一, Η τεχνική αρχή είναι οι διάφοροι τρόποι με τους οποίους εκπέμπονται τα φωτόνια.
1. Το κύριο μέρος του τρόπου λειτουργίας των φώτων LED
Τα LED (Light Emitting Diodes) εκπέμπουν φως ορισμένων μηκών κύματος ανασυνδυάζοντας ηλεκτρόνια και οπές σε ημιαγωγούς ημιαγωγών. Το εύρος ζώνης του υλικού καθορίζει το φασματικό εύρος. Για παράδειγμα:
Τσιπ που βασίζεται-InGaN: εκπέμπει μπλε φως μεταξύ 450 και 470 nm, το οποίο χρησιμοποιείται για το στάδιο ανάπτυξης των φυτών όταν χρειάζονται θρεπτικά συστατικά.
Τσιπ με βάση το AlGaInP-: εκπέμπει κόκκινο φως μεταξύ 620 και 660 nm για να βοηθήσει τα λουλούδια να ανθίσουν και να ωριμάσουν τα φρούτα.
Τεχνολογία μετατροπής φωσφόρου: Όταν εκπέμπετε μπλε φως σε κίτρινη φθορίζουσα σκόνη, δημιουργείται λευκό φως πλήρους{0}}φάσματος που μοιάζει με φυσικό φως.
Τα LED μπορούν να παράγουν περισσότερο από 200lm/W φωτός, έχουν χαμηλό ρυθμό αποσύνθεσης φωτός και διαρκούν περισσότερες από 50000 ώρες. Αυτό είναι πολύ ανώτερο από τις παραδοσιακές πηγές φωτός.
2. Ειδικά σχεδιασμένοι λαμπτήρες καλλιέργειας για φυτά
Ένας λαμπτήρας ανάπτυξης φυτών είναι μια μοναδική πηγή φωτός που κατασκευάζεται για φωτοσύνθεση. Υπάρχουν δύο τύποι τεχνικών μονοπατιών για αυτό:
Εξειδικευμένο φυτικό φως LED: χρησιμοποιώντας ένα μείγμα κόκκινων και μπλε τσιπς (όπως αναλογία 3:1) ή προσθέτοντας πολύ κόκκινο φως (730 nm) για να ελέγξετε πώς μεγαλώνουν και αλλάζουν σχήμα τα φυτά.
Οι τύποι βελτίωσης για παραδοσιακές πηγές φωτός περιλαμβάνουν λαμπτήρες νατρίου υψηλής{{0}πίεσης (HPS) που αυξάνουν την ποσότητα του κόκκινου φωτός φάσματος ή λαμπτήρες φθορισμού που ενσωματώνουν φωσφόρους σπάνιων γαιών για την ενίσχυση της απόδοσης ορισμένων ζωνών.
Το σύστημα Philips GrowWise, για παράδειγμα, αλλάζει την ποσότητα του κόκκινου (660nm), του μπλε (450nm) και του λευκού φωτός που χρησιμοποιεί για να έχει 15% υψηλότερη παραγωγή τομάτας και 20% υψηλότερη περιεκτικότητα σε βιταμίνη C.
2, Spectral Design: Εύρεση ισορροπίας μεταξύ του τι χρειάζονται τα φυτά και του πώς φαίνονται τα πράγματα
1. Πώς εξαρτάται η φωτοσύνθεση των φυτών από το μήκος κύματος
Η φυτική χλωροφύλλη απορροφά το μπλε φως με τον καλύτερο τρόπο μεταξύ 400 και 500 nm και το κόκκινο φως το καλύτερο μεταξύ 600 και 700 nm.
Το μπλε φως (450 nm) εμποδίζει τα στελέχη να μεγαλώνουν περισσότερο, βοηθά στην παραγωγή περισσότερης χλωροφύλλης και κάνει καλύτερη χρήση του αζώτου.
Το κόκκινο φως (660 nm) βοηθά στη δημιουργία ορμονών ανθοφορίας όπως η ζεατίνη και κάνει τη ζάχαρη των φρούτων να συσσωρεύεται πιο γρήγορα.
Μακρινό κόκκινο φως (730nm): Ελέγχει την απόκριση αποφυγής σκιάς αλλάζοντας την αναλογία R/FR για τη βελτίωση της δομής του φυτού.
Πειράματα έδειξαν ότι η αναλογία κόκκινου προς μπλε φωτός 4:1 ενισχύει τη συσσώρευση ξηρής ουσίας στο μαρούλι κατά 30%, ενώ τα φυτά είναι ευαίσθητα σε διατροφική ανισορροπία όταν εκτίθενται σε μονοχρωματικό φως.
2. Η φασματική στρατηγική των φώτων LED και του φωτισμού για την ανάπτυξη των φυτών
Τα φώτα LED γενικής χρήσης χρησιμοποιούν κυρίως λευκό φως πλήρους φάσματος, το οποίο καλύπτει το εύρος μήκους κύματος 400–700 nm. Ωστόσο, επειδή έχουν μια σταθερή αναλογία κόκκινου προς μπλε φωτός (περίπου 1:2), είναι δύσκολο να ανταποκριθούν στις ανάγκες του κύκλου ανάπτυξης των φυτών.
Μια λάμπα για την καλλιέργεια φυτών: Για παράδειγμα, ένας συνδυασμός πολλαπλών-τσιπ μπορεί να ρυθμίσει το φάσμα:
Διατροφική περίοδος ανάπτυξης: Η αναλογία του κόκκινου προς το μπλε φως είναι 3:1, που βοηθά τα φύλλα να αναπτυχθούν.
Περίοδος αναπαραγωγικής ανάπτυξης: Για να ανθίσουν τα φυτά, αυξήστε την ποσότητα του μακριού κόκκινου φωτός στο 15%.
Κατά το στάδιο της διόγκωσης των καρπών, αυξήστε την ποσότητα του κόκκινου φωτός στο 70% και διευκολύνετε την αλλαγή του σακχάρου.
Το εργοστάσιο εργοστάσιο Mirai στην Ιαπωνία χρησιμοποιεί έλεγχο φάσματος πολλαπλών στρώσεων για να αυξήσει την περιεκτικότητα σε VC του μαρουλιού σε 1,8 φορές μεγαλύτερη από εκείνη της φύτευσής του έξω και να μειώσει τον κύκλο παραγωγής κατά 20%.
3,Σύγκριση ενεργειακής απόδοσης: Κύριες διαφορές στο μακροπρόθεσμο λειτουργικό κόστος-
1. Διαχείριση της απόδοσης θερμότητας και φωτός
Φώτα LED: Έχουν απόδοση ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής περίπου 60% και δεν παράγουν πολλή θερμότητα, επομένως μπορούν να τοποθετηθούν κοντά στον θόλο του φυτού (10–30 cm) για να κάνουν την ένταση φωτός ανά μονάδα επιφάνειας 3–5 φορές μεγαλύτερη.
Φως κανονικής ανάπτυξης φυτών:
Λάμπα HPS: Επειδή λειτουργεί μόνο το 30% του χρόνου, χρειάζεται να απελευθερωθεί πολλή θερμότητα μέσω του συστήματος κλιματισμού, γεγονός που κάνει τη χρήση ενέργειας να αυξάνεται κατά 40%.
Λαμπτήρας φθορισμού: Η απόδοση είναι περίπου 50%, αλλά το φάσμα είναι απλωμένο, επομένως πρέπει να χρησιμοποιήσετε περισσότερους από έναν λαμπτήρες για να ολοκληρώσετε τη δουλειά.
2. Ανάλυση του κόστους του κύκλου ζωής
Για παράδειγμα, ένα κάθετο αγρόκτημα στο Shenzhen:
Σύστημα LED: Το αρχικό κόστος είναι σημαντικό, αλλά η ετήσια χρήση ισχύος είναι μόνο 120000 kWh και η συντήρηση είναι φθηνή.
Το σύστημα HPS έχει ένα μέτριο αρχικό κόστος, αλλά χρησιμοποιεί 280.000 kWh ισχύ κάθε χρόνο και οι λαμπτήρες πρέπει να αλλάζουν κάθε δύο χρόνια, γεγονός που καθιστά το συνολικό κόστος πολύ υψηλό.
Το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO) των συστημάτων LED είναι 35% χαμηλότερο από αυτό των συστημάτων HPS σε μια περίοδο 5 ετών και ο χώρος που χρησιμοποιούν είναι 8 φορές μεγαλύτερος.
4, Εφαρμογή στη βιομηχανία: μετάβαση από το εργαστήριο στις εμπορικές εγκαταστάσεις παραγωγής
1. Εργοστάσιο φυτών: ένα πρότυπο για την κατασκευή αντικειμένων στα εργοστάσια
Το Sky Greens στη Σιγκαπούρη χρησιμοποιεί ένα -σχήμα Α τρισδιάστατο ράφι ανάπτυξης με λωρίδες φωτός LED σε κάθε επίπεδο που μπορούν να αλλάξουν σε διαφορετικές γωνίες. Η προσέγγιση "πρωινό κόκκινο φως + απογευματινό μπλε φως" ώρα-κοινής παροχής φωτός αυξάνει την απόδοση πράσινων λαχανικών ανά μονάδα επιφάνειας κατά τέσσερις φορές και μειώνει τη χρήση νερού κατά 92%.
2. Κάθετη γεωργία: Μια αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο οι πόλεις χρησιμοποιούν το διάστημα
Ένα σύστημα καλλιέργειας LED πολλαπλών-στρώσεων χρησιμοποιείται σε ένα έργο στο Ντουμπάι όπου το νερό είναι σπάνιο. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί μόνο 2,5 λίτρα νερού ανά κιλό λαχανικών, γεγονός που εξοικονομεί το 98% του νερού σε σύγκριση με τις παραδοσιακές φάρμες. Χρησιμοποιεί επίσης δυναμικό έλεγχο φάσματος για να συνεχίσει την παραγωγή όλο το χρόνο.
3. Κηπουρική στο σπίτι: κάνοντας την εξατομικευμένη φύτευση πιο δημοφιλής
Τα προϊόντα της σειράς AeroGarden διαθέτουν κόκκινες, μπλε και λευκές λυχνίες LED που μπορούν να ελεγχθούν από μια εφαρμογή. Αυτό μπορεί να μειώσει τον κύκλο ανάπτυξης των φυτών βανίλιας κατά 30% και να κάνει τη φύτευση σε μπαλκόνι πέντε φορές πιο αποτελεσματική.
4. Προβλήματα και χρήσεις παλιών-μοντέρνων φώτων LED
Τα φώτα LED γενικής χρήσης μπορεί να προκαλέσουν καθυστέρηση 7 ημερών στην περίοδο ανθοφορίας των χρυσάνθεμων επειδή το φάσμα τους είναι σταθερό. Στο στάδιο της καλλιέργειας δενδρυλλίων μαρουλιού, όπου πρέπει να σταματήσει η επιμήκυνση του στελέχους, οι λυχνίες LED που δεν έχουν ρύθμιση πολύ κόκκινου φωτός είναι πιθανό να αναπτυχθούν πάρα πολύ και να μειώσουν την απόδοση του προϊόντος.
