1. Tehniskais princips: LED augu gaismām ir problēma ar "aukstu" un "karstu".
Galvenās LED augu gaismas priekšrocības ir tās, ka tās ir ļoti precīzas krāsu ziņā un patērē mazāk enerģijas. Augi fotosintēzei galvenokārt izmanto sarkano gaismu (620–680 nm) un zilo gaismu (430–460 nm). No otras puses, LED gaismas fokusē enerģiju uz augu absorbcijas maksimuma reģionu, izmantojot sarkanās gaismas mikroshēmu (660 nm) un zilās gaismas mikroshēmu (460 nm). Gaismas diodes daudz efektīvāk pārvērš gaismu elektrībā nekā HPS spuldzes, kas veic tikai 30% no darba. Šī iemesla dēļ to sauc par "aukstās gaismas avotu". Tās virsmas temperatūra parasti ir zemāka par 50 grādiem, un, kad tā atrodas tuvu asmeņiem (20–50 cm), tā tos nesadedzinās. Gaismas enerģijas patēriņa līmenis ir pat 95%, lai gan HPS spuldzes izmanto tikai 35%.
No otras puses, termins "aukstās gaismas avots" var likt šķist, ka tā siltuma pārvaldība ir sarežģītāka nekā tā ir. Pat ja gaismas diodes tieši neizdala daudz siltuma, tās tomēr izdala aptuveni 20% no siltuma pārpalikuma, mainot elektrisko enerģiju gaismā. Piemēram, 12 vatu LED gaismas jauda ir aptuveni 10 vati, un apmēram 8 vati tiktu pārvērsti siltumā. Ja siltuma izkliedes dizains nav pietiekami labs (piemēram, ja netiek izmantots pietiekami daudz alumīnija vai siltumvadītspēja ir vāja), lampas virsmas temperatūra var pārsniegt 65 grādus, kas dažos apgabalos izraisītu siltuma uzkrāšanos un saīsinātu gaismas avota kalpošanas laiku un stabilitāti. Turklāt gaismas diožu "aukstās" īpašības var pasliktināt siltumnīcas siltuma zudumus ziemā, kad ziemeļos ir zema temperatūra. Tas nozīmē, ka ir nepieciešama lielāka apkure, lai saglabātu augšanas temperatūru.
2. Praktiskā izmantošana: LED un HPS sadarbības plāns, lai nodrošinātu papildu apgaismojumu
Reaģējot uz LED "aukstajām" grūtībām, nozare ir meklējusi veidu, kā LED un HPS lampas sadarboties, lai nodrošinātu papildu gaismu, kā rezultātā ir uzlabots gan apgaismojums, gan temperatūra. Ziemeļu siltumnīcās siltums, ko ražo HPS lampas, ir "galvenais stimuls". Siltums, ko tie izdala, kamēr tie ir ieslēgti, var paaugstināt temperatūru siltumnīcā, vienlaikus izdalot papildu gaismu, kas samazina apkurei nepieciešamo enerģijas daudzumu. LED gaismas kopumā patērē mazāk enerģijas, kas samazina izmaksas. Piemēram, siltumnīcā Shouguang, Shandong, kur audzē tomātus, izmantojot gan LED, gan HPS gaismas papildu apgaismojumam, augšanas cikls tika samazināts par 5–7 dienām, ražība palielinājās par 15–20%, cukura saturs augļos palielinājās par 1–2 procentpunktiem un krāsa kļuva gaišāka. Audzējot zemenes, siltums no HPS un precīza sarkanā un zilā LED gaisma var palielināt augļu sacietēšanas ātrumu par vairāk nekā 20%, augļu vidējo svaru par 10%, kā arī laiku, kas nepieciešams augļu nogatavošanai, padarot to vieglāku savākšanu un pārdošanu.
Šīs sadarbības metodes zinātniskā pamatotība sakņojas tās precīzā saskaņošanā ar kultūraugu prasībām. LED gaismas var mainīt spektru: lapu dārzeņiem ir nepieciešama 30% zilās gaismas, lai iegūtu hlorofilu, ziediem un augļiem ir nepieciešams 70% sarkanās gaismas, lai paātrinātu ogļhidrātu uzkrāšanos, un ārstniecības augiem ir nepieciešams 10% ultravioletās gaismas, lai paaugstinātu sekundāro metabolītu saturu. Siltuma piedeva HPS lampās ir paredzēta darbam aukstā ziemeļu ziemā, kur LED gaismas vien var nebūt pietiekami siltas. Piemēram, integrētās gaismas uzglabāšanas iekārtu rūpnīca Ulan Buh tuksnesī, Iekšējā Mongolijā, izmanto LED un zemes siltumsūkņa kombināciju, lai katru gadu uzglabātu 42 kilogramus oglekļa dioksīda uz kvadrātmetru un ietaupītu enerģijas izdevumus par 40%.
3. Temperatūras kontrole: atsevišķs veids, kā uzlabot LED augu apgaismojumu
Pat tad, ja HPS gaismas palīdzība nav nepieciešama, LED augu gaismas joprojām var iegūt perfektu temperatūras kontroli, izmantojot tehnoloģiskus uzlabojumus. Tās stratēģijas galvenās daļas ir:
Siltuma izkliedes konstrukcijas uzlabošana: Lampas virsmas temperatūra tiek uzturēta zem 50 grādiem, izmantojot materiālus ar lielisku siltumvadītspēju (piemēram, vara substrāti) un siltuma izkliedes spuru konstrukcijām. Piemēram, Philips GrowWise sistēma izmanto šķidruma dzesēšanas tehnoloģiju, lai LED mikroshēmas kalpotu par 50 000 stundām ilgāk un samazinātu termiskā starojuma ietekmi uz kultūraugiem.
Gudrs veids, kā kontrolēt apgaismojumu: izmantojot sensorus un IoT tehnoloģiju, tas automātiski maina gaismas intensitāti un spektrālo attiecību atkarībā no labības augšanas stadijas un apkārtējās vides temperatūras. Piemēram, Naņdzjinas Lauksaimniecības universitātes izgatavotā "Regulējama spektra LED audu kultūras lampa" reāllaikā, izmantojot mākoņa platformu, uzrauga temperatūru siltumnīcā. Tas automātiski samazina zilās gaismas daudzumu, kad temperatūra nokrītas zem 15 grādiem (zilās gaismas absorbcijas ātrums samazinās, temperatūrai pazeminoties) un palielina sarkanās un tālās sarkanās gaismas daudzumu (730 nm), lai palīdzētu kultūraugiem izteikt aukstum{4} izturīgus gēnus.
Apgaismojuma izkārtojums, izmantojot slāņus: Vertikālā saimniecībā virs katra audzēšanas plaukta tiek novietotas LED gaismas lentes, un atstarpe starp slāņiem ir tikai 0,8 metri. Slāņveida temperatūras kontrole ļauj maksimāli izmantot telpu. Piemēram, Phalaenopsis inteliģentās kultivēšanas kameras augšējais slānis Yuntai fermā Lianjunganā izmanto augstas-intensitātes sarkano gaismu (800 μ mol/m ²/s), lai veicinātu ziedēšanu, savukārt apakšējā slānī tiek izmantota zemas- intensitātes zilā gaisma (300 μs mol/m² d/m). Gaisa kondicionēšanas sistēma uztur katra slāņa temperatūru attiecīgi 25 grādu un 20 grādu līmenī. Tas saīsina ziedēšanas ciklu par 15 dienām.
