Come scegliere e progettare le luci di coltivazione a LED?

Essendo un ramo importante dell’agricoltura moderna, il concetto di fabbriche vegetali è diventato molto popolare. Nell'ambiente di coltivazione indoor, l'illuminazione delle piante è una fonte di energia essenziale per la fotosintesi.LED Coltiva la luce presenta vantaggi enormi che le luci supplementari tradizionali non hanno e diventeranno sicuramente la prima scelta per le luci principali o supplementari in grandi applicazioni commerciali come fattorie verticali e serre.

Le piante sono una delle forme di vita più complesse su questo pianeta. La messa a dimora delle piante è semplice, ma difficile e complessa. Oltre all'illuminazione della coltivazione, molte variabili si influenzano a vicenda; bilanciare queste variabili è un'arte superba che i coltivatori devono comprendere e padroneggiare. Ma per quanto riguarda l’illuminazione degli impianti ci sono ancora molti fattori da considerare con attenzione.

Innanzitutto, comprendiamo lo spettro del sole e l'assorbimento dello spettro da parte delle piante. Come si può vedere dalla figura seguente, lo spettro solare è uno spettro continuo, in cui lo spettro blu e verde sono più forti dello spettro rosso e lo spettro della luce visibile varia da 380 a 780 nm. Esistono diversi fattori chiave di assorbimento nella crescita delle piante e gli spettri di assorbimento della luce di diverse auxine chiave che influenzano la crescita delle piante sono significativamente diversi. Pertanto, l'applicazione dell'artI LED coltivano la lucenon è una questione semplice, ma molto mirata. Qui è necessario introdurre i concetti dei due più importanti elementi fotosintetici della crescita delle piante.

La fotosintesi delle piante si basa sulla clorofilla del cloroplasto fogliare, che è uno dei pigmenti più importanti legati alla fotosintesi. Esiste in tutti gli organismi in grado di creare la fotosintesi, comprese le piante verdi e le piante procariotiche. Alghe blu-verdi (cianobatteri) e alghe eucariotiche. La clorofilla assorbe l'energia della luce e sintetizza l'anidride carbonica e l'acqua in idrocarburi.

La clorofilla a è blu-verde e assorbe principalmente la luce rossa; la clorofilla b è giallo-verde e assorbe principalmente la luce blu-viola. Principalmente per distinguere le piante da ombra dalle piante da sole. Il rapporto tra clorofilla b e clorofilla a delle piante da ombra è piccolo, quindi le piante da ombra possono usare fortemente la luce blu e adattarsi alla crescita all'ombra. Esistono due forti assorbimenti della clorofilla a e della clorofilla b: la regione rossa con una lunghezza d'onda di 630~680 nm e la regione blu-viola con una lunghezza d'onda di 400~460 nm.

Carotenoidi (carotenoidi) è un termine generale per una classe di importanti pigmenti naturali, che si trovano comunemente nei pigmenti gialli, rosso-arancio o rossi negli animali, nelle piante superiori, nei funghi e nelle alghe. Finora sono stati scoperti più di 600 carotenoidi naturali. I carotenoidi prodotti nelle cellule vegetali non solo assorbono e trasferiscono energia per aiutare la fotosintesi, ma hanno anche la funzione di proteggere le cellule dalla distruzione da parte delle molecole di ossigeno eccitate con legame a singolo elettrone. L'assorbimento della luce dei carotenoidi copre l'intervallo di 303~505 nm. Fornisce il colore del cibo e influenza l'assunzione di cibo da parte del corpo umano; nelle alghe, nelle piante e nei microrganismi il suo colore non può essere presentato perché ricoperto dalla clorofilla.

Nel processo di progettazione e selezione diLuci di coltivazione a LED, ci sono diversi malintesi da evitare, soprattutto sui seguenti aspetti.

1. Il rapporto tra la lunghezza d'onda del rosso e quella del blu della lunghezza d'onda della luce

Essendo le due principali regioni di assorbimento per la fotosintesi di due piante, lo spettro emesso daI LED coltivano la lucedovrebbe essere principalmente luce rossa e luce blu. Ma non può essere misurato semplicemente dal rapporto tra rosso e blu. Ad esempio, il rapporto tra rosso e blu è 4:1, 6:1, 9:1 e così via.

Esistono molte specie di piante diverse con abitudini diverse e diversi stadi di crescita hanno anche diverse esigenze di focalizzazione della luce. Lo spettro richiesto per la crescita delle piante dovrebbe essere uno spettro continuo con una certa ampiezza di distribuzione. È ovviamente inappropriato utilizzare una sorgente luminosa composta da due chip di lunghezza d'onda specifica, rosso e blu, con uno spettro molto ristretto. Negli esperimenti, si è scoperto che le piante tendono ad essere giallastre, gli steli delle foglie sono molto leggeri e gli steli delle foglie sono molto sottili. Sono stati condotti numerosi studi sulla risposta delle piante a diversi spettri in paesi stranieri, come l'effetto della parte infrarossa sul fotoperiodo, l'effetto della parte giallo-verde sull'effetto ombreggiante e l'effetto della parte viola sulla resistenza a parassiti e malattie, sostanze nutritive e così via.

Nelle applicazioni pratiche, le piantine vengono spesso bruciate o appassite. Pertanto, la progettazione di questo parametro deve essere progettata in base alla specie vegetale, all'ambiente e alle condizioni di crescita.

2. Luce bianca ordinaria e spettro completo

L'effetto luminoso “visto” dalle piante è diverso dall'occhio umano. Le nostre lampade a luce bianca comunemente utilizzate non sono in grado di sostituire la luce solare, come i tubi a luce bianca a tre primari ampiamente utilizzati in Giappone, ecc. L'uso di questi spettri ha un certo effetto sulla crescita delle piante, ma l'effetto non è buona quanto la sorgente luminosa costituita dai LED. .

Per i tubi fluorescenti con tre colori primari comunemente usati negli anni precedenti, sebbene venga sintetizzato il bianco, gli spettri rosso, verde e blu sono separati e l'ampiezza dello spettro è molto stretta e la parte continua dello spettro è relativamente debole. Allo stesso tempo, la potenza è ancora relativamente elevata rispetto ai LED, da 1,5 a 3 volte il consumo energetico. Lo spettro completo di LED progettati specificamente per l'illuminazione per la crescita delle piante ottimizza lo spettro. Sebbene l'effetto visivo sia ancora bianco, contiene importanti parti luminose necessarie per la fotosintesi delle piante.

3. Parametro dell'intensità dell'illuminazione PPFD

La densità del flusso di fotosintesi (PPFD) è un parametro importante per misurare l'intensità della luce nelle piante. Può essere espresso tramite quanti di luce o energia radiante. Si riferisce all'effettiva densità del flusso radiante della luce nella fotosintesi, che rappresenta il numero totale di quanti di luce incidenti sugli steli delle foglie delle piante nell'intervallo di lunghezze d'onda da 400 a 700 nm per unità di tempo e unità di area. L'unità èμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). La radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) si riferisce alla radiazione solare totale con una lunghezza d'onda compresa tra 400 e 700 nm.

Il punto di saturazione della compensazione della luce delle piante, chiamato anche punto di compensazione della luce, significa che la PPFD deve essere superiore a questo punto, la sua fotosintesi può essere maggiore della respirazione e la crescita delle piante è maggiore del consumo prima che le piante possano crescere. Piante diverse hanno punti di compensazione della luce diversi e non si può semplicemente considerare che raggiunga un determinato indice, come un PPFD maggiore di 200μmol·m-2·s-1.

L'intensità della luce riflessa dal luminometro utilizzato in passato è la luminosità, ma poiché lo spettro di crescita delle piante cambia a causa dell'altezza della sorgente luminosa dalla pianta, della copertura della luce e se la luce può passare attraverso la foglie, ecc., viene utilizzato come luce durante lo studio della fotosintesi. Gli indicatori forti non sono sufficientemente precisi e ora viene utilizzato principalmente il PAR.

In generale, PPFD vegetale positivo> 50μmol·m-2·s-1 può avviare il meccanismo della fotosintesi; mentre il PPFD per le piante da ombra ne richiede solo 20μmol·m-2·s-1. Pertanto, quando si installa la luce per piante a LED, è possibile installarla e impostarla in base a questo valore di riferimento, scegliere l'altezza di installazione appropriata e ottenere il valore PPFD e l'uniformità ideali sulla superficie fogliare.

4. Formula leggera

Light formula è un nuovo concetto recentemente proposto, che comprende principalmente tre fattori: qualità della luce, quantità di luce e durata. Comprendi semplicemente che la qualità della luce è lo spettro più adatto alla fotosintesi delle piante; la quantità di luce è il valore PPFD e l'uniformità appropriati; la durata è il valore cumulativo dell'irradiazione e il rapporto tra il giorno e la notte. Gli agricoltori olandesi hanno scoperto che le piante utilizzano il rapporto tra luce rossa e infrarossa per giudicare i cambiamenti del giorno e della notte. Il rapporto degli infrarossi aumenta significativamente al tramonto e le piante rispondono rapidamente al sonno. Senza questo processo, le piante impiegherebbero diverse ore per completarlo.

Nelle applicazioni pratiche è necessario accumulare esperienza attraverso i test e selezionare la combinazione migliore.