Analisi dei vantaggi del supplemento per l'illuminazione a semiconduttore per serre- Universelite Co., Ltd

Analisi dei vantaggi del supplemento per l'illuminazione a semiconduttore per serre

Analisi dei vantaggi della sorgente luminosa Le lampade a incandescenza sono fonti luminose comuni per la creazione di luce solare a lungo termine, ma la loro efficienza elettrica è bassa e il basso rapporto tra luce rossa e rossa lontana non può migliorare l'allungamento dello stelo, quindi vengono gradualmente vietate dalla vendita e utilizzo. Le lampade fluorescenti compatte e HPS sono più efficienti dal punto di vista energetico e hanno un elevato rapporto R:FR. HPS ha tre tipi di 400W, 600W e 1000W. Le sorgenti luminose tradizionali come HPS non possono lanciare prodotti a bassa potenza e le loro applicazioni sono limitate. 1000 W è più popolare perché sono necessarie meno lampade di questo tipo per ottenere la stessa intensità luminosa. Nella pratica dell'illuminazione supplementare nelle serre, la riduzione del numero di lampade può effettivamente ridurre il grado di luce naturale bloccato dai riflettori delle lampade. La regolazione a risparmio energetico ed efficiente della luce naturale richiede un sistema di controllo intelligente per regolare la quantità di luce artificiale in base all'intensità della luce naturale.

In confronto, l'efficienza di conversione fotoelettrica di HPS è del 30%, mentre la lampada a incandescenza è solo del 6% e l'efficienza di conversione fotoelettrica della lampada a LED è del 40%. L'altra energia elettrica viene convertita in energia termica, riscaldando la temperatura ambiente della serra. Infatti, è antieconomico utilizzare il riscaldamento elettrico, e in condizioni climatiche miti, l'alta temperatura non è buona per la produzione, quindi è necessario accendere ventilatori e altre apparecchiature per raffreddare. Lo spettro HPS include la luce composita di luce gialla, luce arancione e luce rossa. Ha bisogno di aggiungere un po' di luce blu per avere una qualità della luce più efficace. Le piante richiedono una certa quantità di luce blu per il normale sviluppo e morfologia delle piante. Inoltre, anche la luce del rosso lontano è importante per la morfogenesi e il rapporto tra luce rossa, blu e rosso lontano deve essere regolato.

Le luci o i moduli a LED devono essere schermati per qualità della luce, prestazioni di impermeabilità, compattezza e ridotta superficie di schermatura della luce. I metodi di dissipazione del calore includono LED raffreddati ad acqua, LED passivi raffreddati a gas e LED attivi raffreddati a gas. La dissipazione del calore dei LED è sempre stato un problema da risolvere seriamente. La dissipazione e il riscaldamento del calore HPS possono riscaldare le piante e aumentare la respirazione. A sua volta, la respirazione riduce la temperatura delle foglie.

Nel 2007, alcune aziende nei Paesi Bassi hanno introdotto speciali moduli LED per l'industria delle serre. Nel 2008-2009 sono stati condotti esperimenti di illuminazione a LED su larga scala su rose, pomodori, peperoni, cetrioli e piante medicinali. I risultati degli esperimenti sono stati contrastanti. I LED hanno il potenziale per la regolazione del fotoperiodo e l'applicazione di luce supplementare nelle serre, ma ci sono relativamente pochi studi sulle colture orticole e la loro applicazione può essere limitata alla produzione di piante speciali a causa dei costi elevati (Runkle et al., 2011). L'illuminazione supplementare a LED nelle serre è una tecnologia molto promettente in grado di catturare efficacemente una migliore fotosintesi delle piante (i LED rossi sono più alti dell'HPS), avviare risposte speciali delle piante o guidare i processi delle piante e bilanciare attraverso la speciale modulazione della qualità della luce dei LED (Nederhoff, 2010).

Analisi dell'illuminotecnica

I metodi della luce di riempimento includono la luce di riempimento superiore, la luce di riempimento interlinea, la luce di riempimento multistrato e altre forme. Rispetto alle sorgenti luminose tradizionali, le dimensioni, la forma e il design della potenza delle lampade a sorgente luminosa a LED possono essere ingrandite liberamente, il metodo di sospensione è flessibile e il peso è leggero. Ha derivato una varietà di modalità di tecnologia della luce supplementari, che si adattano bene ai metodi di semina in serra, ai tipi di colture e alle forme della chioma. Diverse esigenze pratiche.

Analisi dei benefici illuminotecnici

La tecnologia di illuminazione per la crescita delle piante sta avanzando rapidamente, fornendo molte opzioni per l'illuminazione supplementare nelle serre. Nelson e Bughee (2014) hanno riportato l'efficienza fotosintetica quantistica (400 ~ 700 nm) e le caratteristiche di distribuzione della radiazione fotonica di 2 tipi di dispositivi HPS a doppia faccia, 5 tipi di dispositivi HPS basati su mogul, 10 tipi di dispositivi LED, 3 tipi di cermet lampade e 2 tipi di lampade fluorescenti. I 2 LED più efficienti e i 2 dispositivi HPS bifacciali più efficienti hanno quasi la stessa efficienza, tra 1,66 e 1,7 μmol/J. L'efficienza di questi quattro dispositivi è significativamente superiore all'efficienza di 1,02 μmol/J delle lampade cermet comunemente utilizzate. 95μmol/J。 L'efficienza delle migliori lampade in metallo-ceramica e delle lampade fluorescenti era di 1,46 e 0,95μmol/J.

L'autore ha calcolato il costo di investimento iniziale di ogni quanto di luce emesso dal dispositivo e ha chiarito che il costo dei dispositivi LED è da 5 a 10 volte quello dei dispositivi HPS. La bolletta elettrica di 5 anni più il costo per mole dei dispositivi a fotoni è 2,3 volte superiore a quella dei dispositivi a LED. In termini di costi dell'elettricità, i risultati dell'analisi mostrano che i costi di manutenzione a lungo termine sono molto ridotti. Se il sistema di produzione ha un ampio spazio vuoto, la funzione unica del dispositivo LED è che può concentrare efficacemente il quanto di luce su una parte specifica, in modo che la chioma della pianta possa catturare più quanti di luce. Ma l'analisi mostra che la radiazione di fotoni è costosa per tutti gli apparecchi di illuminazione. Il costo più basso del sistema di illuminazione può essere raggiunto solo quando i dispositivi di emissione di luce ad alta efficienza sono combinati con un efficiente intrappolamento dei fotoni a baldacchino.

I progressi nella tecnologia dell'illuminazione e nell'efficienza degli apparecchi hanno fornito molte opzioni per l'illuminazione supplementare nelle serre, compresi molti apparecchi a LED. Sono stati compiuti grandi progressi in tre aspetti della composizione delle lampade per lampade a scarica ad alta intensità (HID) [comprese le lampade al sodio ad alta pressione (HPS) e le lampade ad alogenuri metallici in ceramica (CMI)], comprese le lampade (lampadine), le sorgenti luminose ( riflettori) e reattori (zavorra). L'HPS con reattore elettronico e lampadina a doppia faccia è 1,7 volte l'HPS del dispositivo HPS basato su magnate. L'analisi include due parametri, l'efficienza della lampada, ovvero la determinazione del numero di fotoni fotosintetici per joule (fotoni) e l'efficienza di cattura del flusso quantico fotosintetico (400-700 nm) nella calotta, che è una parte dei fotoni che raggiungono la pianta foglie. L'efficienza elettrica della crescita delle piante è misurata nel numero di fotoni fotosintetici per joule.

L'efficienza elettrica degli apparecchi di illuminazione è spesso espressa in unità di percezione della luce umana (lumen emessi per watt) o efficienza energetica (watt di radiazione emessa per watt di assorbimento elettrico). Tuttavia, la fotosintesi e la crescita delle piante sono misurate in moli quantiche di luce. Pertanto, i confronti dell'efficienza luminosa basati sull'efficienza quantistica della luce dovrebbero utilizzare l'unità di quantità quantistica fotosintetica prodotta per joule di input di energia. Questo è ancora più importante per i LED perché i colori della luce elettricamente efficienti si trovano nelle regioni di lunghezza d'onda del rosso intenso e del blu. I fotoni rossi hanno una capacità di energia radiante inferiore che consente a più fotoni di fornire per unità di energia immessa (l'energia radiante è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, equazione di Planck). Al contrario, la luce blu è il 53% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla luce rossa (49% e 32%), ma la luce blu ha solo il 9% in più di efficienza quantica di fotoni rispetto alla luce rossa (1,87/1,72). Ci sono malintesi sull'effetto della qualità della luce sulla crescita delle piante e molti produttori affermano che la qualità della luce favorisce la crescita delle piante1 (distribuzione spettrale e rapporto della luce monocromatica).

La valutazione dell'impatto della qualità della luce sulla fotosintesi delle piante è ampiamente derivata dalla curva della resa quantica della luce (YPF), che mostra che la luce rosso-arancione di 600~660 mm è superiore del 20%~30% rispetto a quella blu-verde e blu luce di 400~460nm per la fotosintesi. Quando si analizza la qualità della luce in base alla curva YPF, l'HPS offre prestazioni uguali o migliori rispetto agli apparecchi di illuminazione a LED perché ha un'elevata emissione di fotoni intorno a 600 nm e un'emissione inferiore nelle regioni di luce blu, blu-verde e verde.

La curva spettrale dell'aborto quantistico è stata formata sulla base di dati di misurazione a breve termine in condizioni di foglia singola e bassa intensità luminosa (Nelson e Bugbee, 2014). Tuttavia, le curve YPF sono ricavate da misurazioni a breve termine di singole foglie in condizioni di scarsa illuminazione. La clorofilla e i pigmenti della clorofilla hanno una debole capacità di assorbire la luce verde (Terashima et al., 2009), ma Terashima et al. (2009) hanno sottolineato che l'efficienza della fotosintesi delle foglie di girasole guidate dalla luce verde mista a una forte luce bianca è superiore a quella della luce rossa. Pertanto, la luce verde è spesso considerata inefficace per la crescita delle piante, ma la luce verde può essere efficace per la crescita delle piante in condizioni di luce intensa. I LED verdi ad alta intensità possono migliorare efficacemente la crescita delle piante, in particolare la luce verde a lunghezza d'onda corta è più efficace per la crescita delle piante (Johkan et al., 2012).

Negli ultimi 30 anni, molti studi a lungo termine su piante intere in condizioni di elevata intensità luminosa hanno dimostrato che la qualità della luce ha un effetto molto minore sul tasso di crescita delle piante rispetto all'intensità della luce (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012 ). La qualità della luce, in particolare la luce blu, può alterare i tassi di espansione delle cellule e delle foglie (Dougher e Bug-bee, 2004), l'altezza della pianta, la morfologia della pianta (Cope e Bug-bee, 2013; Dougher e Bug-bee, 2001) in diverse piante; Yorio et al., 2001). Ma l'impatto diretto della luce blu sulla fotosintesi è minimo. Gli effetti della qualità della luce sul peso secco e fresco dell'intera pianta generalmente si verificano in assenza o con una bassa esposizione alla luce naturale a causa dei cambiamenti nell'espansione delle foglie e della cattura delle radiazioni all'inizio della crescita (Cope et al., 2014).

Sulla base del numero di moli quantiche di luce fotosintetica per joule, i colori della luce con la massima efficienza elettrica della luce LED sono luce blu, luce rossa e luce bianca fredda, quindi le lampade LED sono generalmente combinate per generare questi colori. Altri colori della qualità della luce LED possono essere utilizzati per migliorare la qualità della luce di lunghezze d'onda specifiche per controllare alcuni aspetti della crescita delle piante in virtù delle proprietà della luce monocromatica (Ya2012; Morrow e Tibbitts, 2008). La mancanza di radiazioni UV negli apparecchi LED a causa dei LED UV riduce notevolmente l'efficienza dell'apparecchio. La luce solare contiene raggi UV che rappresentano il 9% del PPF e le fonti di luce elettrica standard contengono lo 0,3%~8% di radiazioni UV. La mancanza di UV porta ad alcuni disturbi delle piante in condizioni di luce solare (intunmescenza, Morrow e Tibbitts, 1988). La mancanza di radiazione nel rosso lontano (710~740nm) delle lampade a LED per la luce supplementare fotosintetica accorcia il tempo di fioritura di diverse piante fotoperiodiche (GraigRungle, 2013). La luce verde (530~580nm), assente o assente negli apparecchi a LED, è in grado di penetrare nella chioma ed essere inviata in modo più efficiente alle foglie inferiori (Kim et al., 2004). Cioè, la lunghezza d'onda di ogni quanto di luce incidente ha un impatto sulla fotosintesi relativa di una singola foglia a bassa intensità luminosa (150μmol/㎡).