一, Tekninen periaate on useita tapoja, joilla fotonit säteilevät.
1. Pääosa LED-valojen toiminnasta
LEDit (Light Emitting Diodes) lähettävät tietyn aallonpituuden valoa yhdistämällä uudelleen elektroneja ja reikiä puolijohteiden puolijohteissa. Materiaalin kaistanleveys määrittää spektrialueen. Esimerkiksi:
InGaN{0}}pohjainen siru: lähettää sinistä valoa 450-470 nm, jota käytetään kasvien kasvuvaiheessa, kun ne tarvitsevat ravinteita;
AlGaInP{0}}pohjainen siru: antaa punaista valoa 620–660 nm:n aallonpituudella auttaakseen kukkia kukkimaan ja hedelmiä kypsymään.
Fosforin muuntotekniikka: Kun valaistat sinistä valoa keltaiselle fluoresoivalle jauheelle, se tuottaa täyden-spektrin valkoista valoa, joka näyttää luonnolliselta valolta.
LEDit voivat tuottaa yli 200 lm/W valoa, niillä on alhainen valon vaimenemisnopeus ja ne kestävät yli 50 000 tuntia. Tämä on paljon parempi kuin perinteiset valonlähteet.
2. Erityisesti kasveille suunnitellut kasvatuslamput
Kasvien kasvulamppu on ainutlaatuinen valonlähde, joka on tehty fotosynteesiin. Siihen on olemassa kahdenlaisia teknisiä polkuja:
Erikoistunut LED-kasvivalo: käyttämällä punaista ja sinistä sirua (kuten suhde 3:1) tai lisäämällä kaukopunaista valoa (730 nm) kasvien kasvun ja muodon muuttamisen ohjaamiseen.
Perinteisten valonlähteiden parannustyyppejä ovat korkeapaineiset natriumlamput (HPS), jotka lisäävät punaisen spektrin valoa, tai loistelamput, jotka sisältävät harvinaisten maametallien loisteaineita tiettyjen taajuuksien tehostamiseksi.
Esimerkiksi Philips GrowWise -järjestelmä muuttaa käyttämänsä punaisen (660 nm), sinisen (450 nm) ja valkoisen valon määrää saadakseen 15 % korkeamman tomaattituotannon ja 20 % korkeamman C-vitamiinipitoisuuden.
2, Spektrisuunnittelu: Tasapainon löytäminen sen välillä, mitä kasvit tarvitsevat ja miltä asiat näyttävät
1. Kuinka kasvien fotosynteesi riippuu aallonpituudesta
Kasviklorofylli absorboi parhaiten sinistä valoa 400-500 nm:n välillä ja punaista valoa parhaiten välillä 600-700 nm.
Sininen valo (450 nm) estää varsien kasvamisen pidempään, auttaa tuottamaan enemmän klorofylliä ja hyödyntää paremmin typpeä;
Punainen valo (660 nm) auttaa saamaan kukintahormoneja, kuten zeatiinia, ja nopeuttaa hedelmäsokerin muodostumista.
Kaukopunainen valo (730 nm): Säätelee varjostusvastetta muuttamalla R/FR-suhdetta kasvin rakenteen parantamiseksi.
Kokeet ovat osoittaneet, että punaisen ja sinisen valon suhde 4:1 lisää kuiva-aineen kertymistä salaatissa 30 %, kun taas kasvit ovat alttiita ravitsemukselliseen epätasapainoon, kun ne altistuvat yksiväriselle valolle.
2. LED-valojen ja kasvien kasvun valaistuksen spektristrategia
Universaalit LED-valot käyttävät pääosin täyden spektrin valkoista valoa, joka kattaa 400–700 nm aallonpituusalueen. Kuitenkin, koska niillä on kiinteä punaisen ja sinisen valon suhde (noin 1:2), on vaikea sovittaa yhteen kasvin kasvusyklin tarpeita.
Lamppu kasvien kasvattamiseen: Esimerkiksi usean{0}}sirun yhdistelmä voi tehdä spektristä säädettävän:
Ravitsemuskasvukausi: Punaisen ja sinisen valon suhde on 3:1, mikä auttaa lehtiä kasvamaan.
Lisääntymiskasvukausi: Kasvien kukintaa varten nosta kaukopunaisen valon määrää 15 prosenttiin.
Hedelmien turpoamisvaiheessa nosta punaisen valon määrää 70 prosenttiin ja helpota sokerin vaihtoa.
Mirain tehdas Japanissa käyttää monikerroksisen spektrin ohjausta nostaakseen salaatin VC-pitoisuuden 1,8-kertaiseksi ulkona istutukseen verrattuna ja lyhentääkseen valmistussykliä 20 %.
3, Energiatehokkuuden vertailu: tärkeimmät erot pitkän aikavälin{1}}käyttökustannuksissa
1. Lämmön ja valon tehokkuuden hallinta
LED-valot: Niiden sähkö-optinen muunnostehokkuus on noin 60 %, eivätkä ne tuota paljon lämpöä, joten ne voidaan sijoittaa lähelle kasvin katosta (10–30 cm), jotta valon voimakkuus pinta-alayksikköä kohti on 3–5 kertaa vahvempi.
Säännöllinen kasvien kasvuvalo:
HPS-lamppu: Koska se toimii vain 30 % ajasta, ilmastointijärjestelmän kautta täytyy vapauttaa paljon lämpöä, jolloin energiankulutus kasvaa 40 %.
Loistelamppu: Tehokkuus on noin 50 %, mutta spektri on hajallaan, joten sinun on käytettävä useampaa kuin yhtä lamppua työn suorittamiseksi.
2. Elinkaarikustannusten analysointi
Esimerkiksi pystysuora maatila Shenzhenissä:
LED-järjestelmä: Alkuperäinen hinta on huomattava, mutta vuotuinen virrankulutus on vain 120 000 kWh ja ylläpito on edullista.
HPS-järjestelmän alkukustannukset ovat vaatimattomat, mutta se käyttää vuosittain 280 000 kWh tehoa ja polttimot on vaihdettava kahden vuoden välein, mikä tekee kokonaiskustannuksista erittäin korkeat.
LED-järjestelmien kokonaisomistuskustannukset (TCO) ovat 35 % alhaisemmat kuin HPS-järjestelmien viiden vuoden aikana ja niiden käyttämä tilan määrä on 8 kertaa suurempi.
4, Sovellus teollisuudessa: siirtyminen laboratoriosta kaupallisiin tuotantoasetuksiin
1. Kasvien tehdas: standardi asioiden tekemiseen tehtaissa
Sky Greens Singaporessa käyttää A-muotoista kolmiulotteista-kasvatustelinettä, jonka jokaisella tasolla on LED-valonauhat, joita voidaan muuttaa eri kulmiin. "Aamun punainen valo + iltapäivän sininen valo" -aika-jaettu valonsyöttö lisää vihreiden vihannesten satoa pinta-alayksikköä kohti neljä kertaa ja vähentää veden käyttöä 92 %.
2. Vertikaalinen maatalous: Muutos tavassa, jolla kaupungit käyttävät tilaa
LED-monikerrosviljelyjärjestelmää käytetään Dubai-projektissa, jossa vettä on vähän. Tämä tekniikka käyttää vain 2,5 litraa vettä kilogrammaa vihanneksia kohden, mikä säästää 98 % vettä perinteisiin tiloihin verrattuna. Se käyttää myös dynaamista spektrin ohjausta pitääkseen tuotannon käynnissä ympäri vuoden.
3. Kotipuutarhanhoito: henkilökohtaisen istutuksen tekeminen suositummaksi
AeroGarden-sarjan tuotteissa on punaiset, siniset ja valkoiset LED-valot, joita voidaan ohjata sovelluksella. Tämä voi lyhentää vaniljakasvien kasvusykliä 30 % ja tehdä parvekkeelle istutuksesta viisi kertaa tehokkaampaa.
4. Vanhojen-LED-valojen ongelmat ja käyttötarkoitukset
Universaalit LED-valot voivat aiheuttaa 7 päivän viiveen krysanteemien kukinnassa, koska niiden spektri on kiinteä. Salaatin taimien kasvatusvaiheessa, jossa varren venyminen on pysäytettävä, LED-valot, joissa ei ole kauas punaisen valon säätöä, kasvavat todennäköisesti liikaa ja alentaa tuotteen satoa.
