1. Principiu tehnic: Luminile LED pentru plante au o problemă cu „rece” și „cald”.
Principalele beneficii ale luminilor LED pentru plante sunt că sunt foarte precise în ceea ce privește culoarea și folosesc mai puțină energie. Plantele folosesc în mare parte lumină roșie (620–680nm) și lumină albastră (430–460nm) pentru fotosinteză. Luminile LED, pe de altă parte, concentrează energia pe regiunea de vârf de absorbție a plantei, folosind un cip de lumină roșie (660 nm) și un cip de lumină albastră (460 nm). LED-urile sunt mult mai eficiente în transformarea luminii în electricitate decât lămpile HPS, care fac doar 30% din muncă. Din această cauză, este numită „sursă de lumină rece”. Temperatura de suprafață este în mod normal sub 50 de grade, iar când este aproape de lame (20-50 cm), nu le va arde. Rata de utilizare a energiei luminoase este de până la 95%, deși lămpile HPS folosesc doar 35%.
Termenul „sursă de lumină rece”, pe de altă parte, poate face să pară că gestionarea căldurii este mai complicată decât este. Chiar dacă LED-urile nu degajă multă căldură în mod direct, ele degajă totuși aproximativ 20% din căldura reziduală atunci când schimbă energia electrică în lumină. De exemplu, o lumină LED de 12 wați are o putere de aproximativ 10 wați și aproximativ 8 wați ar fi transformați în căldură. Dacă proiectarea de disipare a căldurii nu este suficient de bună (de exemplu, dacă nu este utilizat suficient aluminiu sau conductivitatea termică este slabă), temperatura suprafeței lămpii ar putea depăși 65 de grade, ceea ce ar duce la acumularea de căldură în unele zone și ar scurta durata de viață și stabilitatea sursei de lumină. În plus, proprietățile „reci” ale LED-urilor pot înrăutăți pierderile de căldură din seră în timpul iernii, când temperaturile sunt scăzute în nord. Aceasta înseamnă că este nevoie de mai multă încălzire pentru a menține temperatura culturilor în creștere.
2. Utilizare practică: un plan pentru ca LED-urile și HPS să lucreze împreună pentru a oferi lumină suplimentară
Ca răspuns la dificultatea „rece” a LED-urilor, industria a căutat o modalitate prin care lămpile LED și HPS să lucreze împreună pentru a oferi lumină suplimentară, ceea ce a condus la îmbunătățiri atât în ceea ce privește iluminarea, cât și temperatura. În serele din nord, căldura produsă de lămpile HPS este un „impuls cheie”. Căldura pe care o degajă în timp ce sunt aprinse poate ridica temperatura din interiorul serei în timp ce emite lumină suplimentară, ceea ce reduce cantitatea de energie necesară pentru încălzire. Luminile LED consumă mai puțină energie în general, ceea ce reduce costurile. De exemplu, într-o seră din Shouguang, Shandong, care cultivă roșii, folosind atât lumini LED, cât și lumini HPS pentru lumină suplimentară, a redus ciclul de creștere cu 5-7 zile, a crescut producția cu 15-20%, a crescut conținutul de zahăr al fructelor cu 1-2 puncte procentuale și a făcut culoarea mai strălucitoare. Când cultivați căpșuni, căldura de la HPS și lumina roșie și albastră exactă de la LED-uri pot crește rata de întărire a fructelor cu mai mult de 20%, greutatea medie a fructelor cu 10% și timpul necesar pentru ca fructele să se coacă, făcându-l mai ușor de cules și vândut.
Valabilitatea științifică a acestei metode de colaborare își are rădăcinile în alinierea sa exactă la cerințele culturii. Luminile LED pot schimba spectrul: legumele cu frunze au nevoie de 30% lumină albastră pentru a face clorofilă, florile și fructele au nevoie de 70% lumină roșie pentru a accelera acumularea de carbohidrați, iar plantele medicinale au nevoie de 10% lumină ultravioletă pentru a crește conținutul de metaboliți secundari. Suplimentul de căldură din lămpile HPS este menit să funcționeze în iarna rece din nord, unde luminile LED singure ar putea să nu fie suficient de calde. De exemplu, fabrica integrată de stocare a luminii din deșertul Ulan Buh, Mongolia Interioară, folosește o combinație de LED-uri și pompă de căldură pentru a stoca 42 de kilograme de dioxid de carbon pe metru pătrat în fiecare an și a economisi cheltuielile de energie cu 40%.
3. Controlul temperaturii: o modalitate separată de a îmbunătăți luminile cu LED-uri ale plantelor
Chiar și atunci când ajutorul luminii HPS nu este necesar, luminile cu LED pentru plante pot obține un control perfect al temperaturii prin îmbunătățiri tehnologice. Principalele părți ale strategiei sale sunt:
Îmbunătățirea designului pentru disiparea căldurii: temperatura suprafeței lămpii este menținută sub 50 de grade prin utilizarea materialelor cu conductivitate termică excelentă (cum ar fi substraturi de cupru) și structuri ale aripioarelor de disipare a căldurii. De exemplu, sistemul Philips GrowWise folosește tehnologia de răcire cu lichid pentru a face cipurile LED să dureze cu 50.000 de ore mai mult și pentru a reduce efectele radiațiilor termice asupra culturilor.
O modalitate inteligentă de a controla luminile: folosind senzori și tehnologia IoT, schimbă automat intensitatea și raportul spectral al luminii în funcție de stadiul de creștere a culturii și de temperatura mediului înconjurător. „Lampa de cultură a țesuturilor LED cu spectru ajustabil” realizată de Universitatea Agricolă Nanjing, de exemplu, urmărește temperatura din seră în timp real printr-o platformă de nor. Scade automat cantitatea de lumină albastră când temperatura scade sub 15 grade (rata de absorbție a luminii albastre scade pe măsură ce temperatura scade) și crește cantitatea de lumină roșie și roșie îndepărtată (730 nm) pentru a ajuta culturile să exprime gene rezistente-la frig.
Aranjarea luminii folosind straturi: Într-o fermă verticală, benzi de lumină cu LED-uri sunt puse deasupra fiecărui rafturi de creștere, iar spațiul dintre straturi este de doar 0,8 metri. Controlul stratificat al temperaturii profită la maximum de zonă. De exemplu, stratul superior al camerei inteligente de cultivare pentru Phalaenopsis de la ferma Yuntai din Lianyungang folosește lumină roșie de intensitate mare (800 μ mol/m²/s) pentru a încuraja înflorirea, în timp ce stratul inferior folosește lumină albastră de intensitate redusă (300 μ mol/m²/s) pentru a crește puieții. Un sistem de aer condiționat menține temperatura fiecărui strat la 25 de grade, respectiv 20 de grade. Acest lucru scurtează ciclul de înflorire cu 15 zile.
