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如何破解 LED 改變植物的生長周期密碼

如何破解 LED 改變植物的生長周期密碼

以前植物只是根據時節變化而生長,但如今在 LED 植物燈下的植物可以改變植物按季節生長的規律,改變植物生長的季節性是進行了人工環境控制,而植物燈只是完成植物的生長過程,如果環境沒有改變,植物的生長仍然依賴季節。

植物工廠是跨界產品,植物燈光譜技術是種植設備與種植工藝的重要關聯點。種植工藝決定光譜設計,對植物燈的設計與制造是保證種植工藝所要求的光質能達到最佳效率。

光譜應用分視覺應用和非視覺應用,照明屬于視覺應用,植物光照屬于非視覺應用,視覺應用與非視覺應用就光譜本身的物理量綱都不相同,然而,目前仍然看到許多植物燈采用照明單位標注參數,這個會導致應用混亂的參數標注可能來源于“植物照明”的提法。

對植物光合作用的光譜研究實質是以波長為定義域的光輻射功率或光量子的分布形態與量值(光質)分析,這個分析是通過光譜數據和光譜圖實現的。

圖:植物光合作用光譜

植物種植需要研究太陽光譜,地面上測試的太陽光譜屬于吸收光譜,標準的太陽光譜如圖

植物的光合作用,通常的理論是研究波長400nm-700nm 范圍,把波長限制在范圍的 AM1.5G,光譜形態接近矩形。

為了提供人造光源的光譜設計參考,我們給出波長 350-850nm 范圍的 AM1.5G 圖供參考。

圖:波長 350-850nm 范圍的 AM1.5G 光譜圖

太陽光光譜對植物燈光譜設計有重要的參考作用,但不具備依賴性,試圖仿制太陽光光譜到植物燈,是一種徒勞而沒有效率的做法。

AM1.5G 400-700nm 波長范圍內的紅光、綠光、藍光輻射比例為:

紅光占 32.62%,綠光占 35.38%,藍光占 32.69%。

分析某個種植地區的太陽光對本地區種植很重要,應該在當地通過專業儀器實際測量,這樣能準確分析。

光譜圖在 400-700nm 波長范圍內的紅光、綠光、藍光輻射比例為:

紅光占28.7%,綠光占36.58%,藍光占35.43%。

實驗測試結果得出,地理位置的不同,光譜中紅綠藍成分有差別,這對太陽光型和混合型植物工廠的設計影響較大。

準確的分析當地的太陽光光譜,可以給太陽光型和混合型植物工廠的種植工藝提供科學的光合量參考,可以正確地提供補光燈的選用依據,對于太陽光型植物工廠,準確的光譜分析更加有利于 SPA2 的方式。

需要注意的是太陽光譜與人造光源的光譜分析量綱有所不同,太陽光光譜適合采用輻射量綱描述,人造光源適合采用光量子量綱描述,關于這個問題,后續有專門的文章介紹,敬請期待。

LED光源的光譜與極限參數

LED植物燈的光譜作為重點討論,是因為 LED 光源的光譜可以根據種植工藝要求進行設計,同時,LED 光源的光譜通過調光技術可以實現可變光譜的控制,LED 光源是目前唯一可以實現可變光譜的植物燈光源,植物燈可變光譜的技術主要是針對光形態控制,在節能方面作用不大,普通植物燈通過光周期的調整也是可以節能,可變光譜的應用成本會提高很多。

1 根據 LED 的光譜形態可以推算最高的PPF

圖:LED 光源的光譜形態

 

植物燈光譜形態確定后,對應于這種光譜形態的最高 YPF PPF 就可以計算出來,這對評估 LED 植物燈的應用非常重要,也是 LED 植物燈與其他類型的植物燈性能比較的主要方法,可以參考我們制作的下表:

目前的 LED 封裝技術批量供貨的最高輻射效率低于40%

光源輻射效率 = (輻射功率/電功率)×100%

2 LED 植物燈的光譜設計體現制造商的品質能力

LED 植物燈的光譜設計是對種植工藝要求的設備支持能力,關系到植物燈制造商的市場競爭力,是衡量制造商技術與工藝的主要特征,植物燈的光譜設計體現出制造商對 LED 芯片與封裝的選擇,植物燈光譜分析與計算能力,燈具的配光設計,光量子場均勻度把控,驅動技術,散熱技術,產品可靠性控制,安裝結構設計等的綜合制造水平,標志著制造商的產品在市場的技術實力,應用上述幾方面的內容去評估植物燈產品可以減小投資風險和采購風險。

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