一، مبانی فوتوبیولوژی: چگونه گیاهان نور LED را "می بینند".
گیاهان می توانند نور را به دلیل اثرات ترکیبی سیستم رنگدانه فتوسنتزی و رنگدانه های حساس به نور ببینند. کلروفیل a/b نور را در 660 نانومتر قرمز و 450 نانومتر آبی جذب می کند، در حالی که کاروتنوئیدها در آبی 480 نانومتر کمک می کنند. این انتخاب طیفی طبیعی به فناوری LED اجازه می دهد تا با تغییر دقیق اجزای طیف، رشد گیاه را تحت تأثیر قرار دهد.
طیف نورهای LED معمولی (LED سفید) برای بینایی انسان ساخته شده است، اما همچنان دارای نور آبی (450-470nm) و نور قرمز (620-660nm) است که گیاهان برای فتوسنتز به آن نیاز دارند. مطالعات نشان می دهد که تقریباً 18٪ تا 25٪ از شار فوتون ساطع شده توسط LED های سفید در طیف تابش فتوسنتزی کارآمد برای گیاهان (400-700 نانومتر) قرار می گیرد. این درصد کمتر از 80 تا 90 درصد لامپ های گیاهی حرفه ای است، با این حال می تواند حداقل نیاز به نور اضافی را پوشش دهد. به عنوان مثال، زمانی که باران می بارد یا زمانی که نور زیادی در داخل وجود ندارد، چراغ های LED معمولی می توانند گیاهان را به مدت 14 تا 16 ساعت در روز در معرض نور قرار دهند. این باعث کاهش 15 تا 20 درصدی چرخه زندگی غذاهای سبز رنگ مانند کاهو می شود.
2، سناریوی کاربردی: محدوده چراغ های LED معمولی
1. کوتاه مدت-نور بیشتر و گیاهان با برگ
برای گیاهان دارای برگ، مانند jackfruit و chlorophytum comosum، می توان از چراغ های LED معمولی به عنوان منابع نور کوتاه مدت استفاده کرد. آزمایشات نشان داده است که تابش گیاهان به مدت 6 ساعت در روز از فاصله 30 سانتی متری می تواند میزان کلروفیل برگ های آنها را 12 تا 15 درصد افزایش دهد. اما استفاده طولانی مدت (بیش از سه ماه) می تواند ساقه ها را بیش از حد بلند کند و باید مرتباً آنها را کوتاه کنید.
2. پرورش نهال و گیاهان علفی
هنگام ساخت گیاهان علفی مانند جوانه ها و گیاهان در یک کارخانه، چراغ های LED معمولی و فیلم بازتابنده می توانند 80٪ از انرژی نور را مصرف کنند. یک مزرعه خانوادگی در شنژن از یک چراغ سقف LED اصلاح شده (مقدار PPFD تقریباً 120 میکرومول بر متر مربع بر ثانیه) استفاده کرد که نرخ ریشه‌زایی نهال‌های ریحان را از 65 درصد در نور طبیعی به 92 درصد افزایش داد. اما میزان میوه‌دهی محصولات میوه (مانند گوجه‌فرنگی) تنها 8 درصد افزایش یافت که بسیار کمتر از 35 درصد افزایشی است که نورپردازی حرفه‌ای گیاه ایجاد کرد.
3. روشنایی اضطراری در تمام فصول
در فصل زمستان می توان از چراغ های LED معمولی برای روشنایی گلخانه ها در مناطق شمالی استفاده کرد. آزمایشات در یک پایگاه سبزیجات در استان هبی نشان داده است که اضافه کردن چراغ های LED معمولی به مدت 4 ساعت در روز، حتی زمانی که هوا بسیار بد است و کمتر از 4 ساعت نور وجود دارد، می تواند 78 درصد از عملکرد طبیعی خیار را حفظ کند. با این حال، محتوای ویتامین C میوه 19٪ کمتر از گروه نورپردازی مکمل حرفه ای است.
3، مشکلات فنی: سه مشکل اصلی با چراغ های LED معمولی
1. قطعات طیفی نامتعادل
نور سبز (500 تا 570 نانومتر) 40 تا 50 درصد چراغ‌های LED معمولی را تشکیل می‌دهد، اما گیاهان تنها کمتر از 5 درصد آن را جذب می‌کنند. این «نور بی اثر» نه تنها انرژی نور را کم مصرف می کند، بلکه می تواند از طریق اثرات حرارتی دمای برگ ها را 2 تا 3 درجه سانتیگراد افزایش دهد. برای رفع این مشکل، فاصله لامپ باید افزایش یابد (بهترین است 40 تا 50 سانتی متر).
2. شدت نور کافی نیست
چراغ‌های گیاهی حرفه‌ای می‌توانند مقدار PPFD 600-1000 μ mol/m²/s داشته باشند، در حالی که چراغ‌های LED معمولی فقط در فاصله 30 سانتی‌متری دارای مقدار PPFD 80-150 μ mol/m²/s هستند. برای محصولاتی که برای رشد به نور زیادی نیاز دارند (مانند فلفل تند)، چراغ های LED معمولی باید بیش از 12 ساعت روشن بمانند تا اثری مشابه با چراغ های حرفه ای به مدت 6 ساعت داشته باشند. این 2.3 برابر بیشتر از چراغ های حرفه ای انرژی مصرف می کند.
3. بدون تنظیم دینامیکی
برای رشد گیاهان، کیفیت نور باید بین مرحله رشد رویشی (زمانی که 60٪ نور آبی مورد نیاز است) و دوره رشد زایشی (زمانی که 70٪ نور قرمز مورد نیاز است) تغییر کند. چراغ های LED معمولی طیف ثابتی دارند و نمی توانند مانند چراغ های حرفه ای کیفیت نور را به صورت دینامیکی تغییر دهند. این امر باعث "ناراحتی کیفیت نور" در محصولاتی مانند گوجه فرنگی می شود، که به معنی ساقه های ضعیف در طول دوره رشد تغذیه ای و عدم تمایز کافی جوانه های گل در طول دوره رشد زایشی است.
4، طرح بهینه سازی: برنامه ای برای بهتر کارکردن چراغ های LED معمولی
1. تکنولوژی برای تغییر طیف
مقداری نور سبز را می توان با قرار دادن پودر فلورسنت روی سطح مهره های LED به نور قرمز تبدیل کرد. در حال حاضر کیت هایی در بازار وجود دارد که می توانند چراغ های LED معمولی را به گونه ای تغییر دهند که 15٪ تا 30٪ نور قرمز بیشتر و 18٪ بازده فتوسنتزی بیشتری داشته باشند. به عنوان مثال، هنگام رشد گیاهان آبدار، چراغ های LED سفارشی می توانند گیاهان را 25٪ فشرده تر و برگ ها را 12٪ ضخیم تر کنند.
2. کنار هم قرار دادن یک سیستم بازتابی
هنگامی که با بازتابنده های فویل آلومینیومی یا پوشش های بازتابنده منتشر استفاده می شود، میزان استفاده از انرژی نور می تواند از 35٪ به 58٪ افزایش یابد. یک آزمایش آزمایشگاهی خانگی در Hangzhou نشان داد که پس از استفاده از یک سیستم بازتابی در یک منطقه کاشت 1 ㎡، نور اضافی چراغ‌های LED معمولی تنها 68٪ به خوبی نورهای حرفه‌ای است، اما هزینه آنها فقط 1/5 برابر است.
3. ماژول کنترل هوشمند
یک سنسور خارجی حساس به نور و تایمر می تواند به طور خودکار میزان نور و زمان را تغییر دهد. به عنوان مثال، اگر سطح نور محیط کمتر از 2000 لوکس باشد، سیستم به طور خودکار چراغ پرکننده LED را برای مدت زمان معین روشن می کند تا از سرکوب نور از نور زیاد جلوگیری کند.
5، روند بازار: چگونه چراغ های LED معمولی در حال تغییر هستند
همانطور که کارخانه‌های کارخانه به خانه‌ها نقل مکان می‌کنند، تغییر "مبتنی بر کارخانه" چراغ‌های LED معمولی به یک مد جدید تبدیل شده است. در سال ۲۰۲۴، کسب‌وکارهایی مانند شیائومی و فیلیپس «لامپ‌های ال‌ای‌دی طیف کامل» را عرضه خواهند کرد. این لامپ‌ها از فناوری ترکیب چند تراشه‌ای برای گستره کل محدوده 400 تا 700 نانومتر استفاده می‌کنند، مقدار PPFD 200 میکرومول در متر مربع بر ثانیه دارند و 60 درصد کمتر از چراغ‌های حرفه‌ای قیمت دارند. این نوع محصول 32 درصد از بازار باغبانی بالکن را تشکیل می دهد و پیش بینی می شود تا سال 2025 بیش از 50 درصد از بازار را تشکیل دهد.
در عین حال، طراحی مدولار به یک ایده جدید مهم تبدیل شده است. "نوار رشد گیاه" IKEA را می توان به راحتی به لامپ های LED فعلی اضافه کرد. شما می توانید طیف و روشنایی نور را با یک اپلیکیشن موبایل تغییر دهید و بلافاصله لامپ های معمولی را به "چراغ های گیاهی هوشمند" تبدیل کنید. این رویکرد "تحول سبک وزن" راه اندازی شرکت های گیاهان خانگی را برای مردم آسان تر می کند.
