一, Fotobioloģijas pamati: kā augi "redz" LED gaismu
Augi var redzēt gaismu fotosintēzes pigmentu sistēmas un gaismjutīgo pigmentu kombinētās iedarbības dēļ. Hlorofils a/b vislabāk absorbē gaismu pie 660 nm sarkanā un 450 nm zilā, savukārt karotinoīdi palīdz pie 480 nm zilā. Šī dabiskā spektrālā selektivitāte ļauj LED tehnoloģijai ietekmēt augu augšanu, rūpīgi mainot spektra komponentus.
Parasto LED gaismu spektrs (baltais LED) ir paredzēts cilvēka redzei, taču tajā joprojām ir zilā gaisma (450–470 nm) un sarkanā gaisma (620–660 nm), kas augiem ir jāfotosintēzē. Pētījumi liecina, ka aptuveni 18% līdz 25% no balto gaismas diožu izstarotās fotonu plūsmas ietilpst efektīvajā augu fotosintētiskā starojuma spektrā (400–700 nm). Šis procentuālais daudzums ir mazāks par 80–90% profesionālajām augu lampām, tomēr tas joprojām var apmierināt minimālās vajadzības pēc papildu gaismas. Piemēram, kad līst lietus vai iekšā nav daudz gaismas, parastās LED gaismas var nodrošināt augus 14 līdz 16 stundas dienā. Tas saīsina zaļo pārtikas produktu, piemēram, salātu, dzīves ciklu par 15% līdz 20%.
2, pielietojuma scenārijs: tipisku LED gaismu klāsts
1. Īstermiņā-vairāk gaismas un augu ar lapām
Augiem ar lapām, piemēram, džekfrūtiem un chlorophytum comosum, parastās LED gaismas var izmantot kā īstermiņa{0}}gaismas avotus. Eksperimenti ir parādījuši, ka augu apstarošana 6 stundas dienā no 30 cm attāluma var palielināt hlorofila saturu to lapās par 12% līdz 15%. Bet, lietojot to ilgstoši (vairāk nekā trīs mēnešus), kāti var kļūt pārāk gari, un jums tie būs regulāri jāapgriež.
2. Stādu un lakstaugu audzēšana
Rūpnīcā izgatavojot zālaugu augus, piemēram, asnus un garšaugus, parastās LED gaismas un atstarojošā plēve var izmantot 80% no gaismas enerģijas. Ģimenes saimniecība Šenžeņā izmantoja modificētu LED griestu lampu (PPFD vērtība aptuveni 120 μmol/m²/s), kas paaugstināja bazilika stādu sakņu ātrumu no 65% dabiskā apgaismojumā līdz 92%. Taču augļu kultūru (piemēram, tomātu) augļu ražas ātrums pieauga tikai par 8%, kas ir daudz mazāk nekā 35% pieaugums, ko izraisīja profesionāls augu apgaismojums.
3. Avārijas apgaismojums visu sezonu laikā
Ziemā ziemeļu apgabalos siltumnīcu apgaismošanai var izmantot parastās LED gaismas. Pārbaudes dārzeņu bāzē Hebei provincē liecina, ka, pievienojot parastās LED gaismas 4 stundas dienā, pat ja laikapstākļi ir ļoti slikti un gaismas ir mazāk nekā 4 stundas, var saglabāt 78% no parastās gurķu ražas. Tomēr C vitamīna saturs augļos ir par 19% mazāks nekā profesionālajā papildu apgaismojuma grupā.
3, tehniskās problēmas: trīs galvenās problēmas ar parastajām LED gaismām
1. Nelīdzsvarotās spektrālās daļas
Zaļā gaisma (500–570 nm) veido 40% līdz 50% no parastajām LED gaismām, taču augi absorbē tikai mazāk nekā 5% no tās. Šī "neefektīvā gaisma" ne tikai padara gaismas enerģiju mazāk noderīgu, bet tā var arī paaugstināt lapu temperatūru par 2 līdz 3 grādiem pēc Celsija, izmantojot termisko efektu. Lai to novērstu, ir jāpalielina atstatums starp lampām (vislabāk ir no 40 līdz 50 cm).
2. Nepietiekama gaismas intensitāte
Profesionālo augu apgaismojuma PPFD vērtība var būt 600–1000 μmol/m ²/s, savukārt parastajām LED gaismām PPFD vērtība ir tikai 80–150 μmol/m ²/s 30 cm attālumā. Kultūrām, kurām nepieciešams daudz gaismas, lai tās varētu attīstīties (piemēram, čili pipariem), parastajām LED gaismām ir jādeg vairāk nekā 12 stundas, lai nodrošinātu tādu pašu efektu kā profesionālajām gaismām 6 stundas. Tas patērē 2,3 reizes vairāk enerģijas nekā profesionālie lukturi.
3. Nav dinamiska regulējuma
Lai augi augtu, gaismas kvalitātei ir jāmainās starp veģetatīvās augšanas stadiju (kad nepieciešama 60% zilās gaismas) un reproduktīvās augšanas periodu (kad nepieciešama 70% sarkanā gaisma). Parastajām LED gaismām ir fiksēts spektrs, un tās nevar dinamiski mainīt gaismas kvalitāti, tāpat kā profesionālie lukturi. Tas rada "vieglas kvalitātes diskomfortu" tādās kultūrās kā tomāti, kas nozīmē vājus stublājus uztura augšanas periodā un nepietiekamu ziedu pumpuru diferenciāciju reproduktīvās augšanas periodā.
4, optimizācijas plāns: plāns, kā uzlabot parasto LED apgaismojumu
1. Spektra maiņas tehnoloģija
Daļu zaļās gaismas var mainīt sarkanā gaismā, uzliekot fluorescējošu pulveri uz LED lodīšu virsmas. Tirgū jau ir komplekti, kas var mainīt parastās LED gaismas tā, lai tiem būtu par 15% līdz 30% vairāk sarkanās gaismas un 18% lielāka fotosintēzes efektivitāte. Piemēram, audzējot sulīgus augus, pielāgotās LED gaismas var padarīt augus par 25% kompaktākus un lapas par 12% biezākas.
2. Refleksijas sistēmas salikšana
Lietojot ar alumīnija folijas atstarotājiem vai difūziem atstarojošiem pārklājumiem, gaismas enerģijas izmantošanas līmenis var palielināties no 35% līdz 58%. Mājas laboratorijas testā Hangdžou atklājās, ka pēc atstarojošas sistēmas izmantošanas 1 ㎡ stādīšanas zonā parasto LED gaismiņu papildu gaisma ir tikai par 68% labāka nekā profesionālajām gaismām, taču tās maksā tikai par 1/5 mazāk.
3. Viedais vadības modulis
Ārējais gaismas jutīgais sensors un taimeris var automātiski mainīt gaismas daudzumu un laiku. Piemēram, ja apkārtējā apgaismojuma līmenis ir mazāks par 2000 luksiem, sistēma uz noteiktu laiku automātiski ieslēdz LED uzpildes gaismu, lai izvairītos no gaismas slāpēšanas no pārāk daudz gaismas.
5, tirgus tendence: kā mainās parastās LED gaismas
Tā kā rūpnīcu rūpnīcas pārceļas uz mājām, parasto LED apgaismojuma{0}}nomaiņa uz rūpnīcām ir kļuvusi par jaunu modes lietu. 2024. gadā tādi uzņēmumi kā Xiaomi un Philips izlaidīs "pilna spektra LED spuldzes". Šajās spuldzēs tiek izmantota vairāku -mikroshēmu kombinācijas tehnoloģija, kas aptver visu 400–700 nm diapazonu, to PPFD vērtība ir 200 μmol/m²/s, un tās maksā par 60% mazāk nekā profesionālas gaismas. Šāds produkts veido 32% no balkonu dārzkopības tirgus, un tiek prognozēts, ka līdz 2025. gadam tie veidos vairāk nekā 50%.
Tajā pašā laikā moduļu dizains ir kļuvis par svarīgu jaunu ideju. IKEA "Plant Growth Light Bar" var viegli pievienot pašreizējām LED lampām. Jūs varat mainīt gaismas spektru un spilgtumu, izmantojot mobilo lietotni, pārvēršot parastās lampas uzreiz par "gudrajām augu gaismām". Šī "vieglas pārveidošanas" pieeja cilvēkiem atvieglo mājas augu uzņēmumu izveidi.
