1. Regulácia kvality svetla: Porušenie kódexu osvetlenia rastlín
Rastliny sú dosť vyberavé v tom, ako využívajú svetlo. Rastliny môžu absorbovať iba viditeľné svetlo v rozsahu 400 – 700 nm (čo predstavuje asi 43 % – 52,5 % slnečného žiarenia) na účely fotosyntézy. Hlavné absorpčné vrcholy sú červené svetlo (610–720 nm) a modré svetlo (400–510 nm). Svetlá LED rastlín využívajú fotoelektrické schopnosti polovodičových materiálov na vysielanie svetla iba jednej farby naraz. Môžu tiež dosiahnuť jemné riadenie spektra kombináciou čipov.
660nm červené svetlo dokáže zapnúť rastlinné fotosenzitívne pigmenty, čo pomáha rastlinám vytvárať viac chlorofylu a ukladať viac sacharidov. Keď množstvo červeného svetla v rastlinách paradajok vzrastie na 60 %, obsah rozpustného cukru v ovocí sa zvýši o 18 % a obsah vitamínu C sa zvýši o 25 %. Štúdia z Nanjing Agricultural University zistila, že segmenty stonky chryzantémy zakorenili 100% času, keď boli vystavené červenému svetlu, čo bolo o 40% viac koreňov ako pri vystavení prirodzenému svetlu.
Pravidlá pre modré svetlo: 450nm modré svetlo je najdôležitejšie pre výrobu chlorofylu a pestovanie stoniek a listov. V prostredí s 30 % modrého svetla mali listy šalátu o 22 % viac chlorofylu a jeho stonky boli o 15 % hrubšie. Modré svetlo môže tiež zastaviť prílišný rast rastlín, vďaka čomu sú kompaktnejšie a pomôže im lepšie využívať priestor.
730nm vzdialené červené svetlo spolupracuje s rastlinným fotosenzibilizátorom B (PhyB) na moduláciu predlžovania buniek a doby kvitnutia. Pridaním 10% ďalekého červeného svetla do rastlín jahôd môže byť internódiá plazivých stoniek skrátené o 20% a urýchliť dozrievanie plodov o 5 dní.
Simulácia celého-spektra: Špičkové{1}}systémy LED dokážu kopírovať slnečné spektrum, ktoré zahŕňa ultrafialové svetlo (380 – 400 nm) a infračervené svetlo (700 – 1 000 nm). Rastliny môžu produkovať viac sekundárnych metabolitov, vrátane lykopénu a antokyanov, keď sú vystavené UV žiareniu. Infračervené svetlo pomáha rastlinám dýchať a udržiavať správnu teplotu.
2. Ovládanie intenzity svetla a fotoperiódy: uistite sa, že vývojové potreby sú presne splnené
Vo fotosyntéze rastlín existujú body kompenzácie svetla (kde sa rýchlosť fotosyntézy rovná rýchlosti dýchania) a body saturácie svetla (kde rýchlosť fotosyntézy nestúpa s väčším množstvom svetla). Systém LED využíva technológiu inteligentného stmievania na automatické prispôsobenie sa potrebám rastlín v rôznych fázach rastu.
Počas fázy sadeníc použite zmes 40% modrého svetla a 50% červeného svetla, aby ste pomohli koreňom rásť a expandovať listy. Na farme Yuntai v Lianyungangu, v inteligentnej kultivačnej miestnosti pre Phalaenopsis, doplnkové LED svetlo skracuje čas zakorenenia sadeníc pestovaných v tkanive o 7 dní a zvyšuje mieru-kvalitných sadeníc o 30 %.
Počas obdobia nutričného rastu zvýšte množstvo červeného svetla (60 % – 70 %), aby ste urýchlili fotosyntézu v listoch. Tento spektrálny vzorec skracuje rastový cyklus šalátu v továrni zo 60 dní na 45 dní a zvyšuje výnos na jednotku plochy o 40 %.
Obdobie reprodukčného rastu: Aby rastliny rozkvitli, zmeňte pomer červeného k ďaleko červenému svetlu (5:1). Aby príliš nerástli, pridajte modré svetlo. Tento návrh zvyšuje obsah cukru v jahodách o 15 % a posúva trhový čas dopredu o 10 dní.
Regulácia fotocyklu: Pomocou časovača nastavte čas kvitnutia rastlín podľa cirkadiánneho cyklu. V podmienkach 12 hodín svetla a 12 hodín tmy rastliny krátkeho dňa, ako sú chryzantémy, kvitnú o 20 dní skôr, než by tomu bolo v ich pôvodnom prostredí.
3. Inteligentný riadiaci systém: vytvorenie svetlého prostredia, ktoré je uzavreté-
Nový systém LED osvetlenia rastlín využíva senzory internetu vecí, algoritmy AI a ovládače na reguláciu svetelného prostredia v uzavretej slučke.
Vrstva vnímania prostredia: Použite svetelné kvantové senzory (na meranie PPFD), spektrálne analyzátory a zariadenia na monitorovanie fenotypu rastlín, aby ste získali v reálnom čase-údaje o intenzite svetla, spektrálnom rozložení a rastových faktoroch rastlín.
Vrstva na rozhodovanie: Algoritmy AI menia spektrálne vzorce a trvanie svetla v reálnom čase na základe modelov rastu rastlín. Napríklad, ak koncentrácia chlorofylu v listoch paradajok klesne, systém automaticky zvýši množstvo červeného svetla a nechá svetlá svietiť dlhšie.
Výkonná vrstva: Pomocou stmievateľného modulu LED ovládača získate plynulé stmievanie od 0 % do 100 %. Vo viac-vrstvovom kultivačnom systéme môžete nastaviť každú vrstvu osvetlenia samostatne, aby ste sa uistili, že svetlo je rovnomerné.
Tím zodpovedný za riadenie energie: Spoločné využívanie fotovoltaických zariadení na výrobu a skladovanie energie na maximálne využitie energie. Moderná poľnohospodárska rozvojová zóna Shanghai Sunqiao využíva integrovanú technológiu ukladania svetla, ktorá znižuje spotrebu energie systému LED o 30 % a emisie uhlíka o 45 %.
4. Technologický prielom: Z laboratória do továrne
Svetlá LED rastlín sa v priebehu času menili tromi spôsobmi:
Prvá generácia (2000–2010) bola väčšinou tvorená červenými a modrými LED diódami, ktoré fungovali iba v jednej farbe. Mali svetelnú účinnosť okolo 50lm/W a veľmi nezodpovedali spektru. Väčšinou sa využívali na vedeckovýskumnú činnosť.
Druhá generácia (2010–2020): Vytvorila kombinovanú LED s viacerými-vlnovými dĺžkami s lepšou svetelnou účinnosťou (150 lm/W), ktorá zahŕňala funkciu inteligentného stmievania a začala sa široko používať pri výrobe skleníkov.
Tretia generácia (od roku 2020 doteraz): Svetelná účinnosť presiahla 250 lm/W vďaka kvantovým bodovým LED a perovskitovým materiálom, ktoré umožňujú plné spektrum dynamického riadenia. Poľnohospodárska univerzita v Nanjing vyrobila LED lampu na tkanivové kultúry, ktorá vydrží 50 000 hodín, spotrebuje o 69,7 % menej elektriny ako žiarivky a zaplatí sa za 1,5 roka.
5. Aplikačný prípad: zlepšenie poľnohospodárskej výroby
Farma Lianyungang Yuntai využíva LED osvetlenie rastlín v 10-vrstvovom trojrozmernom pestovateľskom stojane. Vďaka tomu je hustota výsadby Phalaenopsis trikrát vyššia, výnos na jednotku plochy desaťkrát vyšší ako v štandardných skleníkoch a spotreba vody o 90 % nižšia.
Pekingský skleník Xiaotangshan má duálny systém doplnkového osvetlenia top+inter rastlín, ktorý sa automaticky zapne, keď intenzita svetla klesne pod 200 μmol/m²/s. To skracuje rastový cyklus zelenej zeleniny o 15 dní a spĺňa kritériá kvality Európskej únie.
Prvý svetový demonštračný projekt „Plant Factory 5.0“ bol vybudovaný na univerzite vo Wageningene v Holandsku. Využíva reguláciu svetelného prostredia LED na pestovanie 100 kilogramov paradajok na meter štvorcový za rok a využíva 92 % svetelnej energie zemského povrchu.
