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Artificial Lighting Options For greenhouse‐and Indoor‐Based Hydroponic Lettuce Production

Krishna Nemali Ph.D.Assistant Professor and Extension Specialist

Department of Horticulture and Landscape ArchitecturePurdue University, West Lafayette

Tel: 765‐494‐8179Email: KNEMALI@Purdue.edu

Lettuce requires a daily total of 15 to 20 mol/m2 of light

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How much sunlight do we get inside greenhouse?

0

5

10

15

20

25

30

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

DLI (moles/m

2/day)

Chronological day

WinterWinter

Electrical energy consumption: KWh

Kilo Watt hour (KWh): A measure of electrical energy consumption; equivalent to 1000 W of electrical power consumed in an hour.

Electrical companies charge based on number of KWh ($11 to 13 cents/KWh)

Example:  HPS lamps: 1000 W or 1 KWh

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Price per KWh is continuously increasing in the US

$235SE 400W $450DE 1000W 320 W      $750

Supplemental lighting options for greenhouse

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T 8 Fluorescent ($ 100) Fluence RazrX ($320)

Phillips Green Power ($360) Total Grow ($ 340) 

LED options for vertical farming

How to determine which lighting option is best for you?

Electrical Energy Efficiency (EEE)

Fixtures with highest EEE are the best

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EEE has two components•Photon Efficiency (PE)•Light Use Efficiency (LUE)

EEE = PE × LUE

Photon Efficiency (PE)

• It is light output per unit energy input

• Photon efficiency =  /

/= 2.38 μ /J

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Electrical Cost vs. Photon Efficiency

Bench

Photon Efficiency

Highest

Lowest

8‐10’

1’

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Light Use Efficiency (LUE)

Weight of lettuce produced per mol of light received by plants (lb/mol)

What is a mole of light?‐ total light received in a unit area during crop growth

What is the difference between a mole of light received by these fixtures?

Red: Blue LED

Mole of light measures intensity but does not indicate what type or quality of light is included in the mole 

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8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4400

411

422

433

444

455

466

477

488

499

510

521

532

543

554

565

576

587

598

609

620

631

642

653

664

675

686

697

Incident light

‐0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

400

411

422

433

444

455

466

477

488

499

510

521

532

543

554

565

576

587

598

609

620

631

642

653

664

675

686

697

Reflected Light

Why does light quality matter?

Green waveband is reflected more

Reflected light is wastedBlue Green Red

https://bam.files.bbci.co.uk/bam/live/content/zg4tvcw/large

Why does light quality matter?

Blue and green light is absorbed by non‐chlorophyll pigments

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Why does light quality matter?

Photosynthesis is lower under green light

20% Blue 60% Blue

Intensity received is similar but leaf area is smaller under more blue

Why does light quality matter?

358 cm2 286 cm2

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Fixture 1 Fixture 2vs.

Light Use Efficiency (LUE)

Weight of lettuce produced per mol of light received by plants (lb/mol)

Light quality in a mole of light received will affect crop growth and LUE

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EEE = PE × LUE

Engineering Plant Biology

Electrical Energy Efficiency