1. Principiu tehnic: Proiectarea reglementării calității luminii la nivel molecular
Plantele sunt destul de pretențioase cu privire la modul în care folosesc lumina. Plantele pot folosi doar lumina vizibilă între 400 și 700 nm (care reprezintă 43% până la 52,5% din radiația solară) pentru fotosinteză. Lumina roșie (610 până la 720 nm) și lumina albastră (400 până la 510 nm) sunt principalele vârfuri de absorbție, motiv pentru care sunt numite „îngrășământ ușor” al plantelor. Luminile cu LED-uri pentru plante folosesc capacitățile fotoelectrice ale materialelor semiconductoare pentru a trimite lumină monocromatică la anumite lungimi de undă. De asemenea, folosesc combinații de cipuri pentru a obține un control fin al spectrului.
De exemplu, lumina roșie (660 nm) poate ajuta plantele să înflorească, să crească fructe și să producă vitamina C, în timp ce lumina albastră (450 nm) este lumina principală care ajută plantele să producă clorofilă și să crească tulpini și frunze. Studiile au demonstrat că în cultura de salată verde, un raport de lumină roșu-albastru de 4:1 mărește conținutul de clorofilă a frunzelor cu 23% și accelerează rata de creștere cu 18%; în mod similar, în cultivarea căpșunilor, un raport de 5:1 între lumină roșie și albastră crește conținutul de zahăr din fructe cu 15% și scurtează timpul de piață cu 10 zile. De asemenea, adăugarea de lumină roșie îndepărtată (730nm) poate modifica lungimea internodurilor plantelor. Adăugarea de lumină UV (380-400 nm) poate ține dăunătorii și bolile departe și crește cantitatea de metaboliți secundari.
2. Principalul beneficiu este trecerea de la „Gaura neagră a energiei” la „Revoluția eficienței luminii”.
Lămpile cu sodiu de înaltă presiune-și lămpile cu halogenuri metalice sunt două tipuri de iluminat tradițional pentru seră care au trei mari probleme: spectrele lor sunt fixe și nu pot fi schimbate, degajă multă căldură și folosesc multă energie electrică. De exemplu, o lampă cu sodiu de-înaltă presiune de 1000W transformă doar 30% din radiația activă fotosintetic (PAR) în lumină utilizabilă. De asemenea, produce o mulțime de radiații termice infraroșii, care ridică temperatura în seră și necesită un sistem suplimentar de răcire. Trei progrese tehnologice importante au făcut ca luminile LED pentru plante să fie revoluționare:
Personalizarea spectrului: puteți face orice raport între lumina monocromatică și lumina cu spectru complet, schimbând aranjamentul cipurilor LED. „Schema spectrală cu ciclu complet” a Weizhaoye Optoelectronics folosește multă lumină albastră (40%) pentru a ajuta rădăcinile să crească în timpul etapei de răsad, multă lumină roșie (60%) pentru a ajuta frunzele să crească în timpul etapei de creștere vegetativă și puțină lumină roșie îndepărtată (10%) pentru a ajuta florile să înflorească în timpul etapei de creștere reproductivă.
Caracteristicile unei surse de lumină rece: Eficiența luminoasă a LED-urilor este mai mare de 200 lm/W, iar mai puțin de 5% din căldură se pierde prin radiația termică. Nu este nevoie de alt echipament pentru a le răci. Sistemul LED de la ferma Yuntai din camera de creștere a orhideelor fluturi din Lianyungang reduce distanța dintre straturi de la 1,5 metri obișnuiți la 0,6 metri și triplează numărul de plante care pot fi cultivate într-o anumită zonă.
Revoluție în utilizarea energiei: lămpile cu LED pentru plante sunt de peste trei ori mai bune la transformarea energiei electrice în energie luminoasă decât lămpile cu sodiu de înaltă presiune-. Cercetătorii de la Universitatea Wageningen din Olanda au descoperit că adăugarea de lumini LED la producția fabricii de tomate poate reduce consumul de energie per kilogram de fructe de la 5,2 kWh la 1,8 kWh și consumul de îngrășăminte cu 30%.
3. Scenariul de aplicare: acoperire completă a lanțului de la laborator până la industrializare
Cultivarea lucrurilor într-o seră: iluminarea suplimentară cu LED-uri poate crește producția de castraveți cu 40% și nivelul de vitamina C din roșii cu 25% în locurile nordice care au lumină și umbră scăzută tot timpul iarna. Weizhaoye Optoelectronics a proiectat un sistem de iluminat suplimentar cu mod dublu-pentru sera din Xiaotangshan, Beijing. Se aprinde automat când intensitatea luminii scade sub 200 μ mol/m²/s. Acest lucru scurtează ciclul de creștere al legumelor cu frunze cu 15 zile.
Fabrică de plante: sistemele cu LED-uri utilizează cultura multi{-tri-tridimensională pentru a profita la maximum de spațiu într-un mediu cu lumină complet artificială. Zona de dezvoltare agricolă modernă Shanghai Sunqiao utilizează un cadru de plantare vertical cu 10 straturi și un sistem avansat de control al mediului luminii. Acest lucru le permite să crească de 10 ori mai multe culturi pe metru pătrat decât serele standard și să utilizeze cu 90% mai puțină apă.
Cercetare și reproducere: LED-urile sunt excelente pentru studiile de fotobiologie a plantelor, deoarece proprietățile lor de spectru pot fi controlate. Institutul de Cercetare a Legumelor și Florilor din cadrul Academiei Chineze de Științe Agricole a folosit o platformă LED spectrală reglabilă pentru a testa soiul de roșii „Zhongvegetable 606”, care își poate menține eficiența fotosintetică la 85% chiar și atunci când lumina este de numai 300 μ mol/m²/s.
Plantare specială pentru mediu: luminile cu LED-uri pentru plante sunt acum cele mai importante părți ale sistemelor de susținere a vieții în locuri precum stațiile de cercetare din Antarctica și navele spațiale, unde condițiile sunt foarte dure. Sera din China Great Wall Station din Antarctica folosește un sistem LED cu spectru complet pentru a cultiva salată verde și căpșuni pe tot parcursul anului. Sistemul are o eficiență fotosintetică de 92% din suprafața Pământului.
