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破解LED改變植物的生長周期密碼

:2016-11-11    :333

 以前植物隻是根據時節變化而生長,但如今在LED燈光下植物可以改變生長周期,這是為什麽呢?研究光要從光譜開始,想了解LED改變植物生長變化這個謎還得先知道LED植物燈光譜是什麽。


光的研究基礎是光譜,光的應用品質需要光譜分析,LED植物燈的光譜尤為重要,製造商對植物燈光譜的設計能力決定其市場競地位,LED植物燈光譜需要根據種植工藝專門設計而不能去仿製。

植物工廠是跨界產品,植物工廠技術分為種植設備技術與種植工藝技術,植物燈光譜技術是種植設備與種植工藝的重要關聯點,需要明確的一點是種植工藝決定光譜設計,對植物燈的設計與製造是保證種植工藝所要求的光質能達到最佳效率,植物燈的這些特點決定了植物光譜設計具有複雜性和多樣性。

光譜的非視覺應用

光譜應用分視覺應用和非視覺應用,照明屬於視覺應用,植物光照屬於非視覺應用,視覺應用與非視覺應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注參數,這個會導致應用混亂的參數標注可能來源於“植物照明”的提法。

對植物光合作用的光譜研究實質是以波長為定義域的光輻射功率或光量子的分布形態與量值(光質)分析,這個分析是通過光譜數據和光譜圖實現的。


圖:植物光合作用光譜

太陽光光譜

植物種植需要研究太陽光譜,地麵上測試的太陽光譜屬於吸收光譜,標準的太陽光譜如圖 AM1.5G(G173-03)所示,由於地理位置與季節不同,在地麵測試到的光譜輻射量會有不同,但光譜的形態相同。


圖:波長為 250-4000nm 的 AM1.5G 光譜圖

植物的光合作用,通常的理論是研究波長 400nm-700nm 範圍,把波長限製在這個範圍的 AM1.5G(下圖)可以看出,光譜形態接近矩形。


圖:波長 400-700nm 範圍的 AM1.5G 光譜圖

為了提供人造光源的光譜設計參考,我們給出波長 350-850nm 範圍的 AM1.5G 圖供參考。


圖:波長 350-850nm 範圍的 AM1.5G 光譜圖

太陽光光譜對植物燈光譜設計有重要的參考作用,但不具備依賴性,試圖仿製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 波長範圍內的紅光、綠光、藍光輻射比例為:紅光占 32.62%,綠光占 35.38%,藍光占 32.69%

分析某個種植地區的太陽光對本地區種植很重要,應該在當地通過專業儀器實際測量,這樣能準確分析。


圖:佛山南海2013年9月的相對光譜圖。

這個光譜圖在400-700nm 波長範圍內的紅光、綠光、藍光輻射比例為:紅光占28.7%,綠光占36.58%,藍光占35.43%

可以看出,地理位置的不同,光譜中紅綠藍成分有差別,這對太陽光型和混合型植物工廠的設計影響較大。

準確的分析當地的太陽光光譜,可以給太陽光型和混合型植物工廠的種植工藝提供科學的光合量參考,可以正確地提供補光燈的選用依據,對於太陽光型植物工廠,準確的光譜分析更加有利於 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,關於這個問題,後續有專門的文章介紹,敬請期待。

LED光源的光譜與極限參數

把LED植物燈的光譜作為重點討論,是因為 LED 光源的光譜可以根據種植工藝要求進行設計,同時,LED光源的光譜通過調光技術可以實現可變光譜的控製,LED光源是目前唯一可以實現可變光譜的植物燈光源,植物燈可變光譜的技術主要是針對光形態控製,在節能方麵作用不大,普通植物燈通過光周期的調整也是可以節能,可變光譜的應用成本會提高很多。

1) 根據LED的光譜形態可以推算最高的PPF


圖:LED光源的光譜形態

植物燈光譜形態確定後,對應於這種光譜形態的最高 YPF 或 PPF 就可以計算出來,這對評估 LED 植物燈的應用非常重要,也是 LED 植物燈與其他類型的植物燈性能比較的主要方法,可以參考我們製作的下表:

目前的LED封裝技術批量供貨的最高輻射效率低於40%:

光源輻射效率 = (輻射功率/電功率)×100%

2) LED植物燈的光譜設計體現製造商的品質能力

LED植物燈的光譜設計是對種植工藝要求的設備支持能力,關係到植物燈製造商的市場競爭力,是衡量製造商技術與工藝的主要特征,植物燈的光譜設計體現出製造商對 LED 芯片與封裝的選擇,植物燈光譜分析與計算能力,燈具的配光設計,光量子場均勻度把控,驅動技術,散熱技術,產品可靠性控製,安裝結構設計等的綜合製造水平,標誌著製造商的產品在市場的技術實力,應用上述幾方麵的內容去評估植物燈產品可以減小投資風險和采購風險。(作者:許東)

 LED封裝器件LAMP直插LED係列SMD貼片LED係列COB大功率LED係列POWER大功率LED係列DISPLAY數碼點陣LED係列LED光源模組LED集成光源UVLED燈珠RGBLED燈珠高顯指LED燈珠LED發光二極管ACLEDCOB LED燈珠大功率LED大功率LED燈珠紅外發射管紅外接收管貼片式LED燈珠芯片級封裝燈珠紫外光LED   



 




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