Analiza avantajelor Suplimentului de iluminat cu semiconductor cu efect de seră- Universelite Co., Ltd

Analiza avantajelor Suplimentului de iluminat cu semiconductor cu efect de seră

Analiza avantajelor sursei de lumină Lămpile incandescente sunt surse de lumină obișnuite pentru crearea luminii solare pe termen lung, dar eficiența lor electrică este scăzută, iar raportul scăzut dintre lumina roșie și roșie îndepărtată nu poate îmbunătăți alungirea tulpinii, așa că sunt interzise treptat de la vânzare și utilizare. Lămpile fluorescente compacte și HPS sunt mai eficiente din punct de vedere energetic și au un raport R:FR ridicat. HPS are trei tipuri de 400W, 600W și 1000W. Sursele de lumină tradiționale, cum ar fi HPS, nu pot lansa produse cu putere redusă, iar aplicațiile lor sunt limitate. 1000W este mai popular deoarece sunt necesare mai puține astfel de lămpi pentru a obține aceeași intensitate luminoasă. În practica iluminatului suplimentar în sere, reducerea numărului de lămpi poate reduce efectiv gradul de lumină naturală blocată de reflectoarele lămpilor. Reglarea eficientă și economisită de energie a luminii naturale necesită un sistem de control inteligent pentru a regla cantitatea de lumină artificială în funcție de intensitatea luminii naturale.

În comparație, eficiența de conversie fotoelectrică a HPS este de 30%, în timp ce lampa incandescentă este de numai 6%, iar eficiența de conversie fotoelectrică a lămpii LED este de 40%. O altă energie electrică este convertită în energie termică, încălzind temperatura ambiantă a serei. De fapt, este neeconomic să folosiți încălzirea electrică, iar în condiții meteorologice blânde, temperatura ridicată nu este bună pentru producție, așa că este necesar să porniți ventilatoare și alte echipamente pentru a se răci. Spectrul HPS include lumina compozită de lumină galbenă, lumină portocalie și lumină roșie. Trebuie să adauge puțină lumină albastră pentru a avea o calitate mai eficientă a luminii. Plantele necesită o anumită cantitate de lumină albastră pentru dezvoltarea și morfologia normală a plantelor. În plus, lumina roșie îndepărtată este, de asemenea, importantă pentru morfogeneză, iar raportul dintre lumina roșie, albastră și roșie îndepărtată trebuie ajustat.

Luminile sau modulele LED trebuie ecranate pentru calitatea luminii, performanța impermeabilă, compactitatea și suprafața redusă de ecranare a luminii. Metodele de disipare a căldurii includ LED-uri răcite cu apă, LED-uri pasive răcite cu gaz și LED-uri active răcite cu gaz. Disiparea căldurii cu LED-uri a fost întotdeauna o problemă care trebuie rezolvată serios. Disiparea căldurii și încălzirea HPS pot încălzi plantele și pot crește respirația. La rândul său, respirația reduce temperatura frunzelor.

În 2007, unele companii din Țările de Jos au introdus module LED speciale pentru industria serelor. În 2008-2009, au fost efectuate câteva experimente de iluminat cu LED-uri la scară largă pe trandafiri, roșii, ardei gras, castraveți și plante medicinale. Rezultatele experimentelor au fost amestecate. LED-urile au potențial pentru reglarea fotoperioadei și aplicarea suplimentară a luminii în sere, dar există relativ puține studii asupra culturilor horticole, iar aplicarea lor poate fi limitată la producția de plante speciale din cauza costului ridicat (Runkle și colab., 2011). Iluminarea suplimentară cu LED-uri în sere este o tehnologie foarte promițătoare care poate capta în mod eficient o fotosinteză mai bună a plantelor (LED-urile roșii sunt mai mari decât HPS), inițiază răspunsuri speciale ale plantelor sau ghidează procesele plantelor și echilibrează prin modularea specială a calității luminii LED (Nederhoff, 2010).

Analiza tehnologiei de iluminat

Metodele de umplere includ lumina de umplere superioară, lumina de umplere interlinie, lumina de umplere cu mai multe straturi și alte forme. În comparație cu sursele de lumină tradiționale, dimensiunea, forma și puterea lămpilor cu surse de lumină LED pot fi mărite liber, metoda de suspendare este flexibilă, iar greutatea este ușoară. A derivat o varietate de moduri suplimentare de tehnologie a luminii, care sunt bine adaptate la metodele de plantare în seră, tipurile de culturi și formele copacului. Nevoi practice diverse.

Analiza beneficiilor iluminatului

Tehnologia de iluminare a creșterii plantelor avansează rapid, oferind multe opțiuni pentru iluminarea suplimentară în sere. Nelson și Bughee (2014) au raportat eficiența cuantică fotosintetică (400~700nm) și caracteristicile de distribuție a radiației fotonice a 2 tipuri de dispozitive HPS cu două fețe, 5 tipuri de dispozitive HPS pe bază de mogul, 10 tipuri de dispozitive LED, 3 tipuri de cermet lămpi și 2 tipuri de lămpi fluorescente. Cele mai eficiente 2 LED-uri și cele 2 cele mai eficiente dispozitive bifaciale HPS au aproape aceeași eficiență, între 1, 66 și 1, 7 μmol/J. Eficiența acestor patru dispozitive este semnificativ mai mare decât eficiența de 1,02 μmol/J a lămpilor cu cermet utilizate în mod obișnuit. 95μmol/J。 Eficiența celor mai bune lămpi metal ceramice și lămpi fluorescente a fost de 1,46 și 0,95μmol / J.

Autorul a calculat costul investiției inițiale pentru fiecare cuantum de lumină emis de dispozitiv și a clarificat că costul dispozitivelor LED este de 5 până la 10 ori mai mare decât al dispozitivelor HPS. Factura de energie electrică pe 5 ani plus costul pe mol al dispozitivelor fotonice este de 2,3 ori mai mare decât cea a dispozitivelor LED. În ceea ce privește costurile cu energia electrică, rezultatele analizei arată că costurile de întreținere pe termen lung sunt foarte mici. Dacă sistemul de producție are un spațiu de gol larg, funcția unică a dispozitivului LED este că poate concentra în mod eficient cuantumul luminii pe o anumită parte, astfel încât copertina plantei să poată capta mai mult cuantum de lumină. Dar analiza arată că radiația fotonică este costisitoare pentru toate corpurile de iluminat. Cel mai mic cost al sistemului de iluminat poate fi atins numai atunci când dispozitivele de emisie de lumină de înaltă eficiență sunt combinate cu captarea eficientă a fotonilor din baldachin.

Progresele în tehnologia de iluminat și eficiența corpurilor de iluminat au oferit multe opțiuni pentru iluminarea suplimentară în sere, inclusiv multe corpuri cu LED-uri. S-au făcut progrese mari în trei aspecte ale compoziției lămpilor pentru lămpi cu descărcare de înaltă intensitate (HID) [inclusiv lămpi cu sodiu de înaltă presiune (HPS) și lămpi cu halogenură metalică ceramică (CMI)], inclusiv lămpi (becuri), surse de lumină ( reflectoare) și balasturi (balast). HPS cu balast electronic și bec cu două fețe este de 1,7 ori mai mare decât HPS-ul dispozitivului HPS bazat pe mogul. Analiza include doi parametri, eficiența lămpii, adică determinarea numărului de fotoni fotosintetici pe joule (fotoni) și eficiența de captare a fluxului cuantic fotosintetic (400-700 nm) în baldachin, care este o parte din fotonii care ajung. frunzele plantei. Eficiența electrică a creșterii plantelor este măsurată în numărul de fotoni fotosintetici pe joule.

Eficiența electrică a corpurilor de iluminat este adesea exprimată în unități de percepție a luminii umane (lumeni emiși pe watt) sau eficiență energetică (wați de radiație emise pe watt de intrare electrică). Cu toate acestea, fotosinteza și creșterea plantelor sunt măsurate în moli cuantici de lumină. Prin urmare, comparațiile de eficiență a luminii bazate pe eficiența cuantică a luminii ar trebui să utilizeze unitatea de cantitate cuantică fotosintetică produsă pe joule de intrare de energie. Acest lucru este și mai important pentru LED-uri, deoarece culorile luminii eficiente din punct de vedere electric sunt în regiunile lungi de undă roșu intens și albastru. Fotonii roșii au o capacitate de energie radiantă mai mică, permițând mai multor fotoni să livreze pe unitate de energie de intrare (energia radiantă este invers proporțională cu lungimea de undă, ecuația lui Planck). În schimb, lumina albastră este cu 53% mai eficientă din punct de vedere energetic decât lumina roșie (49% și 32%), dar lumina albastră este cu doar 9% mai eficientă cuantică a fotonului decât lumina roșie (1,87/1,72). Există neînțelegeri cu privire la efectul calității luminii asupra creșterii plantelor și mulți producători susțin că calitatea luminii promovează creșterea plantelor1 (distribuția spectrală și raportul luminii monocromatice).

Evaluarea impactului calității luminii asupra fotosintezei plantelor este derivată pe scară largă din curba randamentului cuantic al luminii (YPF), care arată că lumina roșu-portocalie de 600 ~ 660 mm este cu 20% ~ 30% mai mare decât albastru-verde și albastru. lumină de 400~460nm pentru fotosinteză. Când se analizează calitatea luminii pe baza curbei YPF, HPS are performanțe la fel de bine sau mai bune decât corpurile de iluminat LED mai bune, deoarece are o ieșire mare de fotoni în jur de 600 nm și o ieșire mai mică în regiunile de lumină albastră, albastru-verde și verde.

Curba spectrală a avortului cuantic a fost formată pe baza datelor de măsurare pe termen scurt în condițiile unei singure frunze și a unei intensități luminoase scăzute (Nelson și Bugbee, 2014). Cu toate acestea, curbele YPF sunt trase din măsurători pe termen scurt ale frunzelor individuale în condiții de lumină scăzută. Clorofila și pigmenții clorofilei au o capacitate slabă de a absorbi lumina verde (Terashima și colab., 2009), dar Terashima și colab. (2009) au subliniat că eficiența fotosintezei frunzelor de floarea-soarelui condusă de lumina verde amestecată cu lumină albă puternică este mai mare decât cea a luminii roșii. Prin urmare, lumina verde este adesea considerată ineficientă pentru creșterea plantelor, dar lumina verde poate fi eficientă pentru creșterea plantelor în condiții de lumină puternică. LED-urile verzi de mare intensitate pot îmbunătăți în mod eficient creșterea plantelor, în special lumina verde cu lungime de undă scurtă este mai eficientă pentru creșterea plantelor (Johkan și colab., 2012).

În ultimii 30 de ani, multe studii pe termen lung asupra plantelor întregi în condiții de intensitate ridicată a luminii au arătat că calitatea luminii are un efect mult mai mic asupra ratei de creștere a plantelor decât intensitatea luminii (Cope și colab., 2014; Johkan și colab., 2012). ). Calitatea luminii, în special lumina albastră, poate modifica ratele de expansiune a celulelor și a frunzelor (Dougher și Bug-bee, 2004), înălțimea plantei, morfologia plantei (Cope și Bug-bee, 2013; Dougher și Bug-bee, 2001) la mai multe plante; Yorio şi colab., 2001). Dar impactul direct al luminii albastre asupra fotosintezei este minim. Efectele calității luminii asupra întregii plante uscate și proaspete apar, în general, în condiții de expunere la lumină naturală lipsă sau scăzută, datorită modificărilor expansiunii frunzelor și captării radiațiilor la începutul creșterii (Cope și colab., 2014).

Pe baza numărului de moli cuantici de lumină fotosintetică per joule, culorile luminii cu cea mai mare eficiență electrică a luminii LED sunt lumina albastră, lumina roșie și lumina albă rece, astfel încât lămpile cu LED-uri sunt în general combinate pentru a genera aceste culori. Alte culori ale calității luminii LED pot fi folosite pentru a îmbunătăți calitatea luminii unor lungimi de undă specifice pentru a controla anumite aspecte ale creșterii plantelor în virtutea proprietăților luminii monocromatice (Ya2012; Morrow și Tibbitts, 2008). Lipsa radiațiilor UV în corpurile de iluminat cu LED-uri datorită UV-LED-urilor reduce semnificativ eficiența corpurilor de iluminat. Lumina soarelui conține UV care reprezintă 9% din PPF, iar sursele standard de lumină electrică conțin 0,3% ~ 8% din radiația UV. Lipsa UV duce la unele tulburări ale plantelor în condiții de lumină solară (intunmescență, Morrow și Tibbitts, 1988). Lipsa radiației roșii îndepărtate (710~740nm) a lămpilor LED pentru lumină suplimentară fotosintetică scurtează timpul de înflorire a mai multor plante fotoperioade (GraigRungle, 2013). Lumina verde (530~580nm), lipsită sau absentă în corpurile de iluminat cu LED-uri, este capabilă să pătrundă în baldachin și să fie livrată mai eficient către frunzele inferioare (Kim et al., 2004). Adică, lungimea de undă a fiecărui cuantum de lumină incidentă are un impact asupra fotosintezei relative a unei singure frunze la intensitate scăzută a luminii (150μmol/㎡).