1. Технический принцип: светодиодные светильники для растений имеют проблемы с «холодным» и «горячим» режимом.
Основными преимуществами светодиодных светильников для растений являются то, что они очень точны в плане цвета и потребляют меньше энергии. Растения в основном используют красный свет (620–680 нм) и синий свет (430–460 нм) для фотосинтеза. Светодиодные фонари, с другой стороны, фокусируют энергию в области пика поглощения растений, используя красный световой чип (660 нм) и синий световой чип (460 нм). Светодиоды гораздо эффективнее преобразуют свет в электричество, чем лампы HPS, которые выполняют только 30% работы. Из-за этого его называют «источником холодного света». Температура его поверхности обычно ниже 50 градусов, а при приближении к лезвиям (20–50 см) они не обжигаются. Уровень использования световой энергии достигает 95%, хотя лампы HPS используют только 35%.
С другой стороны, термин «источник холодного света» может создать впечатление, что управлять его теплом сложнее, чем есть на самом деле. Даже несмотря на то, что светодиоды не выделяют много тепла напрямую, они, тем не менее, выделяют примерно 20% отработанного тепла, когда преобразуют электрическую энергию в свет. Например, светодиодный светильник мощностью 12 Вт имеет выходную мощность примерно 10 Вт, и около 8 Вт будут преобразованы в тепло. Если конструкция рассеивания тепла недостаточно хороша (например, если используется недостаточно алюминия или слабая теплопроводность), температура поверхности лампы может превысить 65 градусов, что приведет к накоплению тепла в некоторых областях и сократит срок службы и стабильность источника света. Кроме того, «холодные» свойства светодиодов могут увеличить потери тепла в теплице зимой, когда на севере температура низкая. Это означает, что для поддержания температуры сельскохозяйственных культур требуется больше отопления.
2. Практическое использование: план совместной работы светодиодов и HPS для обеспечения дополнительного освещения.
В ответ на «холодную» сложность светодиодов отрасль искала способ совместной работы светодиодных и натриевых ламп для обеспечения дополнительного света, что привело к улучшению как освещения, так и температуры. В северных теплицах тепло, выделяемое натриевыми лампами, является «ключевым стимулом». Тепло, которое они выделяют во время работы, может повысить температуру внутри теплицы, а также выделять дополнительный свет, что сокращает количество энергии, необходимой для обогрева. Светодиодные светильники в целом потребляют меньше энергии, что снижает затраты. Например, в теплице в Шоугуане, провинция Шаньдун, где выращивают помидоры, использование как светодиодных, так и натриевых ламп для дополнительного освещения сократило цикл роста на 5–7 дней, увеличило урожайность на 15–20 %, повысило содержание сахара в плодах на 1–2 процентных пункта и сделало цвет ярче. При выращивании клубники тепло от HPS и точный красный и синий свет от светодиодов могут повысить скорость завязывания плодов более чем на 20 %, средний вес плодов на 10 % и время, необходимое для созревания плодов, что упрощает сбор и продажу.
Научная обоснованность этого совместного метода коренится в его точном соответствии требованиям сельскохозяйственных культур. Светодиодные лампы могут менять спектр: листовым овощам требуется 30% синего света для выработки хлорофилла, цветам и фруктам требуется 70% красного света для ускорения накопления углеводов, а лекарственным растениям требуется 10% ультрафиолетового света для повышения содержания вторичных метаболитов. Дополнительная тепловая добавка в лампах HPS предназначена для работы в холодную северную зиму, когда одни только светодиодные лампы могут быть недостаточно теплыми. Например, завод по производству комплексных энергоаккумулирующих установок в пустыне Улан-Бух, Внутренняя Монголия, использует комбинацию светодиодов и геотермального теплового насоса для хранения 42 килограммов углекислого газа на квадратный метр каждый год и экономии затрат на электроэнергию на 40%.
3. Контроль температуры: отдельный способ улучшить светодиодное освещение растений
Даже когда помощь с освещением HPS не требуется, светодиодные светильники для растений все равно могут обеспечить идеальный контроль температуры благодаря технологическим усовершенствованиям. Основными частями ее стратегии являются:
Улучшение конструкции рассеивания тепла: температура поверхности лампы поддерживается ниже 50 градусов за счет использования материалов с превосходной теплопроводностью (например, медных подложек) и ребристых структур рассеивания тепла. Например, система Philips GrowWise использует технологию жидкостного охлаждения, позволяющую продлить срок службы светодиодных чипов на 50 000 часов и уменьшить воздействие теплового излучения на сельскохозяйственные культуры.
Умный способ управления освещением: с помощью датчиков и технологии Интернета вещей он автоматически изменяет интенсивность и спектральное соотношение света в зависимости от стадии роста урожая и температуры окружающей среды. Например, «Светодиодная лампа с регулируемым спектром для тканевых культур», созданная Нанкинским сельскохозяйственным университетом, отслеживает температуру в теплице в режиме реального времени через облачную платформу. Он автоматически снижает количество синего света, когда температура падает ниже 15 градусов (скорость поглощения синего света падает при падении температуры) и увеличивает количество красного и дальнего красного света (730 нм), чтобы помочь культурам экспрессировать гены устойчивости к холоду.-
Расположение освещения ярусами: В вертикальной ферме светодиодные ленты размещаются над каждой стойкой для выращивания, а расстояние между слоями составляет всего 0,8 метра. Многоуровневое регулирование температуры позволяет максимально эффективно использовать площадь. Например, верхний уровень интеллектуальной камеры для выращивания фаленопсисов на ферме Юньтай в Ляньюньгане использует красный свет высокой-интенсивности (800 мкмоль/м²/с) для стимулирования цветения, а нижний уровень использует синий свет низкой-интенсивности (300 мкмоль/м²/с) для выращивания рассады. Система кондиционирования поддерживает температуру каждого слоя на уровне 25 и 20 градусов соответственно. Это сокращает цикл цветения на 15 дней.
