1. Ο Φασματικός Κώδικας Φωτοσύνθεσης στα Φυτά
Οι χλωροπλάστες έχουν φωτοσύστημα I και II, τα οποία είναι αρκετά επιλεκτικά σχετικά με τα φάσματα που χρησιμοποιούν για να μετατρέψουν την φωτεινή ενέργεια σε χημική ενέργεια. Η χλωροφύλλη a/b απορροφά καλύτερα το φως στη ζώνη του κόκκινου φωτός στα 660 nm και στη ζώνη του μπλε φωτός στα 450 nm. Αυτό αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 90% της μετατροπής της φωτεινής ενέργειας. Τα καροτενοειδή βοηθούν στην απορρόφηση του μπλε-ιώδους φωτός μεταξύ 400 και 500 nm, δημιουργώντας ένα σύστημα που συλλαμβάνει και τους δύο τύπους φωτός.
Όταν η ποσότητα του κόκκινου φωτός είναι 80%, τα πειράματα αποκαλύπτουν ότι οι ντομάτες μπορεί να φωτοσυνθέσουν 50% πιο γρήγορα και κάθε φρούτο μπορεί να κερδίσει 14% έως 30% σε βάρος. Χρησιμοποιώντας τη ρύθμιση του μπλε φωτός, η βάση φύτευσης τριαντάφυλλου Yunnan κάνει τους μίσχους 20% παχύτερους και τα πέταλα 35% πιο ομοιόμορφο χρώμα. Το μπλε φως ελέγχει με ακρίβεια την αγωγιμότητα των πόρων, γι' αυτό συμβαίνει αυτό. Σε μήκος κύματος 450 nm, το άνοιγμα των πόρων αυξάνεται κατά 22%, και η αποτελεσματικότητα της απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται πολύ.
Τα φυτά μπορεί να αντανακλούν έως και το 60% του πράσινου φωτός (520–610 nm), αλλά μπορεί επίσης να κάνει τα κάτω φύλλα να φωτοσυνθέτουν 18% πιο αποτελεσματικά αφού περάσει από τον θόλο. Η δοκιμή της Mitsubishi Chemical στην Ιαπωνία αποκάλυψε ότι η προσθήκη 5% πράσινου φωτός στο κόκκινο μπλε σύνθετο φως ενίσχυσε την παραγωγή μαρουλιού κατά 12%. Αυτό έλυσε το πρόβλημα της απώλειας φωτός σε φύτευση υψηλής-πυκνότητας.
2. Η φασματική επανάσταση της τεχνολογίας LED
Υπάρχουν τρία κύρια προβλήματα με τις παραδοσιακές πηγές φωτός: οι λαμπτήρες νατρίου υψηλής-πίεσης μετατρέπουν μόνο το 12% της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία. Τα φάσματα των λαμπτήρων φθορισμού έχουν έκπτωση έως και 40% από αυτό που χρειάζονται τα φυτά. και οι λάμπες αλογονιδίου μετάλλων εκπέμπουν πολύ μεγάλη-υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία κάνει τα φυτά να αναπτύσσονται πολύ γρήγορα. Το LED έχει επιτύχει την ακριβή προσαρμογή του φάσματος μέσω της βελτίωσης του υλικού ημιαγωγών.
Τεχνολογία μονοχρωματικού οπτικού τσιπ: μπορεί να εκπέμψει καθαρά φάσματα με σφάλμα μήκους κύματος αιχμής ± 2 nm χρησιμοποιώντας το σύστημα υλικού InGaN/GaN. Οι ημιαγωγοί της σειράς OSLON Square της Osram έχουν απόδοση φωτός 3,2 μ mol/J στη ζώνη κόκκινου φωτός των 660 nm. Αυτό είναι 300% υψηλότερο από αυτό των κανονικών πηγών φωτός.
Δυναμικός φασματικός έλεγχος: Το σύστημα Philips GrowWise χρησιμοποιεί τεχνολογία IoT για να αλλάξει τις φασματικές αναλογίες με βάση τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσονται τα φυτά. Για να σταματήσει η επέκταση του υποκοτυλίκου, η ποσότητα του μπλε φωτός αυξήθηκε στο 30% κατά τη διάρκεια του σταδίου δενδρυλλίων. Για να βοηθηθεί η ανάπτυξη των μπουμπουκιών ανθέων, η ποσότητα του κόκκινου φωτός αυξήθηκε στο 85% κατά το στάδιο της ανθοφορίας. Για να μεγαλώσει ο καρπός, εισήχθη πολύ κόκκινο φως (730 nm) κατά την περίοδο καρποφορίας.
Η χρήση κεραμικών υποστρωμάτων και τεχνολογίας υγρής ψύξης για τη διατήρηση της θερμοκρασίας λειτουργίας των LED κάτω από τους 45 βαθμούς είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στη θερμική διαχείριση. Εκπέμπει 60% λιγότερη θερμότητα από τις κανονικές πηγές φωτός, επομένως τα φώτα μπορούν να τοποθετηθούν μόνο 15 cm μακριά από το θόλο του φυτού και αξιοποιεί καλύτερα τον χώρο κατά 4 φορές.
3. Η «Ελεγχόμενη από το φως Εποχή» της Γεωργίας
Το έξυπνο θερμοκήπιο στο Shouguang, Shandong, χρησιμοποιεί φώτα LED για να βοηθήσει στην καλλιέργεια ντομάτας. Αυτή η τεχνολογία παράγει 60 kg/m² ντομάτας ετησίως, που είναι τρεις φορές περισσότερες από τις παραδοσιακές μεθόδους. Η φύτευση "τρισδιάστατων-ραφιών" γίνεται δυνατή με τη χρήση αναλογίας κόκκινου και μπλε φωτός 6:1. Αυτό αυξάνει την απόδοση παραγωγής ανά μονάδα επιφάνειας κατά 500%. Το θερμοκήπιο της ερήμου στην Εσωτερική Μογγολία δίνει στα αγγούρια 4 έως 6 επιπλέον ώρες φωτός κάθε μέρα σε συννεφιασμένες και χιονισμένες μέρες (με ένταση 200 μ mol/m² · s). Αυτό κάνει τα αγγούρια να μεγαλώνουν 25% περισσότερο από ό,τι συνήθως, γεγονός που λύνει το πρόβλημα της χαμηλής παραγωγικότητας σε κακές καιρικές συνθήκες.
Η τεχνολογία LED αλλάζει τον τρόπο που κατασκευάζονται τα πράγματα στη σφαίρα των εργοστασίων φυτών. Η Mirai Company στην Ιαπωνία χρησιμοποιεί φώτα LED πλήρους φάσματος (συμπεριλαμβανομένου του UV-A 380nm και μακρυά κόκκινου φωτός 730nm) για να ενισχύσει την περιεκτικότητα του μαρουλιού σε βιταμίνη C κατά 18% και το επίπεδο ανθοκυανίνης κατά 25%. Ελέγχοντας τη φωτοπερίοδο (16 ώρες κόκκινο φως και 8 ώρες σκοτάδι), ο χρόνος που χρειάζεται για να ωριμάσουν οι φράουλες μειώνεται στο ένα-ένα τρίτο από αυτό που θα ήταν με την τυπική φύτευση. Αυτό σημαίνει ότι οι φράουλες είναι διαθέσιμες όλο το χρόνο.
