viljelyjakson aikana sähkönkulutus kWh/kg tomaatteja oli noin 5,1 % alhaisempi HPS+LED kuin kontrollissa. Laboratorio-olosuhteissa tehdyt mittaukset osoittivat, että eri valmistajien PAR-valomittarit antoivat hyvin erilaisia lukemia. Eri valmistajien LED-valaisimissa oli eroja PAR-tehokkuuksissa. Paras LED-valaisin oli noin 25 % tehokkaampi kuin HPS. Loppupäätelmä oli, että LED-tekniikan on kehityttävä tehokkaammaksi, jotta se olisi varteenotettava kilpailija HPS:lle. Tulevaisuudessa LED-valot voivat hyvinkin olla pääasiallisin valon lähde kasvihuonevalaistuksessa. Viljelijän on mietittävä jos 2,2 % korkeampi sato ja 5,5 % alhaisempi sähkönkulutus tuotettua tomaattikiloa kohti tänäpäivänä ovat riittävästi, jotta välivaloksi valitaan LED. Jokaisella viljelijällä on kuitenkin erilaiset olosuhteet ja viljelystrategiat erilaisissa kasvihuoneissa, jotka vaikuttavat investointilaskemiin.201

Defect localization by an extended laser source on a hemisphere

The primary goal of this study is to localize a defect (cavity) in a curved geometry. Curved topologies exhibit multiple resonances and the presence of hotspots for acoustic waves. Launching acoustic waves along a specific direction e.g. by means of an extended laser source reduces the complexity of the scattering problem. We performed experiments to demonstrate the use of a laser line source and verified the experimental results in FEM simulations. In both cases, we could locate and determine the size of a pit in a steel hemisphere which allowed us to visualize the defect on a 3D model of the sample. Such an approach could benefit patients by enabling contactless inspection of acetabular cups.Peer reviewe

The atomic simulation environment — a python library for working with atoms

The Atomic Simulation Environment (ASE) is a software package written in the Python programming language with the aim of setting up, steering, and analyzing atomistic simula- tions. In ASE, tasks are fully scripted in Python. The powerful syntax of Python combined with the NumPy array library make it possible to perform very complex simulation tasks. For example, a sequence of calculations may be performed with the use of a simple "for-loop" construction. Calculations of energy, forces, stresses and other quantities are performed through interfaces to many external electronic structure codes or force fields using a uniform interface. On top of this calculator interface, ASE provides modules for performing many standard simulation tasks such as structure optimization, molecular dynamics, handling of constraints and performing nudged elastic band calculations

Establishing homogeneity of the universe in the shadow of dark energy

Assuming the universe is spatially homogeneous on the largest scales lays the foundation for almost all cosmology. This idea is based on the Copernican principle, that we are not at a particularly special place in the universe. Surprisingly, this philosophical assumption has yet to be rigorously demonstrated independently of the standard paradigm. This issue has been brought to light by cosmological models which can potentially explain apparent acceleration by spatial inhomogeneity rather than dark energy. These models replace the temporal fine tuning associated with Lambda with a spatial fine tuning, and so violate the Copernican assumption. While is seems unlikely that such models can really give a realistic solution to the dark energy problem, they do reveal how poorly constrained radial inhomogeneity actually is. So the bigger issue remains: How do we robustly test the Copernican principle independently of dark energy or theory of gravity?Comment: 40 pages, 15 figures. Accepted review article to appear in a special volume of the "Comptes Rendus de l'Academie des Sciences" about Dark Energy and Dark Matte

The wide-field, multiplexed, spectroscopic facility WEAVE : survey design, overview, and simulated implementation

Funding for the WEAVE facility has been provided by UKRI STFC, the University of Oxford, NOVA, NWO, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), the Isaac Newton Group partners (STFC, NWO, and Spain, led by the IAC), INAF, CNRS-INSU, the Observatoire de Paris, Région Île-de-France, CONCYT through INAOE, Konkoly Observatory (CSFK), Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA Heidelberg), Lund University, the Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), the Swedish Research Council, the European Commission, and the University of Pennsylvania.WEAVE, the new wide-field, massively multiplexed spectroscopic survey facility for the William Herschel Telescope, will see first light in late 2022. WEAVE comprises a new 2-degree field-of-view prime-focus corrector system, a nearly 1000-multiplex fibre positioner, 20 individually deployable 'mini' integral field units (IFUs), and a single large IFU. These fibre systems feed a dual-beam spectrograph covering the wavelength range 366-959 nm at R ∼ 5000, or two shorter ranges at R ∼ 20,000. After summarising the design and implementation of WEAVE and its data systems, we present the organisation, science drivers and design of a five- to seven-year programme of eight individual surveys to: (i) study our Galaxy's origins by completing Gaia's phase-space information, providing metallicities to its limiting magnitude for ∼ 3 million stars and detailed abundances for ∼ 1.5 million brighter field and open-cluster stars; (ii) survey ∼ 0.4 million Galactic-plane OBA stars, young stellar objects and nearby gas to understand the evolution of young stars and their environments; (iii) perform an extensive spectral survey of white dwarfs; (iv) survey  ∼ 400 neutral-hydrogen-selected galaxies with the IFUs; (v) study properties and kinematics of stellar populations and ionised gas in z 1 million spectra of LOFAR-selected radio sources; (viii) trace structures using intergalactic/circumgalactic gas at z > 2. Finally, we describe the WEAVE Operational Rehearsals using the WEAVE Simulator.PostprintPeer reviewe

The wide-field, multiplexed, spectroscopic facility WEAVE: Survey design, overview, and simulated implementation

WEAVE, the new wide-field, massively multiplexed spectroscopic survey facility for the William Herschel Telescope, will see first light in late 2022. WEAVE comprises a new 2-degree field-of-view prime-focus corrector system, a nearly 1000-multiplex fibre positioner, 20 individually deployable 'mini' integral field units (IFUs), and a single large IFU. These fibre systems feed a dual-beam spectrograph covering the wavelength range 366$-$959\,nm at $R\sim5000$, or two shorter ranges at $R\sim20\,000$. After summarising the design and implementation of WEAVE and its data systems, we present the organisation, science drivers and design of a five- to seven-year programme of eight individual surveys to: (i) study our Galaxy's origins by completing Gaia's phase-space information, providing metallicities to its limiting magnitude for $\sim$3 million stars and detailed abundances for $\sim1.5$ million brighter field and open-cluster stars; (ii) survey $\sim0.4$ million Galactic-plane OBA stars, young stellar objects and nearby gas to understand the evolution of young stars and their environments; (iii) perform an extensive spectral survey of white dwarfs; (iv) survey $\sim400$ neutral-hydrogen-selected galaxies with the IFUs; (v) study properties and kinematics of stellar populations and ionised gas in $z<0.5$ cluster galaxies; (vi) survey stellar populations and kinematics in $\sim25\,000$ field galaxies at $0.3\lesssim z \lesssim 0.7$; (vii) study the cosmic evolution of accretion and star formation using $>1$ million spectra of LOFAR-selected radio sources; (viii) trace structures using intergalactic/circumgalactic gas at $z>2$. Finally, we describe the WEAVE Operational Rehearsals using the WEAVE Simulator.Comment: 41 pages, 27 figures, accepted for publication by MNRA

The wide-field, multiplexed, spectroscopic facility WEAVE: Survey design, overview, and simulated implementation

WEAVE, the new wide-field, massively multiplexed spectroscopic survey facility for the William Herschel Telescope, will see first light in late 2022. WEAVE comprises a new 2-degree field-of-view prime-focus corrector system, a nearly 1000-multiplex fibre positioner, 20 individually deployable 'mini' integral field units (IFUs), and a single large IFU. These fibre systems feed a dual-beam spectrograph covering the wavelength range 366−959\,nm at R∼5000, or two shorter ranges at R∼20000. After summarising the design and implementation of WEAVE and its data systems, we present the organisation, science drivers and design of a five- to seven-year programme of eight individual surveys to: (i) study our Galaxy's origins by completing Gaia's phase-space information, providing metallicities to its limiting magnitude for ∼3 million stars and detailed abundances for ∼1.5 million brighter field and open-cluster stars; (ii) survey ∼0.4 million Galactic-plane OBA stars, young stellar objects and nearby gas to understand the evolution of young stars and their environments; (iii) perform an extensive spectral survey of white dwarfs; (iv) survey ∼400 neutral-hydrogen-selected galaxies with the IFUs; (v) study properties and kinematics of stellar populations and ionised gas in z1 million spectra of LOFAR-selected radio sources; (viii) trace structures using intergalactic/circumgalactic gas at z>2. Finally, we describe the WEAVE Operational Rehearsals using the WEAVE Simulator

Oksidointi-/bondausalueen työntehon parantaminen

Tämä insinöörityö tehtiin Okmetic Oy:n oksidointi- ja bondausalueelle. Työssä tarkasteltiin alueen tämän hetken kokonaisuutta ja selvitettiin, mistä laitteiden eri vaihtelut ja käytettävyydet johtuu. Haluttu lopputulos oli jonkinlainen työkalu, joka kertoo prosessoijalle, milloin ja mitä vuoron pitää aikana tehdä. Työkalun tarkoituksena oli myös viestiä seuraavalle vuorolle alueen tilanteen, mikä mahdollistaa jatkuvan suunnittelun. Työn teoriaosuudessa esitettiin toimintaympäristö, joka sisälsi yritysesittelyn, piikiekon valmistuksen, paneuduttiin tarkemmin oksidointi- ja bondausalueen työvaiheisiin. Teoriaosuudessa perehdyttiin myös lean-filosofian periaatteisiin ja niiden hyötyihin työssä. Tämän jälkeen työssä käytiin läpi tuotannolle teetetty kysely, sen tulokset ja kehitysideat. Lisäksi työssä käytiin läpi Okmeticin Arrow-seurannan antamaa dataa ja pohditaan sen tuloksia. Tulevaa suunnittelutyökalua kehitettiin oksidointi- ja bondausalueelle. Työn tehtäväksi tuli luoda ajoitusseurantataulukko, jonka avulla pystyttiin suunnittelutyökalun testivaiheessa samaan palautetta ja seuraamaan, mitä ongelmia ja parannuksia tuleva suunnittelutyökalu tarvitsee. Yhteenvetona oli huomattavissa useita korjaus- ja parannusmahdollisuuksia tulevalle suunnittelutyökalulle. Kysymykset antoivat myös kehitysideoita tuotantoon. Lisäksi työssä pohditaan, mitä vaikeuksia tulevan suunnittelutyökalun käyttöönotossa voi esiintyä.This Bachelors study was made for Okmetic Oy oxidation and bonding workstation. The purpose was to figure out the current situation of the workstation and the different utilization of the machines. The end goal was to create a tool that would present the processor what and when is needed to be done during the workday. The tool was also meant to be used as a means of communication between the work shifts and it would ensure a fluent plan for the workstation. The theoretical part contains an introduction to Okmetic, wafer manufacturing, and a closer look on the work steps that are included in the oxidation and bonding workstation. The theoretical part also introduces the basics of lean-philosophy and its benefit for this project. After the theoretical part the thesis goes through an inquiry that was made for workstation, goes through its answers, and lastly given the conclusion of it. Additionally, the data and reports that are available with Okmetic’s Arrow application are presented in the thesis. Because of the planning tool that was meant to be implemented to the oxidation and bond-ing workstation, the goal was to make a worksheet, which would track down the progress during the test phase of the planning tool. To gather information and feedback from the test phase was the purpose of the worksheet. There are many improvements and adjustments that still need to be implemented in the future for the planning tool. The inquiry also gave some development ideas to the produc-tion. Additionally, the thesis clarifies what kind of problems may arise in the introduction of a new planning tool