Základom výskumu svetla je spektroskopia a kvalita svetla si vyžaduje spektrálnu analýzu. Spektrum LED svetiel na pestovanie rastlín je obzvlášť dôležité a vyžaduje si špecializovaný dizajn prispôsobený kultivačným technikám a nie iba replikáciu.
Technológia svetelného spektra na pestovanie rastlín slúži ako kritické rozhranie medzi kultivačným zariadením a technikami. Je dôležité si uvedomiť, že kultivačné procesy diktujú dizajn spektra. Návrh a výroba svetiel pre rastliny musia zabezpečiť, aby kvalita svetla požadovaná pestovateľskými technikami dosiahla optimálnu účinnosť. Tieto vlastnosti svetiel rastlín určujú zložitosť a rozmanitosť, ktorá je vlastná dizajnu spektra rastlín.
1. Ne-vizuálne aplikácie Spectra
Spektrálne aplikácie spadajú do vizuálnej a -nevizuálnej kategórie. Osvetlenie predstavuje vizuálnu aplikáciu, zatiaľ čo osvetlenie rastlín predstavuje ne-vizuálnu aplikáciu. Fyzické rozmery samotného spektra sa medzi vizuálnymi a -nevizuálnymi aplikáciami zásadne líšia.
Spektrálny výskum pre fotosyntézu rastlín v podstate analyzuje distribučné vzorce a kvantitatívne hodnoty (kvalita svetla) žiarivého výkonu alebo fotónov naprieč vlnovými dĺžkami. Táto analýza sa dosahuje prostredníctvom spektrálnych údajov a spektrálnych grafov.
1) Slnečné spektrum
Pestovanie rastlín si vyžaduje štúdium slnečného spektra. Slnečné spektrum merané na úrovni zeme je absorpčné spektrum. Zatiaľ čo spektrálna ožiarenosť sa mení v závislosti od geografickej polohy a ročného obdobia, spektrálny tvar zostáva konzistentný.
Slnečné spektrum poskytuje zásadný odkaz na navrhovanie svetelných spektier rastlín, ale nie je určujúce.
2) LED rastúce svetelné spektrum
Spektrum pestovateľských LED svetiel je možné skonštruovať tak, aby spĺňali špecifické požiadavky na pestovanie. Technológia stmievania navyše umožňuje variabilné ovládanie spektra. Svetelné zdroje LED sú v súčasnosti jedinou technológiou rastúceho svetla schopnou dosiahnuť premenlivé spektrá. Táto technológia s premenlivým spektrom sa primárne zameriava na riadenie fotomorfogenézy a ponúka obmedzené výhody-úspory energie. Konvenčné pestovateľské svetlá môžu dosiahnuť úspory energie prostredníctvom úprav fotoperiód, zatiaľ čo implementácia technológie s variabilným spektrom výrazne zvyšuje aplikačné náklady.
Spektrálny dizajn LED svetiel na pestovanie rastlín predstavuje schopnosť zariadenia podporovať požiadavky kultivačného procesu. Priamo ovplyvňuje konkurencieschopnosť výrobcu na trhu a slúži ako primárny ukazovateľ jeho technickej odbornosti a výrobných procesov. Tento dizajn odráža výber LED čipov a obalov výrobcu. Odráža tiež schopnosti výrobcu v oblasti spektrálnej analýzy a výpočtu, návrhu optickej distribúcie, riadenia rovnomernosti kvantového poľa svetla, technológie ovládača, technológie rozptylu tepla, kontroly spoľahlivosti produktu a návrhu štruktúry inštalácie. Táto komplexná výrobná úroveň znamená technologickú silu výrobcu na trhu.
2. Kľúčové body v dizajne LED Grow Light Spectral Design
1) Výrobný proces ovplyvňuje hodnoty PPFD
Kultivačné techniky zvyčajne vyžadujú denné úrovne žiarenia na základe špecifických kvalít svetla alebo hodnôt PPFD na rastúcom povrchu (niektoré techniky vyžadujú hodnoty YPFD) v kombinácii s fotoperiódami. Denné žiarenie určuje hodnoty PPFD a fotoperiódy. Dizajnéri vypočítajú hodnoty PPF (alebo YPF) svetelných zdrojov LED na základe hodnôt PPFD a potom pokračujú v spektrálnom návrhu. Je dôležité poznamenať, že pri rovnakých hodnotách PPF pre svetelný zdroj môžu rozdiely v dizajne optickej distribúcie, tepelného manažmentu a dizajnu ovládača viesť k významným rozdielom v hodnotách PPFD.
Výrobné procesy podstatne ovplyvňujú elektrickú energetickú účinnosť svetiel v závode, ktorú možno merať hodnotami PPF a PPFD na watt elektrickej energie. Vyššie hodnoty znamenajú vyššiu účinnosť.
Pre svetelné zdroje LED: PPF/watt; pre pestovateľské plochy: PPFD/watt. Porovnanie týchto dvoch metrík v rámci svetiel závodu s identickými spektrálnymi profilmi umožňuje vyhodnotenie kvality výrobného procesu výrobcu.
2) Neexistuje jediné „najlepšie“ svetelné spektrum rastlín-len to najvhodnejšie
Keďže svetelné spektrá LED rastlín sú prispôsobiteľné, vykazujú značnú rozmanitosť. Zdôrazňujeme: žiadne spektrum nie je univerzálne optimálne; existuje len najvhodnejšie spektrum pre konkrétnu metódu kultivácie. Pokus o vytvorenie univerzálneho spektra LED nie je praxou v oblasti zdravého dizajnu. Vysoko kompatibilné návrhy spektra prichádzajú za cenu zníženej účinnosti kultivácie a plytvania energiou.
3) Uprednostnite rovnomernosť radiačného poľa naprieč osvetlenou oblasťou
V prípade svetiel rastlín, ktoré kombinujú viacero LED s jednou vlnovou dĺžkou{0}, je potrebné zvážiť rovnomernosť kombinovaného poľa žiarenia v osvetlenej oblasti. Medzi kľúčové faktory patrí usporiadanie LED, dizajn optickej distribúcie a montážna výška svietidla. Rovnomernosť radiačného poľa ovplyvňuje účinnosť fotosyntézy. Pre viac-úrovňové vertikálne poľnohospodárske systémy použite prednostne Lambertovu distribúciu. Pri doplnkovom osvetlení skleníka šošovkami si rovnomernosť žiarenia vyžaduje ešte väčšiu pozornosť. Všimnite si, že zvýšenie výšky inštalácie na zlepšenie jednotnosti znižuje hodnoty PPFD rýchlosťou úmernou štvorcu vzdialenosti.
4) Pri osvetlení rastlín uprednostňujte účinnosť svietidiel
Účinnosť svietidla je pomer PPF svietidla k PPF svetelného zdroja. Táto hodnota sa týka návrhu sekundárnej optickej distribúcie. Účinnosť svietidla LED rastúceho svetla sa vo všeobecnosti pohybuje medzi 0,9 a 0,5. Účinnosť svietidla ovplyvňuje metriku spotreby energie aj účinnosť pestovania. Svetlá rastlín využívajúce dizajn šošoviek zriedka prekračujú účinnosť svietidla 0,8.
5) Čo sa týka spektrálneho zloženia
K dnešnému dňu mnohé rastové svetlá stále opisujú spektrálne zloženie pomocou pomerov LED čipov. Keďže pomery čipov neodrážajú tok žiarenia, pochopenie špecifikácií napájania LED čipov je kľúčové. LED čipy sú odstupňované a dodávané na základe žiarivého výkonu pre identické veľkosti čipov. Spektrálne údaje poskytované prostredníctvom pomerov LED čipov môžu vykazovať až 30% odchýlku, čo prispieva k variáciám kultivácie medzi šaržami identických produktov. Presné spektrálne zloženie si vyžaduje meranie pomerov žiarivého výkonu naprieč pásmami RGB v rozsahu vlnových dĺžok PAR, čím sa zaistia špecifikácie produktu-podložené údajmi. Nižšie je uvedená naša analýza údajov konkrétneho produktu pre referenciu.
| Položka | Obsah | Popis |
|---|---|---|
| Špecifikácia produktu a štítok | 2835 200PCS | Na základe vzorového štítku |
| Výkon P (W) | 18.2 | Produkt je nakonfigurovaný s napájaním ovládača |
| Radiačný výkon Pr (W) | 5.2733 | Rozsah vlnových dĺžok: 380 - 800 nm |
| Vyžarovacia účinnosť (Pr/P) | 0.28974 | Rozsah vlnových dĺžok: 380 - 800 nm |
| Svetelný tok (LM) | 722.499 | Rozsah vlnových dĺžok: 380 - 800 nm |
| Svetelný výkon (lm/W) | 39.6977 | Rozsah vlnových dĺžok: 380 - 800 nm |
| Špičková vlnová dĺžka (nm) | 655 | |
| PPF (μmol/s) | 22.358 | Rozsah vlnových dĺžok: 400 nm – 700 nm |
| PPF/W (μmol/s·W) | 1.2285 | Rozsah vlnových dĺžok: 400 nm – 700 nm |
| Nekorigovaný YPF (μmol/s) | 28.075 | Rozsah vlnových dĺžok: 380 - 800 nm |
| Výkon UV žiarenia (W) a pomer | 0.000558 / 0.0011% | Rozsah vlnových dĺžok: 380nm – 399nm |
| Modrý radiačný výkon (W) a pomer | 0.50991 / 9.6698% | Rozsah vlnových dĺžok: 400nm-499nm |
| Výkon zeleného žiarenia (W) a pomer | 0.62578 / 11.8671% | Rozsah vlnovej dĺžky: 500nm – 599nm |
| Výkon červeného žiarenia (W) a pomer | 3.1774 / 60.2551% | Rozsah vlnovej dĺžky: 600nm – 699nm |
| Far Red Radiant Power (W) a pomer | 0.9601 / 18.2070% | Rozsah vlnových dĺžok: 700nm - 800nm |
6) Požiadavka na spektrá vrátane UV a IR pásiem
Pridanie segmentov UV a IR spektra primárne slúži na kontrolu fotomorfogenézy rastlín v kultivačných procesoch. V prípade LED rastových svetiel obsahujúcich UV a IR pásy by tieto segmenty nemali byť vyjadrené v mikromóloch, ale skôr prostredníctvom parametrov žiarenia. Musia byť uvedené hodnoty PPF aj YPF; inak sa požiadavky na UV a IR žiarenie špecifikované v kultivačných protokoloch nedajú presne vyjadriť.
3. Objasnite, že pestovateľské techniky určujú dizajn svetelného spektra rastlín
Svetelný dizajn rastlín je založený na pestovateľských technikách. Napríklad nadmerné denné ožarovanie šalátu môže spôsobiť fyziologické poruchy nedostatku vápnika a potenciálne viesť k fotoinhibícii. Nastavenie vhodných rýchlostí fotosyntézy je kľúčové. Kultivačné techniky zahŕňajú denné žiarenie na fotosyntézu rastlín, celkové žiarenie počas kultivačného cyklu, rastlinnú odrodu a zdroj semien (vrátane či LDP alebo SDP), kultivačné metódy a substráty, kultivačné prostredie a kontroly atď. Profil svetelného spektra rastlín a denné úrovne žiarenia, úzko spojené s kultiváciou, sú primárne určené kultivačnými technikami pre konkrétnu rastlinnú odrodu. Denné úrovne žiarenia určujú PPFD a fotoperiódu, PPFD určuje PPF, PPF určuje dizajn a technológiu osvetlenia rastlín, PPFD určuje výšku a množstvo inštalácie svietidiel a PPFD tiež ovplyvňuje objem ventilácie a dopĺňanie CO₂. Všetky tieto parametre sa dajú vypočítať a celkové úrovne žiarenia sa môžu použiť na odhad nákladov na pestovanie. To demonštruje, že spektrálne profily a úrovne žiarenia (kvalita svetla) musia najprv stanoviť kultivačné prostredie, metódy a odrody rastlín, aby sa správne navrhli svetelné spektrá LED rastlín. Techniky pestovania rastlín sú základným faktorom spájajúcim poľnohospodársku výrobu s priemyselnou kontrolou. Preto môže byť návrh svetelného spektra rastlín založený iba na požiadavkách kultivačného procesu.
1) Doplnkové osvetlenie skleníka- zmiešaného typu
Pre skleníkové pestovanie a továrne na hybridné rastliny, ktoré kombinujú slnečné svetlo s doplnkovým osvetlením, presný prístup zahŕňa vykonanie spektrálnej analýzy poľa prirodzeného svetelného žiarenia na určenie požiadaviek na doplnkové svetlo. Na miestach, ktoré nemajú schopnosť spektrálnej analýzy, je možné merať priemerné hodnoty osvetlenia. Vydelením priemerného osvetlenia číslom 55 sa získa hodnota PPFD pre kultivačný povrch pod slnečným žiarením. Táto hodnota sa potom použije na určenie doplnkového svetelného výkonu svetiel rastlín. Táto zjednodušená metóda sa ukazuje ako veľmi cenná pre plánovanie projektu a odhad nákladov. Doplnkové osvetlenie hybridného skleníka môže znížiť alebo eliminovať spektrum zeleného svetla. Potreba doplnenia zeleného svetla by sa mala určiť meraním úrovní žiarenia zeleného svetla pri priamom aj rozptýlenom slnečnom svetle.
2) Spektrálny dizajn pre plne kontrolované prostredia
V plne kontrolovaných prostrediach, zatiaľ čo červené-modré spektrálne osvetlenie výrazne prospieva listovej zeleni, hydroponická štruktúra zeleniny zostáva rozhodujúca pre zlepšenie kvality. Odporúčame biele-plus-červené spektrum. Spektrálny dizajn v takýchto prostrediach musí holisticky zohľadňovať koncentráciu CO₂, rýchlosť ventilácie, teplotu okolia, manažment substrátu alebo živného roztoku a konštrukciu stojana. Mnoho-viacstupňových vertikálnych poľnohospodárskych systémov minimalizuje výšku žľabu s živným roztokom, aby sa zvýšili vrstvy výsadby, čo ohrozuje rovnomernosť distribúcie živín a znižuje účinnosť spektrálnej absorpcie. Primárnym cieľom spektrálneho dizajnu v plne umelých prostrediach je kontrola kvality,-kultivácia, ktorá iba dokončí cyklus rastu rastlín, postráda konkurencieschopnosť na trhu.
4. Pokiaľ ide o celé spektrum
Niektoré rastové svetlá LED označené ako "plné spektrum" môžu znamenať bohaté spektrálne zloženie. Kritickým konceptom je, ako definuje „plný“-kto a aký rozsah vlnových dĺžok predstavuje „plný“? Hoci slnečné svetlo ponúka najširšie spektrum, štúdie o fotosyntéze rastlín pod slnečným žiarením opisujú hodnoty PAR iba v rozsahu 400 nm-700 nm. Mnoho pestovateľských LED svetiel označených ako "plné spektrum" zahŕňa UV a IR segmenty, no stále používa PPFD ako svoj primárny parameter. Keďže PPFD nezohľadňuje úrovne UV alebo IR žiarenia, táto parametrizácia celospektrálnych rastových svetiel odráža základnú chybu. Tvrdíme, že rozsah vlnových dĺžok svetiel rastlín definuje iba oblasť funkcie účinnosti spektrálnej absorpcie, nie jej rozsah. Metrikou na hodnotenie fotosyntetickej účinnosti zostáva účinnosť spektrálnej absorpcie. Označenie širokopásmových alebo viacpásmových spektier ako „plné spektrum“ neznamená účinnosť alebo kompatibilitu rastlinného svetla. Použitie „celého spektra“ na opis svetiel rastlín je nepresné a často zavádza pestovateľov. Definičný rozsah spektrálnych vlnových dĺžok zostáva viazaný na kultivačné techniky – oblasť pre spektrálny dizajn určujú kultivačné metódy, nie kultivácia pod daným spektrom.
5. Zložitosť vo výskume svetelného spektra rastlín
Pre svetelné zdroje LED: - Identické hodnoty PPFD môžu zodpovedať rôznym spektrálnym profilom. - Identické hodnoty PPFD vyžadujú rôzne hodnoty PPF od svetelného zdroja v závislosti od sekundárneho optického dizajnu. - Identické hodnoty PPF poskytujú rôzne hodnoty PPFD v dôsledku rôznych efektívností svietidiel. - Identické hodnoty PPFD môžu viesť k odlišná účinnosť kultivácie, ak je spektrálny profil nesprávne navrhnutý. -Dokonca aj za rovnakých podmienok sa výsledky kultivácie líšia v závislosti od odrody rastlín, rastového prostredia a substrátu. Okrem toho sú identické pestovateľské LED svetlá ovplyvnené environmentálnymi faktormi, ako je koncentrácia CO₂, rýchlosť vetrania a regulácia teploty. Pri plnení požiadaviek na efektivitu a kvalitu kultivačného procesu je najdôležitejším aspektom pestovateľských svetiel výrobné procesy, ktoré minimalizujú spotrebu energie-zásadným hľadiskom. Zložitosť spektrálneho výskumu odráža súčasnú rôznorodosť pestovateľských svetiel. Bez zavedených štandardov hodnotenia predstavuje trh množstvo produktov, ktoré súperia o uznanie.
V súhrne
Nakoniec, spektrálny výskum nie je nejakým vznešeným akademickým úsilím obmedzeným na laboratóriá. Je to dôležité prepojenie medzi kultivačnými technikami a svetelnou technikou. Či už sú nasadené v skleníkoch alebo plne umelých vertikálnych farmách, suboptimálny spektrálny dizajn ohrozuje výnos aj kvalitu. Ľudia sa často pýtajú: Existuje „univerzálne spektrum“? Pravdou je, že nie. Existuje len spektrálne riešenie, ktoré najlepšie vyhovuje vášmu špecifickému kultivačnému procesu.
Do tejto oblasti sme investovali značné úsilie. Nie je to len o náhodnom kombinovaní vlnových dĺžok. Najprv posúdime denné požiadavky na žiarenie vašej plodiny a nastavenie fotoperiódy, potom vykonáme analýzu údajov, aby sme zvládli riešenia ako naprCelospektrálne LED rastové svetláaNastaviteľné svetlá na rast spektra. Neposkytujeme len svietidlo,-pomáhame vám nájsť to najlepšie medzi energetickou účinnosťou a vysokými výnosmi.
Jednoducho povedané, prispôsobujeme exkluzívne riešenia spektra LED vašim pestovateľským potrebám. Pre veľké-prevádzky konfigurujeme komerčné pestovateľské systémy LED. Pre presné ovládanie navrhujeme profesionálne-riešenia na úrovni s nastaviteľným jasom a spektrom. Ovládajte svoje kultivačné techniky; návrh spektra nechajte na nás. Bezproblémové-a spoľahlivé.
