如何提高植物燈的光效，PAR，PPF和PPFD

從HID時代開始，植物照明就已經(jīng)不是一種新的照明應(yīng)用了，但LED燈可為不同的植物定制不同的光譜，它的使用和迭代已完全更新了整個植物照明行業(yè)，因而植物照明市場成為了全球增長最快的市場之一，尤其是在美國和歐洲。本文就如何提高植物燈的照明效果并制作更好的植物燈具提供了一些思路。

1. 光對生長的影響

在自然光譜中，不同波長的光對植物生長的影響如下：

a)280~315nm對形態(tài)和生理過程的影響極小；

b)315~400nm，葉綠素吸收較少，影響光周期效應(yīng)從而妨礙莖的伸長；

c)400-520nm（藍光），葉綠素吸收率最大，促進光合作用；

d)520~610nm，色素吸收率不高，使光合作用降低；

e)610~720nm（紅光），葉綠素吸收率低，對光合作用和光周期影響顯著；

f)720~1000nm，吸收率低，刺激細胞伸長，影響開花和種子發(fā)芽；

g)>1000 nm 轉(zhuǎn)化為熱量。

大體上，PAR（光合有效輻射）是指能有效刺激植物光合作用的光譜，波長范圍為400~700nm。

2. 關(guān)于植物燈如何能更高效的幾個概念

a) 植物燈的光效是指植物照明系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為可用于光合作用光子(PAR)的效率。很多植物燈廠商使用總瓦數(shù)或每平方英尺的瓦數(shù)作為描述光強度的度量標準。但是，這些值并沒有告訴你任何信息，因為瓦特是描述電氣輸入而不是光輸出的度量。如果知道光的PPF以及輸入功率，則可計算出植物照明系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為PAR的效率。在此提醒，PPF的單位為μmol/s，而電能的測量單位為每秒焦耳(J/s)，因此，分子和分母中的秒數(shù)相消，該單位變?yōu)棣蘭ol/J。數(shù)值越高，則代表照明系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為PAR的光子的效率越高。

b) PPF是光合作用光子通量。PPF測量每秒照明系統(tǒng)產(chǎn)生的PAR總量，使用一種叫積分球的專用儀器進行測量，該儀器可以捕獲并測量照明系統(tǒng)發(fā)出的所有光子。PPF的單位是每秒微摩爾（μmol/s），這大概是衡量植物照明系統(tǒng)第二重要的方法，但是不管出于何原因，大多數(shù)照明公司都沒有列出該指標。值得注意的是，PPF并沒有告訴你實際測量到有多少光落在植物上，但如果你要計算照明系統(tǒng)產(chǎn)生PAR的效率，它是一個重要的指標。

c）PPFD是光合作用光子通量密度。PPFD測量實際落到植物上的PAR總量，或正如科學(xué)家所說那樣：“每秒落在給定面積上促進光合作用的光子數(shù)量”。PPFD是對植物冠層上特定位置的“點”測量，計量單位微摩爾每平方米每秒（μmol/m²/s）。如果想知道一指定生長區(qū)域（例如4'x 4'）內(nèi)燈的真實發(fā)光強度，在一個確定的高度上取幾個PPFD測量值的平均值是非常重要的。有些照明公司僅公布在覆蓋區(qū)域的中心點測量的PPFD值，這極大地高估了燈具的真實發(fā)光強度。單一的測量值不能代表什么，因為通常植物燈的中心處最亮，越往覆蓋區(qū)域的邊緣測量，發(fā)光強度越弱。

光從光源到終點（從植物燈到植物）傳播時會變?nèi)酢Ｄ鷷诖蠖鄶?shù)生長光強度圖表中注意到，PPFD值隨著距離的增加而減小。 

這就是為什么在種植時要注意植物燈懸掛高度的原因。

為了選用合適的植物照明系統(tǒng)來滿足種植和業(yè)務(wù)目標，需要了解PPF，PPFD和光效才能做出明智的購買決策。 但是，這三個指標不能當作唯一的購買決策因素，還需要考慮其他幾個因素，例如外形尺寸和利用率。 

需要綜合考慮所有因素，以根據(jù)您的耕種和業(yè)務(wù)目標選擇最合適的系統(tǒng)，并且要傳達的信息是，PPF，PPFD和光效是科學(xué)家和行業(yè)領(lǐng)先的植物照明公司使用的參數(shù)標準。如果一個公司沒有為您提供用于植物照明的這些參數(shù)，那么他們不應(yīng)該出售，而我們也無法驗證其系統(tǒng)是否有效。 

3. 選擇合適的LED電源來提高燈具性能

a) 為燈具選擇合適的功率。

不同的植物對PPFD會有不同的反應(yīng)。

b) 為燈具選擇正確的輸入電壓。

主要有兩種不同的輸入電壓范圍， 120-277Vac和200-480Vac， 其可以覆蓋大多數(shù)植物燈應(yīng)用。隨著功率范圍的增加和線材成本的增加，越來越多的用戶選擇高壓輸入以減少線材的功率損耗和線材成本。

c) 高效率的電源意味著更高的光效和更長的使用壽命。

一線電源廠家的的大功率電源（例如600-800W）擁有95％以上的效率，300-400W有94％的效率。在大功率應(yīng)用中，1％的效率差異意味著超過10％的散熱差異，從而導(dǎo)致內(nèi)部元器件10-20度的溫度差異。眾所周知，電容溫度每降低10度，電源壽命會延長一倍，并且會帶來更好的MTBF。

d) 選用單個大功率電源還是多個小功率電源？

對于高性能電源，單個高功率電源應(yīng)該是主流選擇。原因如下：

-更高的效率。使用的小功率電源越多，意味著高損耗和低效率。

-布線簡單。

-故障率加倍或增加三倍。電源越多，故障率就越高，維護起來就越困難。

-浪涌電流。多個電源同時工作會帶來更高的浪涌電流。

-啟動不一致。多個電源具有不同的啟動時間，用戶體驗差。

-更高的調(diào)光驅(qū)動電流。通常單個燈具控制器能夠驅(qū)動至少50個電源，因此單個燈具中的電源越多，可以控制的燈具就越少。而且控制回路中的電源數(shù)量較多會導(dǎo)致調(diào)光線上的壓降高，可能會導(dǎo)致不同燈具亮度不一致。

4.優(yōu)特電源植物照明解決方案。

a）優(yōu)特電源提供2種版本的輸入電壓：120-277Vac和200-480Vac，此范圍涵蓋了世界上大部分的電網(wǎng)。

b）效率高達95.5％。高效率使得植物燈光效高，為終端客戶節(jié)省了大量成本。

c）極低的浪涌電流。標準版本的400-800W電源浪涌電流低于20A，從而簡化了現(xiàn)有系統(tǒng)的斷路器選擇。

d）出色的調(diào)光性能。平滑調(diào)暗至10％或更低(需定制)，沒有任何閃爍。

e）多種輸出選擇。

f）輸出接地線使用更安全，并通過了UL Class P認證。

g）可靠性高，產(chǎn)品壽命高達10萬小時。

參考文獻:

1. OSRAM Application Note: LEDs for horticultural lighting applications

2. Upowertek Application Note: Upowertek Solution for Horticultural Application V1.3