一, Technickým princípom je niekoľko spôsobov, akými sú fotóny emitované.
1. Hlavná časť fungovania LED svetiel
LED diódy (Light Emitting Diodes) vyžarujú svetlo určitých vlnových dĺžok rekombináciou elektrónov a dier v polovodičových polovodičoch. Šírka bandgap materiálu určuje spektrálny rozsah. Napríklad:
Čip na báze InGaN{0}}: vyžaruje modré svetlo medzi 450 a 470 nm, ktoré sa používa vo fáze rastu rastlín, keď potrebujú živiny;
Čip na báze AlGaInP{0}}: vydáva červené svetlo medzi 620 a 660 nm, aby pomáhalo kvetom kvitnúť a dozrievať ovocie.
Technológia premeny fosforu: Keď zasvietite modrým svetlom na žltý fluorescenčný prášok, vytvorí sa plné-spektrálne biele svetlo, ktoré vyzerá ako prirodzené svetlo.
LED diódy môžu produkovať viac ako 200 lm/W svetla, majú nízku rýchlosť tlmenia svetla a vydržia viac ako 50 000 hodín. To je oveľa lepšie ako tradičné svetelné zdroje.
2. Špeciálne navrhnuté pestovateľské lampy pre rastliny
Lampa na rast rastlín je jedinečný svetelný zdroj vyrobený pre fotosyntézu. Existujú dva typy technických ciest:
Špecializované LED osvetlenie rastlín: použitie kombinácie červených a modrých čipov (ako je pomer 3:1) alebo pridanie ďaleko červeného svetla (730 nm) na kontrolu rastu a zmeny tvaru rastlín.
Typy vylepšení pre tradičné zdroje svetla zahŕňajú vysokotlakové sodíkové výbojky (HPS), ktoré zvyšujú množstvo červeného spektra svetla, alebo žiarivky, ktoré obsahujú fosfory vzácnych zemín na zvýšenie výkonu určitých pásiem.
Systém Philips GrowWise napríklad mení množstvo červeného (660 nm), modrého (450 nm) a bieleho svetla, ktoré používa, aby sa dosiahol o 15 % vyšší výkon paradajok a o 20 % vyšší obsah vitamínu C.
2, Spektrálny dizajn: Hľadanie rovnováhy medzi tým, čo rastliny potrebujú, a tým, ako veci vyzerajú
1. Ako závisí fotosyntéza rastlín od vlnovej dĺžky
Rastlinný chlorofyl najlepšie absorbuje modré svetlo medzi 400 a 500 nm a červené svetlo najlepšie medzi 600 a 700 nm.
Modré svetlo (450 nm) zastaví stonky v predlžovaní rastu, pomáha vytvárať viac chlorofylu a lepšie využíva dusík;
Červené svetlo (660 nm) pomáha vytvárať hormóny kvitnutia ako zeatín a urýchľuje tvorbu ovocného cukru.
Ďaleko červené svetlo (730 nm): Riadi odozvu vyhýbania sa tieňom zmenou pomeru R/FR na zlepšenie štruktúry rastliny.
Experimenty ukázali, že pomer červeného a modrého svetla 4:1 zvyšuje akumuláciu sušiny v šaláte o 30 %, zatiaľ čo rastliny sú náchylné na nutričnú nerovnováhu, keď sú vystavené monochromatickému svetlu.
2. Spektrálna stratégia LED svetiel a osvetlenia pre rast rastlín
Univerzálne LED svetlá využívajú prevažne biele svetlo s plným spektrom, ktoré pokrýva rozsah vlnových dĺžok 400–700 nm. Pretože však majú pevný pomer červeného a modrého svetla (približne 1:2), je ťažké prispôsobiť sa potrebám rastového cyklu rastlín.
Lampa na pestovanie rastlín: Napríklad kombinácia viacerých-čipov umožňuje nastaviť spektrum:
Obdobie nutričného rastu: Pomer červeného a modrého svetla je 3:1, čo napomáha rastu listov.
Obdobie reprodukčného rastu: Aby rastliny rozkvitli, zvýšte množstvo ďaleko červeného svetla na 15 %.
Počas fázy napučiavania ovocia zvýšte množstvo červeného svetla na 70 % a uľahčite výmenu cukru.
Továreň Mirai v Japonsku využíva viacvrstvovú kontrolu spektra na zvýšenie obsahu VC v šaláte na 1,8-násobok oproti pestovaniu vonku a skrátenie výrobného cyklu o 20 %.
3,Porovnanie energetickej účinnosti: Hlavné rozdiely v dlhodobých-prevádzkových nákladoch
1. Riadenie účinnosti tepla a svetla
Svetlá LED: Majú elektro-optickú účinnosť premeny približne 60 % a nevytvárajú veľa tepla, takže ich možno umiestniť blízko porastu rastliny (10 – 30 cm), aby bola intenzita svetla na jednotku plochy 3 – 5-krát silnejšia.
Pravidelné svetlo rastu rastlín:
HPS lampa: Pretože funguje len 30% času, musí sa cez klimatizačný systém uvoľniť veľa tepla, čím sa spotreba energie zvýši o 40%.
Žiarivka: Účinnosť je približne 50%, ale spektrum je rozložené, takže na vykonanie úlohy musíte použiť viac ako jednu žiarovku.
2. Analýza nákladov životného cyklu
Napríklad vertikálna farma v Shenzhene:
LED systém: Pôvodná cena je značná, ale ročná spotreba energie je len 120 000 kWh a údržba je lacná.
Systém HPS má skromné počiatočné náklady, ale každý rok spotrebuje 280 000 kWh energie a žiarovky je potrebné meniť každé dva roky, čo robí celkové náklady veľmi vysokými.
Celkové náklady na vlastníctvo (TCO) systémov LED sú o 35 % nižšie ako v prípade systémov HPS počas 5-ročného obdobia a množstvo priestoru, ktoré využívajú, je 8-krát väčšie.
4, Aplikácia v priemysle: prechod z laboratória do komerčnej výroby
1. Plant factory: štandard pre výrobu vecí v továrňach
Sky Greens v Singapure používa -trojrozmerný rastúci stojan v tvare A{1}} so svetelnými pásikmi LED na každej úrovni, ktoré možno zmeniť do rôznych uhlov. Prístup „ranného červeného svetla + popoludňajšieho modrého svetla“-zdieľanej dodávky svetla štvornásobne zvyšuje výnos zelenej zeleniny na jednotku plochy a znižuje spotrebu vody o 92 %.
2. Vertikálne poľnohospodárstvo: Zmena v tom, ako mestá využívajú priestor
Viacvrstvový kultivačný systém LED- sa používa v dubajskom projekte, kde je nedostatok vody. Táto technika využíva iba 2,5 litra vody na kilogram zeleniny, čo v porovnaní s tradičnými farmami ušetrí 98 % vody. Využíva tiež dynamické riadenie spektra na udržanie výroby po celý rok.
3. Domáce záhradníctvo: obľúbenejšie prispôsobené pestovanie
Produkty série AeroGarden majú červené, modré a biele LED svetlá, ktoré je možné ovládať pomocou aplikácie. To môže skrátiť rastový cyklus vanilky o 30% a päťkrát zefektívniť výsadbu na balkóne.
4. Problémy a použitie starých-módnych LED svetiel
Univerzálne LED svetlá môžu spôsobiť 7-dňové oneskorenie obdobia kvitnutia chryzantém, pretože ich spektrum je nemenné. Vo fáze pestovania sadeníc šalátu, kde je potrebné zastaviť predlžovanie stonky, LED svetlá, ktoré nemajú ďaleko reguláciu červeného svetla, budú pravdepodobne príliš rásť a znížia úrodu produktu.
