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              破解LED改變植物的生長(zhǎng)周期密碼

              2016/10/11 10:09:44 作者:許東 來源:云知光照明微課堂
              摘要:以前植物只是根據(jù)時(shí)節(jié)變化而生長(zhǎng),但如今在LED燈光下植物可以改變生長(zhǎng)周期,這是為什么呢?研究光要從光譜開始,想了解LED改變植物生長(zhǎng)變化這個(gè)謎還得先知道LED植物燈光譜是什么。

                以前植物只是根據(jù)時(shí)節(jié)變化而生長(zhǎng),但如今在LED燈光下植物可以改變生長(zhǎng)周期,這是為什么呢?研究光要從光譜開始,想了解LED改變植物生長(zhǎng)變化這個(gè)謎還得先知道LED植物燈光譜是什么。

                光的研究基礎(chǔ)是光譜,光的應(yīng)用品質(zhì)需要光譜分析,LED植物燈的光譜尤為重要,制造商對(duì)植物燈光譜的設(shè)計(jì)能力決定其市場(chǎng)競(jìng)地位,LED植物燈光譜需要根據(jù)種植工藝專門設(shè)計(jì)而不能去仿制。

                植物工廠是跨界產(chǎn)品,植物工廠技術(shù)分為種植設(shè)備技術(shù)與種植工藝技術(shù),植物燈光譜技術(shù)是種植設(shè)備與種植工藝的重要關(guān)聯(lián)點(diǎn),需要明確的一點(diǎn)是種植工藝決定光譜設(shè)計(jì),對(duì)植物燈的設(shè)計(jì)與制造是保證種植工藝所要求的光質(zhì)能達(dá)到最佳效率,植物燈的這些特點(diǎn)決定了植物光譜設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性和多樣性。

                光譜的非視覺應(yīng)用

                光譜應(yīng)用分視覺應(yīng)用和非視覺應(yīng)用,照明屬于視覺應(yīng)用,植物光照屬于非視覺應(yīng)用,視覺應(yīng)用與非視覺應(yīng)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(biāo)注參數(shù),這個(gè)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用混亂的參數(shù)標(biāo)注可能來源于“植物照明”的提法。

                對(duì)植物光合作用的光譜研究實(shí)質(zhì)是以波長(zhǎng)為定義域的光輻射功率或光量子的分布形態(tài)與量值(光質(zhì))分析,這個(gè)分析是通過光譜數(shù)據(jù)和光譜圖實(shí)現(xiàn)的。

                太陽光光譜

                植物種植需要研究太陽光譜,地面上測(cè)試的太陽光譜屬于吸收光譜,標(biāo)準(zhǔn)的太陽光譜如圖AM1.5G(G173-03)所示,由于地理位置與季節(jié)不同,在地面測(cè)試到的光譜輻射量會(huì)有不同,但光譜的形態(tài)相同。

                植物的光合作用,通常的理論是研究波長(zhǎng)400nm-700nm范圍,把波長(zhǎng)限制在這個(gè)范圍的AM1.5G(下圖)可以看出,光譜形態(tài)接近矩形。

                為了提供人造光源的光譜設(shè)計(jì)參考,我們給出波長(zhǎng)350-850nm范圍的AM1.5G圖供參考。

                太陽光光譜對(duì)植物燈光譜設(shè)計(jì)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在400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅光、綠光、藍(lán)光輻射比例為:紅光占32.62%,綠光占35.38%,藍(lán)光占32.69%。

                分析某個(gè)種植地區(qū)的太陽光對(duì)本地區(qū)種植很重要,應(yīng)該在當(dāng)?shù)赝ㄟ^專業(yè)儀器實(shí)際測(cè)量,這樣能準(zhǔn)確分析。

                這個(gè)光譜圖在400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅光、綠光、藍(lán)光輻射比例為:紅光占28.7%,綠光占36.58%,藍(lán)光占35.43%。

                可以看出,地理位置的不同,光譜中紅綠藍(lán)成分有差別,這對(duì)太陽光型和混合型植物工廠的設(shè)計(jì)影響較大。

                準(zhǔn)確的分析當(dāng)?shù)氐奶柟夤庾V,可以給太陽光型和混合型植物工廠的種植工藝提供科學(xué)的光合量參考,可以正確地提供補(bǔ)光燈的選用依據(jù),對(duì)于太陽光型植物工廠,準(zhǔn)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(guān)于這個(gè)問題,后續(xù)有專門的文章介紹,敬請(qǐng)期待。

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                LED光源的光譜與極限參數(shù)

                把LED植物燈的光譜作為重點(diǎn)討論,是因?yàn)長(zhǎng)ED光源的光譜可以根據(jù)種植工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí),LED光源的光譜通過調(diào)光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的控制,LED光源是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的植物燈光源,植物燈可變光譜的技術(shù)主要是針對(duì)光形態(tài)控制,在節(jié)能方面作用不大,普通植物燈通過光周期的調(diào)整也是可以節(jié)能,可變光譜的應(yīng)用成本會(huì)提高很多。

                1)根據(jù)LED的光譜形態(tài)可以推算最高的PPF

                植物燈光譜形態(tài)確定后,對(duì)應(yīng)于這種光譜形態(tài)的最高YPF或PPF就可以計(jì)算出來,這對(duì)評(píng)估LED植物燈的應(yīng)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(shù)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(shè)計(jì)體現(xiàn)制造商的品質(zhì)能力

                LED植物燈的光譜設(shè)計(jì)是對(duì)種植工藝要求的設(shè)備支持能力,關(guān)系到植物燈制造商的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,是衡量制造商技術(shù)與工藝的主要特征,植物燈的光譜設(shè)計(jì)體現(xiàn)出制造商對(duì)LED芯片與封裝的選擇,植物燈光譜分析與計(jì)算能力,燈具的配光設(shè)計(jì),光量子場(chǎng)均勻度把控,驅(qū)動(dòng)技術(shù),散熱技術(shù),產(chǎn)品可靠性控制,安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的綜合制造水平,標(biāo)志著制造商的產(chǎn)品在市場(chǎng)的技術(shù)實(shí)力,應(yīng)用上述幾方面的內(nèi)容去評(píng)估植物燈產(chǎn)品可以減小投資風(fēng)險(xiǎn)和采購風(fēng)險(xiǎn)。


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