一، اصل فنی راه های متعددی است که فوتون ها گسیل می شوند.
1. بخش اصلی نحوه کار چراغ های LED
LED ها (دیودهای ساطع نور) با ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها در نیمه هادی های نیمه هادی، نورهایی با طول موج های خاص منتشر می کنند. پهنای باند گپ ماده، محدوده طیفی را تعیین می کند. به عنوان مثال:
تراشه مبتنی بر InGaN-: نور آبی بین 450 تا 470 نانومتر ساطع میکند که برای مرحله رشد گیاهان زمانی که به مواد مغذی نیاز دارند استفاده میشود.
تراشه مبتنی بر AlGaInP{0}}: نور قرمز بین 620 تا 660 نانومتر میتابد تا به شکوفه دادن گلها و رسیدن میوهها کمک کند.
فناوری تبدیل فسفر: وقتی نور آبی را به پودر فلورسنت زرد میتابانید، نور سفید با طیف کامل{0}} شبیه نور طبیعی میشود.
LED ها می توانند بیش از 200lm/W نور تولید کنند، سرعت پوسیدگی نور کمی دارند و بیش از 50000 ساعت دوام می آورند. این بسیار برتر از منابع نور سنتی است.
2. لامپ های رشد مخصوص گیاهان طراحی شده است
لامپ رشد گیاه منبع نور منحصر به فردی است که برای فتوسنتز ساخته شده است. دو نوع مسیر فنی برای آن وجود دارد:
نور گیاهی LED تخصصی: استفاده از ترکیبی از تراشه های قرمز و آبی (مانند نسبت 3:1) یا اضافه کردن نور قرمز دور (730 نانومتر) برای کنترل نحوه رشد و تغییر شکل گیاهان.
انواع بهبود برای منابع نور سنتی عبارتند از لامپهای سدیم فشار بالا (HPS) که میزان نور طیف قرمز را افزایش میدهند، یا لامپهای فلورسنت که از فسفرهای خاکی کمیاب برای افزایش خروجی باندهای خاص استفاده میکنند.
به عنوان مثال، سیستم Philips GrowWise مقدار نور قرمز (660 نانومتر)، آبی (450 نانومتر) و نور سفید استفاده شده را تغییر میدهد تا 15 درصد خروجی گوجهفرنگی بیشتر و 20 درصد محتوای ویتامین C بیشتر داشته باشد.
2، طراحی طیفی: یافتن تعادل بین نیاز گیاهان و ظاهر چیزها
1. چگونگی فتوسنتز گیاهان به طول موج بستگی دارد
کلروفیل گیاهی نور آبی را بین 400 تا 500 نانومتر و نور قرمز را بین 600 تا 700 نانومتر بهترین جذب می کند.
نور آبی (450 نانومتر) رشد ساقه ها را متوقف می کند، به تولید کلروفیل بیشتر کمک می کند و از نیتروژن بهتر استفاده می کند.
نور قرمز (660 نانومتر) به ساخت هورمونهای گلدهی مانند زاتین کمک میکند و باعث میشود قند میوه سریعتر ساخته شود.
نور قرمز دور (730 نانومتر): پاسخ اجتناب از سایه را با تغییر نسبت R/FR برای بهبود ساختار گیاه کنترل میکند.
آزمایشها نشان دادهاند که نسبت نور قرمز به آبی 4:1 تجمع ماده خشک در کاهو را تا 30 درصد افزایش میدهد در حالی که گیاهان در مواجهه با نور تک رنگ مستعد عدم تعادل تغذیهای هستند.
2. استراتژی طیفی چراغ های LED و روشنایی برای رشد گیاهان
چراغ های LED جهانی عمدتاً از نور سفید با طیف کامل استفاده می کنند که محدوده طول موج 400-700 نانومتر را پوشش می دهد. با این حال، به دلیل داشتن نسبت ثابت نور قرمز به آبی (تقریباً 1:2)، برآوردن نیازهای چرخه رشد گیاه دشوار است.
یک لامپ برای رشد گیاهان: برای مثال، یک ترکیب چند-تراشه میتواند طیف را قابل تنظیم کند:
دوره رشد تغذیه ای: نسبت نور قرمز به آبی 3:1 است که به رشد برگ ها کمک می کند.
دوره رشد زایشی: برای شکوفه دادن گیاهان، مقدار نور قرمز دور را تا 15 درصد افزایش دهید.
در مرحله تورم میوه، میزان نور قرمز را تا 70 درصد افزایش دهید و تغییر قند را آسانتر کنید.
کارخانه کارخانه Mirai در ژاپن از کنترل طیف چند لایه استفاده می کند تا محتوای VC کاهو را تا 1.8 برابر کاشت در خارج از خانه افزایش دهد و چرخه تولید را تا 20 درصد کاهش دهد.
3، مقایسه بازده انرژی: تفاوتهای اصلی در هزینههای عملیاتی بلندمدت-
1. مدیریت بهره وری گرما و نور
چراغهای الایدی: راندمان تبدیل نوری{0}الکترونیکی آنها در حدود 60 درصد است و گرمای زیادی تولید نمیکنند، بنابراین میتوان آنها را نزدیک تاجپوش گیاه (10 تا 30 سانتیمتر) قرار داد تا شدت نور در واحد سطح 3 تا 5 برابر قویتر شود.
نور رشد منظم گیاه:
لامپ HPS: از آنجایی که فقط 30٪ مواقع کار می کند، گرمای زیادی باید از طریق سیستم تهویه مطبوع آزاد شود که باعث می شود مصرف انرژی تا 40٪ افزایش یابد.
لامپ فلورسنت: راندمان حدود 50٪ است، اما طیف گسترده است، بنابراین برای انجام کار باید از بیش از یک لامپ استفاده کنید.
2. تجزیه و تحلیل هزینه های چرخه عمر
به عنوان مثال، یک مزرعه عمودی در شنژن:
سیستم LED: هزینه اصلی قابل توجه است، اما مصرف برق سالانه تنها 120000 کیلووات ساعت است و نگهداری آن ارزان است.
سیستم HPS هزینه اولیه کمی دارد، اما هر سال 280000 کیلووات ساعت برق مصرف می کند و لامپ ها باید هر دو سال یکبار تعویض شوند، که هزینه کل را بسیار بالا می کند.
هزینه کل مالکیت (TCO) سیستم های LED 35 درصد کمتر از سیستم های HPS در یک دوره 5 ساله است و میزان فضای استفاده شده توسط آنها 8 برابر بیشتر است.
4، کاربرد در صنعت: حرکت از آزمایشگاه به تنظیمات تولید تجاری
1. کارخانه کارخانه: استانداردی برای ساخت اشیا در کارخانه ها
Sky Greens در سنگاپور از یک قفسه رشد سه بعدی-به شکل A با نوارهای نور LED در هر طبقه استفاده می کند که می تواند به زوایای مختلف تغییر یابد. زمان "نور قرمز صبح + نور آبی بعدازظهر"-رویکرد تامین نور مشترک، بازده سبزیجات سبز در واحد سطح را چهار برابر افزایش میدهد و مصرف آب را تا 92% کاهش میدهد.
2. کشاورزی عمودی: تغییر در نحوه استفاده شهرها از فضا
یک سیستم کشت چندلایه LED در پروژه ای در دبی که در آن آب کمیاب است استفاده می شود. در این روش به ازای هر کیلوگرم سبزیجات تنها 2.5 لیتر آب مصرف می شود که در مقایسه با مزارع سنتی 98 درصد در مصرف آب صرفه جویی می شود. همچنین از کنترل طیف پویا برای ادامه تولید در تمام سال استفاده می کند.
3. باغبانی در خانه: محبوبیت بیشتر کاشت شخصی
محصولات سری AeroGarden دارای چراغ های LED قرمز، آبی و سفید هستند که توسط یک اپلیکیشن قابل کنترل هستند. این می تواند چرخه رشد گیاهان وانیل را تا 30 درصد کاهش دهد و کاشت در بالکن را پنج برابر کارآمدتر کند.
4. مشکلات و موارد استفاده از چراغ های ال ای دی قدیمی-
چراغ های LED جهانی ممکن است باعث تاخیر 7 روزه در دوره گلدهی گل داوودی شود زیرا طیف آنها ثابت است. در مرحله رشد نهال کاهو، جایی که نیاز به توقف طولانی شدن ساقه است، چراغ های LED که دارای تنظیم نور قرمز دور نیستند، احتمالاً بیش از حد رشد کرده و عملکرد محصول را کاهش می دهند.
