1. Technický princíp: Navrhovanie regulácie kvality svetla na molekulárnej úrovni
Rastliny sú dosť vyberavé v tom, ako využívajú svetlo. Rastliny môžu na fotosyntézu využívať iba viditeľné svetlo medzi 400 a 700 nm (čo tvorí 43 % až 52,5 % slnečného žiarenia). Červené svetlo (610 až 720 nm) a modré svetlo (400 až 510 nm) sú hlavnými absorpčnými vrcholmi, a preto sa nazývajú „svetelné hnojivo“ rastlín. Svetlá LED rastlín využívajú fotoelektrické schopnosti polovodičových materiálov na vysielanie monochromatického svetla pri určitých vlnových dĺžkach. Používajú tiež kombinácie čipov na získanie jemnej kontroly spektra.
Napríklad červené svetlo (660 nm) môže pomôcť rastlinám kvitnúť, rásť ovocie a vytvárať vitamín C, zatiaľ čo modré svetlo (450 nm) je hlavným svetlom, ktoré pomáha rastlinám vytvárať chlorofyl a rásť stonky a listy. Štúdie preukázali, že pri pestovaní šalátu pomer červeného a modrého svetla 4:1 zvyšuje obsah chlorofylu v listoch o 23 % a zrýchľuje rast o 18 %; podobne aj pri pestovaní jahôd pomer červeného a modrého svetla 5:1 zvyšuje obsah cukru v ovocí o 15 % a skracuje trhový čas o 10 dní. Tiež pridanie ďaleko červeného svetla (730 nm) môže zmeniť dĺžku internódií rastlín. Pridaním UV svetla (380-400nm) môžete zabrániť škodcom a chorobám a zvýšiť množstvo sekundárnych metabolitov.
2. Hlavným prínosom je prechod z „Energetickej čiernej diery“ na „Revolúciu v oblasti svetelnej účinnosti“.
Vysokotlakové-sodíkové výbojky a halogenidové výbojky sú dva typy tradičného osvetlenia skleníkov, ktoré majú tri veľké problémy: ich spektrá sú pevné a nedajú sa zmeniť, vydávajú veľa tepla a spotrebúvajú veľa elektriny. Napríklad 1 000 W vysokotlaková sodíková výbojka- premení iba 30 % svojho fotosynteticky aktívneho žiarenia (PAR) na použiteľné svetlo. Produkuje tiež veľa infračerveného tepelného žiarenia, ktoré zvyšuje teplotu v skleníku a vyžaduje dodatočný chladiaci systém. Tri dôležité technologické pokroky urobili z LED svetiel pre rastliny revolučné:
Prispôsobenie spektra: Zmenou usporiadania LED čipov môžete vytvoriť ľubovoľný pomer monochromatického svetla k svetlu plného spektra. „Spektrálna schéma celého cyklu“ spoločnosti Weizhaoye Optoelectronics využíva veľa modrého svetla (40 %), ktoré pomáha koreňom rásť počas fázy semenáčika, veľa červeného svetla (60 %), ktoré pomáha listom rásť počas fázy vegetatívneho rastu, a trochu ďaleko červeného svetla (10 %), ktoré pomáha kvetom kvitnúť počas fázy reprodukčného rastu.
Charakteristika zdroja studeného svetla: Svetelná účinnosť LED je viac ako 200lm/W a menej ako 5% tepla sa stráca tepelným žiarením. Na ich chladenie nie je potrebné žiadne ďalšie zariadenie. LED systém na farme Yuntai v komore na pestovanie motýľových orchideí Lianyungang skracuje vzdialenosť medzi vrstvami z bežných 1,5 metra na 0,6 metra a strojnásobí počet rastlín, ktoré je možné pestovať v danej oblasti.
Revolúcia v spotrebe energie: Svetlá LED rastlín dokážu premieňať elektrickú energiu na svetelnú energiu viac ako trikrát lepšie ako vysokotlakové- sodíkové výbojky. Vedci z Wageningen University v Holandsku zistili, že pridanie LED svetiel do výroby rajčín môže znížiť spotrebu energie na kilogram ovocia z 5,2 kWh na 1,8 kWh a spotrebu hnojív o 30 %.
3. Scenár aplikácie: kompletné pokrytie reťazca od laboratória až po industrializáciu
Pestovanie v skleníku: Prídavné LED osvetlenie môže zvýšiť výnosy uhoriek o 40 % a hladiny vitamínu C v paradajkách o 25 % na severných miestach, kde je v zime neustále slabé svetlo a tieň. Spoločnosť Weizhaoye Optoelectronics navrhla duálny-systém doplnkového osvetlenia pre skleník v Xiaotangshan v Pekingu. Automaticky sa zapne, keď intenzita svetla klesne pod 200 μmol/m²/s. Tým sa skracuje cyklus pestovania listovej zeleniny o 15 dní.
Továreň na rastliny: Systémy LED využívajú viac{0}}vrstvovú trojrozmernú kultúru{1}, aby čo najlepšie využili priestor v prostredí s úplne umelým osvetlením. Moderná poľnohospodárska rozvojová zóna Shanghai Sunqiao využíva 10-vrstvový vertikálny výsadbový rám a pokročilý systém riadenia svetelného prostredia. To im umožňuje pestovať 10-krát viac plodín na štvorcový meter ako štandardné skleníky a spotrebujú o 90 % menej vody.
Výskum a šľachtenie: LED diódy sú skvelé pre štúdie fotobiológie rastlín, pretože ich spektrálne vlastnosti je možné kontrolovať. Inštitút pre výskum zeleniny a kvetov Čínskej akadémie poľnohospodárskych vied využil nastaviteľnú spektrálnu LED platformu na testovanie odrody paradajok „Zhongvegetable 606“, ktorá si dokáže udržať svoju fotosyntetickú účinnosť na 85 % aj pri osvetlení iba 300 μmol/m²/s.
Špeciálna environmentálna výsadba: LED svetlá rastlín sú teraz najdôležitejšou súčasťou systémov podpory života na miestach, ako sú antarktické výskumné stanice a kozmické lode, kde sú veľmi drsné podmienky. Čínsky skleník Great Wall Station v Antarktíde využíva celospektrálny LED systém na pestovanie šalátu a jahôd po celý rok. Systém má fotosyntetickú účinnosť 92% povrchu Zeme.
