一,Регуляция качества света: выяснение того, как растения «разговаривают» друг с другом посредством фотосинтеза
Растения очень избирательно поглощают свет, а их фотосинтетическая пигментная система работает как очень точный спектрометр. Хлорофилл a/b поглощает свет с длиной волны 660 нм красного и синего цвета 450 нм, тогда как каротиноиды помогают поглощать свет с длиной волны 480 нм синего цвета. Светодиодная технология может точно удовлетворить потребности растений благодаря своей естественной спектральной избирательности.
1. Биологическое действие разных типов света
Эмпирические исследования Mitsubishi Chemical в Японии показывают, что использование светодиодного источника света, содержащего красный свет с длиной волны 660 нм и синий свет с длиной волны 450 нм, может повысить эффективность фотосинтеза салата на 37% по сравнению с обычными люминесцентными лампами, а также повысить содержание витамина С на 22%. Исследования НАСА по выращиванию растений в космосе показали, что определенная смесь красного и синего света может увеличить плотность устьиц бархатцев на 40%, что делает транспирацию намного более эффективной. Этот метод контроля качества света привел к идее «формулы света», которая позволяет изменять комбинации спектра в зависимости от типа культуры и стадии ее роста. Например, на этапе питательного роста томатов используется спектр с 60% синего света, чтобы помочь росту стеблей и листьев. На стадии репродуктивного роста используется спектр с 70% красного света, чтобы помочь растениям цвести и плодоносить, в результате чего урожайность составляет более 40 килограммов с растения каждый год.
2. Методика управления качеством динамического света.
Интернет вещей управляет системой динамического освещения на вертикальной ферме в Шэньчжэне, которая меняет яркость света на основе-данных о погоде в реальном времени. В сырую погоду значение PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов) должно автоматически повышаться, чтобы гарантировать стабильное развитие сельскохозяйственных культур. Китайская академия сельскохозяйственных наук разработала метод «контролируемого светом карликовости», который использует импульсный синий свет, чтобы снизить высоту растений клубники на 35% и повысить урожайность фруктов на 25%. Это экологически чистый способ выращивания растений в здании.
2. Революция в области энергоэффективности: от солнечных тепловых отходов к точному снабжению
Натриевые лампы высокого-давления преобразуют только 12 % электрической энергии в фотосинтетически активное излучение, тогда как металлогалогенные лампы производят большое количество дальнего-инфракрасного излучения, которое сжигает растения. Развитие светодиодной технологии существенно изменило то, насколько хорошо мы можем использовать энергию света.
1. Большой шаг вперед в том, насколько хорошо работает фотоэлектрическое преобразование.
Светодиоды серии GreenPower от Philips Lighting обеспечивают эффективность потока фотонов 2,8 мкмоль/Дж, что на 233 % выше, чем у натриевых ламп высокого-давления. Институт полупроводников Китайской академии наук создал светодиодный чип темно-красного цвета, внешний квантовый выход которого составляет более 85%. Это снижает стоимость энергии для предприятий растениеводства до 0,15 юаня за килограмм продукции. Эта революция в области энергоэффективности напрямую помогает заводскому производству стать более экономически выгодным. Например, вертикальная ферма в Шэньчжэне, где использовалась интеллектуальная светодиодная система затемнения, давала в 20 раз больше урожая на квадратный метр, чем выращивала его в открытом грунте. Кроме того, он потреблял лишь одну-пятую воды и электричества.
2. Интеллектуальная система управления освещением.
Современные заводы по производству светодиодов используют сенсорные сети, чтобы следить за такими вещами, как интенсивность света, спектральное распределение и содержание CO₂ в режиме реального времени. Затем они используют алгоритмы машинного обучения, чтобы на лету менять стратегию освещения. Например, если температура листьев слишком высока, система автоматически уменьшит количество красного света и увеличит количество дальнего красного света. Это откроет устьица и охладит растение за счет увеличения транспирации. Эта технология управления с замкнутым-контуром обеспечивает стабильность среды роста растений в течение 99,7 % времени, что в три раза лучше, чем в обычных теплицах.
