Analýza výhod doplnku pre skleníkové polovodičové osvetlenie- Universelite Co., Ltd

Analýza výhod doplnku pre skleníkové polovodičové osvetlenie

Analýza výhod svetelných zdrojov Žiarovky sú bežné svetelné zdroje na vytváranie dlhodobého slnečného svetla, ale ich elektrická účinnosť je nízka a nízky pomer červeného svetla k ďaleko červenému svetlu nemôže zlepšiť predĺženie stonky, preto sa postupne zakazuje ich predaj a použitie. Kompaktné žiarivky a HPS sú energeticky účinnejšie a majú vysoký pomer R:FR. HPS má tri typy 400W, 600W a 1000W. Tradičné svetelné zdroje, ako je HPS, nemôžu uvádzať produkty s nízkou spotrebou energie a ich aplikácie sú obmedzené. 1000W je obľúbenejší, pretože na dosiahnutie rovnakej intenzity svetla je potrebných menej takýchto lámp. V praxi doplnkového osvetlenia v skleníkoch môže zníženie počtu lámp účinne znížiť stupeň prirodzeného svetla blokovaného reflektormi lámp. Energeticky úsporná a efektívna regulácia prirodzeného svetla si vyžaduje inteligentný riadiaci systém na prispôsobenie množstva umelého svetla podľa intenzity prirodzeného svetla.

Na porovnanie, účinnosť fotoelektrickej konverzie HPS je 30%, zatiaľ čo žiarovka je iba 6% a účinnosť fotoelektrickej konverzie LED lampy je 40%. Iná elektrická energia sa premieňa na tepelnú energiu, čím sa ohrieva okolitá teplota skleníka. V skutočnosti je neekonomické používať elektrický ohrev a v miernych poveternostných podmienkach nie je pre výrobu dobrá vysoká teplota, preto je potrebné zapínať ventilátory a ďalšie zariadenia, aby sa ochladili. Spektrum HPS zahŕňa zložené svetlo žltého svetla, oranžového svetla a červeného svetla. Je potrebné pridať trochu modrého svetla, aby bola kvalita svetla efektívnejšia. Rastliny vyžadujú určité množstvo modrého svetla pre normálny vývoj a morfológiu rastlín. Okrem toho je pre morfogenézu dôležité aj vzdialené červené svetlo a je potrebné upraviť pomer medzi červeným, modrým a ďaleko červeným svetlom.

LED svetlá alebo moduly musia byť tienené z hľadiska kvality svetla, vodotesnosti, kompaktnosti a zníženej plochy tienenia svetla. Metódy rozptylu tepla zahŕňajú vodou chladené LED diódy, pasívne plynom chladené LED diódy a aktívne plynom chladené LED diódy. LED rozptyl tepla bol vždy problém, ktorý treba vážne vyriešiť. Odvádzanie tepla a zahrievanie HPS môže zahriať rastliny a zvýšiť dýchanie. Dýchanie zase znižuje teplotu listov.

V roku 2007 niektoré spoločnosti v Holandsku predstavili špeciálne LED moduly pre skleníkový priemysel. V rokoch 2008-2009 sa uskutočnilo niekoľko veľkých experimentov s LED osvetlením ruží, paradajok, papriky, uhoriek a liečivých rastlín. Výsledky experimentov boli zmiešané. LED diódy majú potenciál na reguláciu fotoperiód a doplnkovú aplikáciu svetla v skleníkoch, ale existuje relatívne málo štúdií o záhradných plodinách a ich použitie môže byť obmedzené na špeciálnu rastlinnú produkciu kvôli vysokým nákladom (Runkle et al., 2011). LED doplnkové osvetlenie v skleníkoch je veľmi sľubná technológia, ktorá dokáže efektívne zachytiť lepšiu fotosyntézu rastlín (červené LED diódy sú vyššie ako HPS), iniciovať špeciálne reakcie rastlín alebo usmerňovať rastlinné procesy a udržiavať rovnováhu prostredníctvom modulácie špeciálnej kvality svetla LED (Nederhoff, 2010) .

Analýza svetelnej techniky

Metódy výplňového svetla zahŕňajú horné výplňové svetlo, medziriadkové výplňové svetlo, viacvrstvové výplňové svetlo a iné formy. V porovnaní s tradičnými svetelnými zdrojmi je možné veľkosť, tvar a výkon svetelných zdrojov LED voľne zväčšiť, spôsob zavesenia je flexibilný a hmotnosť je nízka. Odvodil rôzne režimy doplnkových svetelných technológií, ktoré sú dobre prispôsobené metódam výsadby v skleníkoch, typom plodín a tvarom koruny. Rôzne praktické potreby.

Analýza prínosu osvetlenia

Technológia osvetlenia rastu rastlín rýchlo napreduje a poskytuje veľa možností doplnkového osvetlenia v skleníkoch. Nelson a Bughee (2014) informovali o fotosyntetickej kvantovej (400~700nm) účinnosti a charakteristikách distribúcie fotónového žiarenia 2 druhov obojstranných zariadení HPS, 5 druhov zariadení HPS na báze magnátov, 10 druhov zariadení LED, 3 druhov cermetov lampy a 2 druhy žiariviek . 2 najefektívnejšie LED diódy a 2 najúčinnejšie bifaciálne HPS zariadenia majú takmer rovnakú účinnosť, medzi 1,66 a 1,7 μmol/J. Účinnosť týchto štyroch zariadení je výrazne vyššia ako účinnosť 1,02μmol/J bežne používaných cermetových lámp. 95μmol/J。 Účinnosť najlepších metalokeramických lámp a žiariviek bola 1,46 a 0,95μmol/J.

Autor vypočítal počiatočné investičné náklady každého svetelného kvanta vyžarovaného zariadením a objasnil, že náklady na LED zariadenia sú 5 až 10-krát vyššie ako náklady na zariadenia HPS. 5-ročný účet za elektrinu plus náklady na jeden mol fotónových zariadení je 2,3-krát vyšší ako u LED zariadení. Pokiaľ ide o náklady na elektrickú energiu, výsledky analýzy ukazujú, že náklady na dlhodobú údržbu sú veľmi nízke. Ak má výrobný systém veľkú medzeru, jedinečnou funkciou LED zariadenia je to, že dokáže efektívne koncentrovať svetelné kvantá na konkrétnu časť, takže vrchlík rastliny dokáže zachytiť viac svetelného kvanta. Analýza však ukazuje, že fotónové žiarenie je nákladné pre všetky svietidlá. Najnižšie náklady na osvetľovací systém možno dosiahnuť len vtedy, keď sú vysokoúčinné zariadenia vyžarujúce svetlo kombinované s účinným zachytávaním fotónov vrchlíkom.

Pokroky v osvetľovacej technike a účinnosti svietidiel poskytli mnoho možností doplnkového osvetlenia v skleníkoch, vrátane mnohých LED svietidiel. Veľký pokrok sa dosiahol v troch aspektoch zloženia výbojok pre vysokotlakové výbojky (HID) [vrátane vysokotlakových sodíkových výbojok (HPS) a keramických metalhalogenidových výbojok (CMI)] vrátane výbojok (žiaroviek), svetelných zdrojov ( reflektory) a predradníky (predradníky). HPS s elektronickým predradníkom a obojstrannou žiarovkou je 1,7-násobok HPS zariadenia HPS založeného na magnátoch. Analýza zahŕňa dva parametre, účinnosť lampy, teda určenie počtu fotosyntetických fotónov na joule (fotóny) a účinnosť zachytenia fotosyntetického kvantového toku (400-700nm) vo vrchlíku, ktorý je súčasťou fotónov dosahujúcich rastlina listy. Elektrická účinnosť rastu rastlín sa meria v počte fotosyntetických fotónov na joule.

Elektrická účinnosť svietidla sa často vyjadruje v jednotkách ľudského vnímania svetla (vyžiarené lúmeny na watt) alebo energetickej účinnosti (vyžarované watty žiarenia na watt elektrického príkonu). Fotosyntéza a rast rastlín sa však merajú v kvantových móloch svetla. Preto by porovnania svetelnej účinnosti založené na svetelnej kvantovej účinnosti mali používať jednotku fotosyntetického kvantového množstva vyrobeného na joule vstupnej energie. Pre LED je to ešte dôležitejšie, pretože elektricky účinné farby svetla sú v oblasti sýto červenej a modrej vlnovej dĺžky. Červené fotóny majú nižšiu kapacitu žiarivej energie, čo umožňuje dodať viac fotónov na jednotku energetického vstupu (energia žiarenia je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke, Planckova rovnica). Naopak, modré svetlo je o 53 % energeticky účinnejšie ako červené svetlo (49 % a 32 %), ale modré svetlo je len o 9 % fotónovo kvantovo účinnejšie ako červené svetlo (1,87/1,72). O vplyve kvality svetla na rast rastlín panujú nedorozumenia a mnohí výrobcovia tvrdia, že kvalita svetla podporuje rast rastlín1 (spektrálne rozloženie a pomer monochromatického svetla).

Hodnotenie vplyvu kvality svetla na fotosyntézu rastlín je široko odvodené z krivky svetelného kvantového výnosu (YPF), ktorá ukazuje, že červeno-oranžové svetlo 600~660mm je o 20%~30% vyššie ako modrozelené a modré. svetlo 400~460nm pre fotosyntézu. Pri analýze kvality svetla na základe krivky YPF dosahuje HPS rovnako alebo lepšie výsledky ako lepšie LED svietidlá, pretože má vysoký výstup fotónov okolo 600 nm a nižší výstup v oblastiach modrého, modrozeleného a zeleného svetla.

Spektrálna krivka kvantového potratu bola vytvorená na základe údajov z krátkodobých meraní v podmienkach jedného listu a nízkej intenzity svetla (Nelson a Bugbee, 2014). Krivky YPF sú však nakreslené z krátkodobých meraní jednotlivých listov pri slabom osvetlení. Chlorofyl a pigmenty chlorofylu majú slabú schopnosť absorbovať zelené svetlo (Terashima et al., 2009), ale Terashima et al. (2009) poukázali na to, že účinnosť fotosyntézy listov slnečnice poháňaná zeleným svetlom zmiešaným so silným bielym svetlom je vyššia ako účinnosť červeného svetla. Preto sa zelené svetlo často považuje za neúčinné pre rast rastlín, ale zelené svetlo môže byť účinné pre rast rastlín za jasných svetelných podmienok. Zelené LED s vysokou intenzitou môžu účinne zlepšiť rast rastlín, najmä zelené svetlo s krátkou vlnovou dĺžkou je pre rast rastlín efektívnejšie (Johkan et al., 2012).

Za posledných 30 rokov mnohé dlhodobé štúdie na celých rastlinách v podmienkach vysokej intenzity svetla ukázali, že kvalita svetla má oveľa menší vplyv na rýchlosť rastu rastlín ako intenzita svetla (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012 ). Kvalita svetla, najmä modré svetlo, môže zmeniť rýchlosť expanzie buniek a listov (Dougher a Bug-bee, 2004), výšku rastliny, morfológiu rastlín (Cope a Bug-bee, 2013; Dougher a Bug-bee, 2001) v niekoľkých rastlinách; Yorio a kol., 2001). Ale priamy vplyv modrého svetla na fotosyntézu je minimálny. Účinky kvality svetla na suchú a čerstvú hmotnosť celej rastliny sa vo všeobecnosti vyskytujú bez alebo pri nízkej expozícii prirodzenému svetlu v dôsledku zmien v expanzii listov a zachytení žiarenia na začiatku rastu (Cope et al., 2014).

Na základe počtu fotosyntetických svetelných kvantových mólov na joule sú farby svetla s najvyššou elektrickou účinnosťou svetla LED modré svetlo, červené svetlo a studené biele svetlo, takže LED lampy sa vo všeobecnosti kombinujú na generovanie týchto farieb. Iné farby kvality svetla LED možno použiť na zlepšenie kvality svetla špecifických vlnových dĺžok na kontrolu určitých aspektov rastu rastlín na základe vlastností monochromatického svetla (Ya2012; Morrow a Tibbitts, 2008). Nedostatok UV žiarenia v LED svietidlách v dôsledku UV-LED výrazne znižuje účinnosť svietidla. Slnečné svetlo obsahuje UV, ktoré predstavuje 9% PPF, a štandardné elektrické svetelné zdroje obsahujú 0,3%~8% UV žiarenia. Nedostatok UV žiarenia vedie k niektorým poruchám rastlín v podmienkach slnečného žiarenia (intunmescence, Morrow a Tibbitts, 1988). Nedostatok ďaleko červeného žiarenia (710 ~ 740 nm) LED lámp pre fotosyntetické doplnkové svetlo skracuje dobu kvitnutia niekoľkých rastlín s fotoperiódou (GraigRungle, 2013). Zelené svetlo (530~580nm), ktoré v LED svietidlách chýba alebo chýba, je schopné preniknúť vrchlíkom a efektívnejšie sa dostať na spodné listy (Kim et al., 2004). To znamená, že vlnová dĺžka každého kvanta dopadajúceho svetla má vplyv na relatívnu fotosyntézu jedného listu pri nízkej intenzite svetla (150 μmol/㎡).