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LED为园艺应用提供光谱输出控制

时间:2019-05-08 作者:Yoelit Hiebert 阅读:
每种植物都有一种特定的“光配方”,可以使其在更短的时间内生长更多的作物。该配方定义了光谱的变化,以优化植物生命周期的每个阶段,并改善所需的植物特性,例如,增加蔬菜的风味或大麻的效力。

众所周知,LED照明已经彻底变革了室内生长设施的运作方式,主要原因是LED可以灵活地提供光谱输出且发热极低。美国农业与生物工程师学会(ASABE)最近发布了ANSI/ASABE S642 SEP2018,即《Recommended Methods For Measurement And Testing Of LED Products For Plant Growth And Development(用于植物生长和发育的LED产品测量和测试的推荐方法)》,这是三个系列标准中的第二个,重点规定了用于园艺应用的LED照明产品的性能。

新标准为光辐射发射范围为280-800nm的LED产品定义了测试方法(而可见光光谱的范围则约为390-700nm)。

“将LED照明用于园艺应用,是过去二十年来我们最感兴趣的项目之一。”ASABE标准和技术总监Scott Cedarquist表示。

不足为奇,园艺照明所使用的术语以植物为中心,以下是一些较广泛使用的术语:

光合有效辐射(PAR)——植物在光合作用过程中可用太阳辐射的光谱范围。传统上认为其范围是400nm至700nm,但最近的研究表明,高达740nm的波长也会影响植物的生长和发育。

光合光子通量(PPF)——光照系统每秒所产生光合有效光子的数量,类似于光通量(流明),以微摩尔/秒(μmol/s)为单位。

光合光子通量密度(PPFD)——每单位时间每单位面积撞击某表面的光合有效光子数,类似于照度(lux),以μmol/m²s为单位。

园艺照明的重点是所传递的光子,因为正是它们通过激发电子来启动光合作用和植物发育中的其他过程。用于园艺应用的LED产品与用于一般照明的LED产品在几个重要方面有所不同,第一是这些产品的光谱输出通常较宽。由于不同的植物会对光谱的不同部分做出反应,这点非常有用。

工业和学术研究已证明,每种植物都有一种特定的“光配方”,可以使其在更短的时间内生长更多的作物。该配方定义了光谱的变化,以优化植物生命周期的每个阶段,并改善所需的植物特性,例如,增加蔬菜的风味或大麻的效力。

LED照明产品还具有特殊功能,其不仅能够提供精确的输出光谱,还可以针对不同的植物生命周期阶段“调整”到最佳光谱。

为了解决某些生长环境的温度过高问题,有源冷却虽然不是普遍都有,但却是LED园艺照明产品的另一个重要特性。有源冷却主要通过风扇实现,但水冷系统也有采用。防水外壳也是一个考虑因素,尤其是在LED靠近植物安装的设施中,例如垂直农场。

说到垂直农场,LED照明产品因其发热比传统照明低得多而被广泛采用。LED灯可以散布在植物附近而不造成损坏,这使得设施管理人员能够最大限度地利用可用空间。除了如图所示的大规模运作外,垂直农业在城市地区也越来越受欢迎了。在这些地区,有人将废弃的建筑改造成植物种植场所,而以较低的成本产出新鲜农产品。

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图:美国马萨诸塞州Millis的一个采用LED照明的垂直农场项目。来源:Crop One Holdings

请注意,文章到此为止还只字未提将LED照明广泛应用于普通照明的主要原因,即节能。因为对于生长设施管理者而言,此举的主要目的是产量。对于像大麻这样的高价值作物——毫无疑问,大麻种植是第一个采用LED照明的行业——与提高产量和缩短生命周期所带来的收入增长相比,能源成本微不足道。即使对于更传统的作物,比如绿叶蔬菜和花卉,降低能源成本也不比可在较短时间内产出更多作物更有说服力。

园艺应用采用LED照明,这一情形正在飞速发展,并将引发未来食物种植方式的重大转变。因此,下个寒冬时节你在杂货店购买黑莓的时候,不妨想想你那难得之物是否是在室内使用LED照明种植的。

本文为《电子技术设计》2019年5月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Yoelit Hiebert
Yoelit Hiebert过去十年一直从事LED照明领域的工作,在行业制造和最终用户方面拥有丰富的经验。 她与照明工程协会一起,积极参与固态照明和控制标准的开发。Yoelit拥有密苏里科技大学的电子工程学士学位和硕士学位。她是注册专业工程师,通过认证的能源经理,并获得了国家照明行业资格认证委员会的照明认证。
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