How to Choose and Design LED Plant Lighting Plant Growth Lights?

2021-01-06

As an important branch of modern agriculture, the concept of plant factories has become very popular. In the indoor planting environment, plant lighting is an essential energy source for photosynthesis. LED plant lights have overwhelming advantages that traditional supplementary lights do not have, and will surely become the first choice for main or supplementary lights in large commercial applications such as vertical farms and greenhouses.


گیاهان یکی از پیچیده ترین اشکال حیات در این کره خاکی هستند. کاشت گیاهان ساده ، اما دشوار و پیچیده است. علاوه بر روشنایی گیاه ، بسیاری از متغیرها روی یکدیگر تأثیر می گذارند و متعادل سازی این متغیرها هنری فوق العاده است که تولیدکنندگان باید آن را درک و تسلط یابند. اما از نظر روشنایی گیاه ، هنوز عوامل زیادی وجود دارد که باید به دقت مورد بررسی قرار گیرند.


ابتدا بیایید طیف خورشید و جذب طیف توسط گیاهان را درک کنیم. همانطور که از شکل زیر مشخص است ، طیف خورشیدی یک طیف پیوسته است ، که در آن طیف آبی و سبز از طیف قرمز قوی تر است و طیف نور مرئی از 380 تا 780 نانومتر است. چندین فاکتور اصلی جذب در رشد گیاه وجود دارد و طیف جذب نور چندین اکسین اصلی که بر رشد گیاه تأثیر می گذارد به طور قابل توجهی متفاوت است. بنابراین ، استفاده از چراغ های رشد گیاه LED یک موضوع ساده نیست ، بلکه بسیار هدفمند است. در اینجا لازم است مفاهیم دو مهمترین عنصر رشد گیاه فتوسنتزی را معرفی کنیم.


فتوسنتز گیاهان متکی به کلروفیل موجود در کلروپلاستهای برگ است که یکی از مهمترین رنگدانه های مربوط به فتوسنتز است. این ماده در همه ارگانیسم هایی وجود دارد که می توانند فتوسنتز ایجاد کنند ، از جمله گیاهان سبز و گیاهان پروکاریوتی. جلبکهای سبز آبی (سیانوباکتریوم) و جلبکهای یوکاریوتی. کلروفیل انرژی نور را جذب می کند و دی اکسید کربن و آب را به هیدروکربن ها سنتز می کند.


Chlorophyll a is blue-green and mainly absorbs red light; chlorophyll b is yellow-green and mainly absorbs blue-violet light. Mainly to distinguish shade plants from sun plants. The ratio of chlorophyll b to chlorophyll a of shade plants is small, so shade plants can use blue light strongly and adapt to growing in shade. There are two strong absorptions of chlorophyll a and chlorophyll b: the red region with a wavelength of 630~680 nm, and the blue-violet region with a wavelength of 400~460 nm.


Carotenoids (carotenoids) is a general term for a class of important natural pigments, which are commonly found in yellow, orange-red or red pigments in animals, higher plants, fungi, and algae. More than 600 natural carotenoids have been discovered so far. Carotenoids produced in plant cells not only absorb and transfer energy to help photosynthesis, but also have the function of protecting cells from being destroyed by excited single-electron bond oxygen molecules. The light absorption of carotenoids covers the range of 303~505 nm. It provides the color of food and affects the human body's intake of food; in algae, plants and microorganisms, its color cannot be presented because it is covered by chlorophyll.


چراغ های بین کاربری LED برای پر کردن نور داخل گیاهان استفاده می شود


In the design and selection process of LED plant lights, there are several misunderstandings that need to be avoided, mainly in the following aspects.


نسبت طول موج قرمز و آبی طول موج نور


به عنوان دو منطقه جذب اصلی برای فتوسنتز دو گیاه ، طیف ساطع شده از چراغ های کارخانه LED باید عمدتا نور قرمز و نور آبی باشد. اما نمی توان آن را به سادگی با نسبت قرمز به آبی اندازه گرفت. به عنوان مثال ، نسبت قرمز به آبی 4: 1 ، 6: 1 ، 9: 1 و غیره است.


گونه های مختلف گیاهی با عادات مختلف وجود دارد و مراحل مختلف رشد نیز نیازهای متفاوتی به نور دارند. طیف مورد نیاز برای رشد گیاه باید یک طیف پیوسته با عرض توزیع مشخص باشد. بدیهی است استفاده از منبع نوری ساخته شده از دو تراشه مخصوص طول موج قرمز و آبی با طیف بسیار باریک نامناسب است. در آزمایشات مشخص شد که گیاهان مایل به زرد هستند ، ساقه برگ بسیار سبک و ساقه برگ بسیار نازک است. مطالعات زیادی در مورد پاسخ گیاهان به طیف های مختلف در کشورهای خارجی انجام شده است ، مانند تأثیر قسمت مادون قرمز بر روی دوره نوری ، تأثیر قسمت زرد-سبز بر روی اثر سایه زنی و تأثیر قسمت بنفش در برابر مقاومت در برابر آفات و بیماری ها ، مواد مغذی و غیره.


In actual applications, seedlings are often burned or withered. Therefore, the design of this parameter must be designed according to the plant species, growth environment and conditions.



2. نور سفید معمولی و طیف کامل


اثر نوری که توسط گیاهان دیده می شود با چشم انسان متفاوت است. لامپ های نور سفید معمولاً ما نمی توانند جایگزین نور خورشید شوند ، مانند لوله های نور سفید سه اصلی که به طور گسترده در ژاپن استفاده می شود و غیره. استفاده از این طیف ها تأثیر خاصی در رشد گیاهان دارد ، اما اثر این نیست به خوبی منبع نور ساخته شده توسط LED ها. .


برای لوله های فلورسنت با سه رنگ اصلی که معمولاً در سالهای گذشته استفاده می شد ، اگرچه رنگ سفید سنتز می شود ، طیف های قرمز ، سبز و آبی از هم جدا می شوند و عرض طیف بسیار باریک است و قسمت مداوم طیف نسبتاً ضعیف است. در عین حال ، در مقایسه با LED ها ، 1.5 تا 3 برابر انرژی مصرفی ، برق هنوز هم نسبتاً زیاد است. طیف کامل LED های طراحی شده به طور خاص برای روشنایی گیاه طیف را بهینه می کند. اگرچه جلوه بصری هنوز سفید است ، اما حاوی قسمتهای نوری مهمی است که برای فتوسنتز گیاه مورد نیاز است.


3. Illumination intensity parameter PPFD


تراکم شار فتوسنتز (PPFD) پارامتر مهمی برای اندازه گیری شدت نور در گیاهان است. این را می توان با کوانتای سبک یا انرژی تابشی بیان کرد. این به تراکم شار تابشی م ofثر نور در فتوسنتز اشاره دارد ، که نمایانگر تعداد کل کوانتاهای نوری موجود در ساقه های برگ گیاه در محدوده طول موج 400 تا 700 نانومتر در واحد زمان و واحد سطح است. واحد μE · m-2 · s-1 (olmol · m-2 · s-1) است. تابش فعال فتوسنتزی (PAR) به کل تابش خورشید با طول موج در محدوده 400 تا 700 نانومتر اشاره دارد.


نقطه جبران نور گیاه ، که به آن نقطه جبران نور نیز گفته می شود ، به این معنی است که PPFD باید بالاتر از این نقطه باشد ، فتوسنتز می تواند بیشتر از تنفس باشد ، رشد گیاه بیشتر از مصرف است و گیاه می تواند رشد کند گیاهان مختلف دارای نقاط جبران نوری متفاوتی هستند و نمی توان به سادگی رسیدن به یک شاخص خاص را در نظر گرفت ، مانند PPFD بزرگتر از 200mol · m-2 · s-1.


شدت نور منعکس شده توسط نورسنج سنجی که در گذشته استفاده می شود ، میزان روشنایی است ، اما چون طیف رشد گیاه به دلیل ارتفاع منبع نور از گیاه ، پوشش نور و اینکه آیا نور می تواند از طریق نور عبور کند ، تغییر می کند. برگها و غیره ، هنگام مطالعه فتوسنتز به عنوان نور استفاده می شود. شاخص های قوی به اندازه کافی دقیق نیستند و اکنون PAR بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.


به طور کلی ، گیاه مثبت PPFD> 50 آمول · m-2 · s-1 می تواند مکانیسم فتوسنتز را شروع کند. در حالی که گیاه سایه دار PPFD فقط به 20 آمول · m-2 · s-1 نیاز دارد. بنابراین ، هنگام نصب چراغ های کارخانه LED ، می توانید با توجه به این مقدار مرجع نصب و تنظیم کنید ، ارتفاع نصب مناسب را انتخاب کنید و مقدار PPFD ایده آل و یکنواختی را در سطح برگ حاصل کنید.


4. Light formula


Light formula is a new concept recently proposed, which mainly includes three factors: light quality, light quantity and duration. Simply understand that light quality is the spectrum most suitable for plant photosynthesis; light quantity is the appropriate PPFD value and uniformity; duration is the cumulative value of irradiation and the ratio of day to night time. Dutch agriculturists have found that plants use the ratio of infrared to red light to judge the day and night changes. The infrared ratio increases significantly at sunset, and plants respond quickly to sleep. Without this process, it will take several hours for plants to complete this process.


In practical applications, it is necessary to accumulate experience through testing and select the best combination.