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植物工厂里的“太阳”——LED植物灯的先天优势

作者:admin时间:2021-06-25 11:53:19 次浏览

信息摘要:

当前最热门的植物灯光源当属LED光源。 ​​植物工厂里的有阳光吗?有!阳光从哪里来?是从一些专用的植物照明灯里来! 最初被应用于植物工厂的植物灯有白炽灯、高压钠灯、金卤灯、荧光灯等传统灯具, 而当前最热门的植物灯光源当属LED光源。 自从LED光源诞生后,因其显著的先天优势,很快便得到科研人员的青睐,成为高效的生产工具。 LED光源与传统灯具在发光原理上存

当前最热门的植物灯光源当属LED光源。

​​植物工厂里的有“阳光”吗?有!“阳光”从哪里来?是从一些专用的植物照明灯里来!

 

最初被应用于植物工厂的植物灯有白炽灯、高压钠灯、金卤灯、荧光灯等传统灯具,而当前最热门的植物灯光源当属LED光源。自从LED光源诞生后,因其显著的先天优势,很快便得到科研人员的青睐,成为高效的生产工具。

 

LED光源与传统灯具在发光原理上存在本质差别。

 

白炽灯通过对灯丝加热,当灯丝温度达到一定程度的时候像烧红的烙铁一样发出光来,因此白炽灯将大部分电能转化成了热能,只有少数的电能转化成了光能。

 

高压钠灯、金卤灯、荧光灯等均为气体放电灯,通过外界电场加速放电管中的电子,激发气体(包括某些气态金属)放电而导致原子发光,其光谱特性主要由气体成分本身的特性决定。

 

LED为固态光源,其核心是由半导体制成的PN结。P型半导体(含浓度较高的空穴)和N型半导体(含浓度较高的自由电子)通常由不同的半导体化合物制成,在它们的交界处形成的空间电荷区被称为PN结。通过PN结的电子与空穴的迁移与复合而发光。制造PN结的化合物不同,其发光特性也不同。

 

 

植物灯常用LED封装形式(1)大功率LED封装 (2)中小功率LED封装植物灯常用LED封装形式(1)大功率LED封装 (2)中小功率LED封装

 

那么LED植物灯到底有什么样的先天优势呢?

 

首先,LED植物灯光效高、节能。LED灯具被应用于农业后,因灯具使用密度相对通用照明来说是极高的,特别是光需高的植物,每平方米种植面积的用电功率高达500-1000 W。这对植物灯的电光转换效率提出了严苛的要求。目前LED植物灯的电光转换效率是白炽灯的20倍以上、荧光灯的3倍、高压钠灯及金卤灯的近2倍。因此,应用LED植物灯可大幅度降低用电量,从而实现节能。

 

不同半导体化合物LED芯片的发光波长分布不同半导体化合物LED芯片的发光波长分布

 

第二,LED光谱波段覆盖范围广,容易获得单色光及全光谱。目前,LED可覆盖200-950 nm的波长范围,存在数十种单色光LED。并且可以通过单色LED芯片激发荧光粉扩宽单色光的半波宽,或者单色光复合光谱,或者获得全光谱的白光。这对研究不同植物对光的吸收提供了非常有利的实验条件,并实现了不同植物的光谱定制,为植物提供最佳光配方。

 

单色光LED芯片激发不同荧光粉的光谱变化单色光LED芯片激发不同荧光粉的光谱变化

 

第三,LED植物灯光强、光谱均可调。LED属电流驱动型光源,其亮度随电流的增大而增加。因此,对驱动LED的电源输出电流进行调整,即得到相对应的亮度。对不同光色的LED进行电流大小的分别控制,便可实现光谱可调的功能。目前市场上的可调光谱植物灯主要用于科研,而可调光强的植物灯已大范围应用于生产。

 

第四,LED发热少,可近距离接触植物而不产生植物叶片和操作人员灼烧等问题。室内多层种植技术的快速发展也主要得益于LED植物灯的这一特点。

植物工厂灯具类型植物工厂灯具类型

 

第五,LED寿命长,光衰小,可靠性高。LED的理论寿命高达10万小时以上。LED植物灯的设计若能将LED的工作温度控制在合适的温度之下,LED植物灯的寿命便可超过5万小时。目前,高端LED植物灯质保期5年,且工作36000小时后的光衰仍然小于10%。而荧光灯工作10000到15000小时后,通常光衰高达30%。

 

第六,LED可控性强,智能控制潜力大。传统灯具如高压钠灯,从通电到灯具达到稳定工作状态需要5分钟以上,而断电后需要冷却10分钟左右才能再次启动。而LED的响应速度极高,每秒钟30000次的快速开关条件下仍能正常工作。

 

第七,使用安全性高,运输可靠性高。传统灯具多为玻璃外壳,运输及使用过程中难免因玻璃破碎而坏损。而LED为固体光源,对震动、跌落、冲击等的耐受程度高,安全可靠。

 

第八,灯具形式多样化。传统光源一般为灯泡类型,制造成植物灯时,往往会增加一个反射器,使其光线向下照射到目标植物上。而LED植物灯不但可以制造成向下发光的顶光灯,还可制造成360度发光贴近植物的株间补光灯。不似传统光源灯泡的360度发光,LED封装后一般为180度单面发光,可以更容易获得小角度发光的灯具,成为将光线集中照射到植物上的投光灯,还可以被制造成近距离照射时光照仍特别均匀的面板式植物灯。

LED植物灯下的三色堇LED植物灯下的三色堇

 

由于它的独特优势,LED植物灯近几年在农业方面的应用飞速发展。目前,相对传统灯具,LED植物灯的成本仍然较高,但随着时代的科技进步,植物灯的成本一定会快速地降低,未来LED植物灯将为农业生产开创更广阔的天地。


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