• 植物照明,近年來照明行業越來越火的一個詞匯。作為植物生長的人工光源,LED植物照明的發展與植物工廠的商業化息息相關。近年來,得益于植物工廠商業化加速,國內LED植物照明快速發展。
如今,植物照明廣泛應用于植物工廠、植物景觀以及育種照明三個領域,而目前最主要的市場是植物工廠。在植物工廠中,萬物生長靠燈光,只需要弄清楚不同植物對水、光、肥的需要,就可以定制生長條件,打破它的地域性、季節性限制,只要溫度

    植物照明,近年來照明行業越來越火的一個詞匯。作為植物生長的人工光源,LED植物照明的發展與植物工廠的商業化息息相關。近年來,得益于植物工廠商業化加速,國內LED植物照明快速發展。

    如今,植物照明廣泛應用于植物工廠、植物景觀以及育種照明三個領域,而目前最主要的市場是植物工廠。在植物工廠中,萬物生長靠燈光,只需要弄清楚不同植物對水、光、肥的需要,就可以定制生長條件,打破它的地域性、季節性限制,只要溫度、光照等因素合適,冬吃西瓜夏吃柿,也是完全沒問題滴。

    上期,我們主要探討了植物照明的機制和特性,本期我們再來深入探討LED植物燈的秘密。

    什么是LED?

    LED是發光二級管(Light Emitting Diode)的英文縮寫,屬于半導體器件,1962 年 LED 開始應用,1993 年以前,LED 只有紅光、綠光、黃光器件,主要用作指示燈,1993 年藍光 LED 實現了工業化生產,四元素紅光 LED 與藍光 LED 應用在植物種植中逐漸得到發展,LED 應用在照明領域稱之為半導體固態照明 SSL(Solid State Lighting),LED 應用在植物種植稱之為植物人工輻射源 PARS(LED Plant Artificial Radiation Sources)。

    LED 用于植物種植具有以下特點:

    1、可以制造出不同波長組合的人工輻射源。

    2、電功率到輻射功率的轉換效率高。

    3、LED 屬于冷光源,發出的光無熱輻射。

    4、單面發光方式,光輻射利用率最高。

    5、輻射量的輸出可以通過驅動電流調節。

    6、輻射量衰減率低,平均壽命達3萬小時以上。

    7、耗電功率低,種植成本低。

    8、可以低壓直流驅動,可以實現數字化規??刂?。

    9、可以方便接入太陽能、風能供電系統。

    10、LED 器件的生產工藝不會造成環境污染。

    11、產品造價高,初始投入大。

    用于植物光合作用的LED光譜圖

    對于植物燈的研制,我們依據的是太陽輻射與植物光合作用的體系進行的。所以,對于LED光源也需要從LED的光譜分析開始,圖8是LED植物燈常用的波長的光譜圖,可以看出,每種波長的光譜中,波形單一平滑,無其他雜波,波形態與植物光合作用的峰值波長形態接近,可以提供多波段的組合。

    圖8:各種波長的LED的光譜圖

    針對不同的植物,按照其吸收光譜的特性,把這些不同波長的LED按比例組合在一起,形成多波段的人工輻射源,波長的組合和輻射量大小與植物品種有關,不同波長的LED輻射能量與LED本身的輻射特性有關,LED輻射效率與封裝廠的品質有關,需要專業儀器進行物理分析才能確定配比組合。

    圖9是LED植物燈的光譜對比圖,從圖中可以看出,LED植物燈的光譜圖與植物色素吸收光譜形態接近,但LED植物燈不能仿制色素吸收光譜圖,需要參考莫克利曲線與科學實驗得出。

    圖9:LED 植物燈與色素光譜圖對比關系

    LED植物燈的一些技術需求

    對于LED植物燈的關鍵技術是結構散熱和二次光學設計,其他方面可以參考《LED 植物燈光譜該如何設計?》文章。這里,只是介紹我們設計植物燈的技術支撐。

    目前燈具散熱技術已較為成熟,燈具內的散熱支架可以配備反射杯和透鏡,實現多種光學輸出角度,同時,還具備防靜電能力,使產品壽命得到根本保證。圖11是各種光輸出角度的散熱支架。

    圖11:各種光輸出角度的散熱支架

    輻射效率方面,在反射杯的反射面涂有特殊的反射涂層大大提高了光的輸出效率,同時,通過光學設計的手法,使得反射中心與邊緣的光強度趨于均勻化,輻射面的輻射均勻度得到極大的改善。如圖12所示,合理的光學設計生成最適合植物生長的配光曲線。

    圖12:二次光學設計

    在產品應用評估方面,一般在產品研制前,都需要通過仿真技術來做仿真模擬,預先分析產品應用的光分布數據與效果。圖13是這些分析的圖示。

    圖13:設計效果的工業仿真技術

    圖:仿真與產品應用

    植物人工輻射源最終設計目標是實現低能耗且高效率的植物種植,因此,植物燈設計相比照明產品設計過程要復雜很多,首先需要了解種植工藝的要求,溫室應用需要測試種植環境的 DLI,植物燈的光譜形態與二次光學設計需要專業設計,植物燈的設計依賴設計經驗與技術支撐能力。

    目前,植物燈的光譜設計的光質與光量均屬于企業相對保密的內容,所以,具體的光質與光量與應用這里沒有過多的敘述,可以有這樣的共識:企業需要面向市場去盈利,要有技術服務與技術能力,植物燈光譜很容易被破解,但技術服務與技術能力不在破解范疇,只有自身具備優秀的技術,市場營銷才能有保證。植物燈在種植工藝里僅僅是條件之一,并非唯一,植物燈只有符合種植工藝的要求,才能發揮最佳的效果。

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