1. Τεχνική αρχή: Τα LED φωτιστικά φυτών έχουν πρόβλημα με το "κρύο" και το "ζεστό".
Τα κύρια πλεονεκτήματα των φυτικών φώτων LED είναι ότι είναι πολύ ακριβή όσον αφορά το χρώμα και καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Τα φυτά χρησιμοποιούν κυρίως κόκκινο φως (620–680nm) και μπλε φως (430–460nm) για τη φωτοσύνθεση. Τα φώτα LED, από την άλλη πλευρά, εστιάζουν την ενέργεια στην περιοχή αιχμής απορρόφησης των φυτών χρησιμοποιώντας ένα τσιπ κόκκινου φωτός (660nm) και ένα τσιπ μπλε φωτός (460nm). Τα LED είναι πολύ πιο αποτελεσματικά στη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια από τους λαμπτήρες HPS, οι οποίοι κάνουν μόνο το 30% της εργασίας. Εξαιτίας αυτού, ονομάζεται «πηγή ψυχρού φωτός». Η θερμοκρασία της επιφάνειάς του είναι συνήθως κάτω από 50 βαθμούς και όταν είναι κοντά στις λεπίδες (20–50 cm), δεν θα τις κάψει. Το ποσοστό χρήσης της φωτεινής ενέργειας φτάνει το 95%, αν και οι λαμπτήρες HPS χρησιμοποιούν μόνο το 35%.
Ο όρος "πηγή ψυχρού φωτός", από την άλλη πλευρά, μπορεί να το κάνει να φαίνεται ότι η διαχείριση της θερμότητάς του είναι πιο περίπλοκη από ό,τι είναι. Ακόμα κι αν τα LED δεν εκπέμπουν πολύ θερμότητα απευθείας, παρόλα αυτά εκπέμπουν περίπου το 20% της σπατάλης θερμότητας όταν μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε φως. Για παράδειγμα, μια λυχνία LED 12 Watt έχει ισχύ εξόδου περίπου 10 Watt και περίπου 8 Watt μετατρέπονται σε θερμότητα. Εάν ο σχεδιασμός απαγωγής θερμότητας δεν είναι αρκετά καλός (για παράδειγμα, εάν δεν χρησιμοποιείται αρκετό αλουμίνιο ή η θερμική αγωγιμότητα είναι ασθενής), η θερμοκρασία της επιφάνειας της λάμπας μπορεί να υπερβεί τους 65 βαθμούς, γεγονός που θα προκαλούσε τη συσσώρευση θερμότητας σε ορισμένες περιοχές και θα συντομεύσει τη διάρκεια ζωής και τη σταθερότητα της πηγής φωτός. Επιπλέον, οι «κρύες» ιδιότητες των LED μπορεί να επιδεινώσουν την απώλεια θερμότητας του θερμοκηπίου το χειμώνα, όταν οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές στο βορρά. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται περισσότερη θέρμανση για να διατηρηθεί η θερμοκρασία των καλλιεργειών σε ανάπτυξη.
2. Πρακτική χρήση: ένα σχέδιο για τη συνεργασία LED και HPS για να παρέχουν επιπλέον φως
Ως απάντηση στην «κρύα» δυσκολία των LED, η βιομηχανία εξέτασε έναν τρόπο για τους λαμπτήρες LED και HPS να συνεργάζονται για να παρέχουν επιπλέον φως, κάτι που οδήγησε σε βελτιώσεις τόσο στον φωτισμό όσο και στη θερμοκρασία. Στα βόρεια θερμοκήπια, η θερμότητα που παράγεται από τους λαμπτήρες HPS είναι μια «κλειδί ώθηση». Η θερμότητα που εκπέμπουν ενώ είναι αναμμένα μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία μέσα στο θερμοκήπιο ενώ παράλληλα εκπέμπει επιπλέον φως, το οποίο μειώνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση. Τα φώτα LED καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια συνολικά, γεγονός που μειώνει το κόστος. Για παράδειγμα, σε ένα θερμοκήπιο στο Shouguang της Shandong, που καλλιεργεί ντομάτες, χρησιμοποιώντας φωτάκια LED και HPS για επιπλέον φως μείωσε τον κύκλο ανάπτυξης κατά 5-7 ημέρες, αύξησε την παραγωγή κατά 15-20%, αύξησε την περιεκτικότητα σε ζάχαρη του φρούτου κατά 1-2 ποσοστιαίες μονάδες και έκανε το χρώμα πιο φωτεινό. Όταν καλλιεργούνται φράουλες, η θερμότητα από το HPS και το ακριβές κόκκινο και μπλε φως από το LED μπορούν να αυξήσουν το ποσοστό πήξης των καρπών κατά περισσότερο από 20%, το μέσο βάρος του καρπού κατά 10% και τον χρόνο που χρειάζεται για να ωριμάσει ο καρπός, διευκολύνοντας τη συλλογή και την πώληση.
Η επιστημονική εγκυρότητα αυτής της συνεργατικής μεθόδου βασίζεται στην ακριβή ευθυγράμμισή της με τις απαιτήσεις των καλλιεργειών. Οι λυχνίες LED μπορούν να αλλάξουν το φάσμα: τα φυλλώδη λαχανικά χρειάζονται 30% μπλε φως για να παράγουν χλωροφύλλη, τα λουλούδια και τα φρούτα χρειάζονται 70% κόκκινο φως για να επιταχύνουν τη συσσώρευση υδατανθράκων και τα φαρμακευτικά φυτά χρειάζονται 10% υπεριώδες φως για να αυξήσουν το περιεχόμενο δευτερογενών μεταβολιτών. Το συμπλήρωμα θερμότητας στους λαμπτήρες HPS προορίζεται να λειτουργεί τον κρύο βόρειο χειμώνα, όπου τα φώτα LED από μόνα τους μπορεί να μην είναι αρκετά ζεστά. Για παράδειγμα, το εργοστάσιο ενσωματωμένης μονάδας αποθήκευσης φωτός στην έρημο Ulan Buh, Εσωτερική Μογγολία, χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό αντλίας θερμότητας LED και εδάφους για αποθήκευση 42 κιλών διοξειδίου του άνθρακα ανά τετραγωνικό μέτρο κάθε χρόνο και εξοικονόμηση ενεργειακών δαπανών κατά 40%.
3. Έλεγχος της θερμοκρασίας: ένας ξεχωριστός τρόπος για τη βελτίωση των φώτων των φυτών LED
Ακόμη και όταν δεν απαιτείται βοήθεια φωτός HPS, τα φωτιστικά LED φυτών εξακολουθούν να έχουν τέλειο έλεγχο θερμοκρασίας μέσω τεχνολογικών βελτιώσεων. Τα κύρια μέρη της στρατηγικής της είναι:
Βελτίωση του σχεδιασμού για απαγωγή θερμότητας: Η θερμοκρασία της επιφάνειας του λαμπτήρα διατηρείται κάτω από τους 50 βαθμούς με τη χρήση υλικών με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα (όπως υποστρώματα χαλκού) και δομές πτερυγίων απαγωγής θερμότητας. Για παράδειγμα, το σύστημα Philips GrowWise χρησιμοποιεί τεχνολογία υγρής ψύξης για να κάνει τα τσιπ LED να διαρκούν 50.000 ώρες περισσότερο και να μειώσουν τις επιπτώσεις της θερμικής ακτινοβολίας στις καλλιέργειες.
Ένας έξυπνος τρόπος ελέγχου των φώτων: Χρησιμοποιώντας αισθητήρες και τεχνολογία IoT, αλλάζει αυτόματα την ένταση και τη φασματική αναλογία του φωτός ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας και τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος χώρου. Η "Ρυθμιζόμενη φασματική λάμπα καλλιέργειας ιστού LED" που κατασκευάστηκε από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο της Nanjing, για παράδειγμα, παρακολουθεί τη θερμοκρασία εντός του θερμοκηπίου σε πραγματικό χρόνο μέσω μιας πλατφόρμας cloud. Μειώνει αυτόματα την ποσότητα του μπλε φωτός όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τους 15 βαθμούς (ο ρυθμός απορρόφησης μπλε φωτός πέφτει καθώς πέφτει η θερμοκρασία) και αυξάνει την ποσότητα του κόκκινου και του μακρυά κόκκινου φωτός (730 nm) για να βοηθήσει τις καλλιέργειες να εκφράσουν γονίδια ανθεκτικά στο κρύο-.
Διάταξη φωτισμού με χρήση στρώσεων: Σε ένα κατακόρυφο αγρόκτημα, λωρίδες φωτός LED τοποθετούνται πάνω από κάθε ράφι καλλιέργειας και ο χώρος μεταξύ των στρωμάτων είναι μόνο 0,8 μέτρα. Ο πολυεπίπεδος έλεγχος θερμοκρασίας αξιοποιεί στο έπακρο την περιοχή. Για παράδειγμα, το ανώτερο στρώμα του ευφυούς θαλάμου καλλιέργειας για το Phalaenopsis στη φάρμα Yuntai στο Lianyungang χρησιμοποιεί κόκκινο φως υψηλής{3}}έντασης (800 μ mol/m ²/s) για να ενθαρρύνει την ανθοφορία, ενώ το κάτω στρώμα χρησιμοποιεί μπλε φως χαμηλής-έντασης (300 μ mol/m²). Ένα σύστημα κλιματισμού διατηρεί τη θερμοκρασία κάθε στρώσης στους 25 βαθμούς και 20 βαθμούς, αντίστοιχα. Αυτό συντομεύει τον κύκλο ανθοφορίας κατά 15 ημέρες.
