一 หลักการทางเทคนิคคือหลายวิธีที่โฟตอนถูกปล่อยออกมา
1. ส่วนหลักการทำงานของไฟ LED
ไฟ LED (ไดโอดเปล่งแสง) ปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นบางค่าโดยการรวมอิเล็กตรอนและรูในเซมิคอนดักเตอร์เซมิคอนดักเตอร์อีกครั้ง ความกว้างของแถบความถี่ของวัสดุจะกำหนดช่วงสเปกตรัม ตัวอย่างเช่น:
ชิปที่ใช้ InGaN-: ปล่อยแสงสีน้ำเงินระหว่าง 450 ถึง 470 นาโนเมตร ซึ่งใช้สำหรับระยะการเจริญเติบโตของพืชเมื่อต้องการสารอาหาร
ชิปที่ใช้ AlGaInP{0}}: ให้แสงสีแดงระหว่าง 620 ถึง 660 นาโนเมตรเพื่อช่วยให้ดอกไม้บานและผลไม้สุก
เทคโนโลยีในการแปลงฟอสฟอรัส: เมื่อคุณฉายแสงสีฟ้าบนผงฟลูออเรสเซนต์สีเหลือง จะทำให้แสงสีขาวเต็ม-สเปกตรัมดูเหมือนแสงธรรมชาติ
LED สามารถผลิตแสงได้มากกว่า 200lm/W มีอัตราการสลายตัวของแสงต่ำ และใช้งานได้นานกว่า 50,000 ชั่วโมง ซึ่งเหนือกว่าแหล่งกำเนิดแสงแบบเดิมๆ มาก
2. โคมไฟปลูกพืชที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ
หลอดไฟเจริญเติบโตของพืชเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งสร้างขึ้นเพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสง มีเส้นทางทางเทคนิคสองประเภท:
ไฟ LED สำหรับพืชแบบพิเศษ: ใช้ชิปสีแดงและสีน้ำเงินผสมกัน (เช่น อัตราส่วน 3:1) หรือการเพิ่มแสงสีแดงไกล (730 นาโนเมตร) เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพืช
ประเภทการปรับปรุงสำหรับแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม ได้แก่ หลอดโซเดียมความดันสูง (HPS) - ที่เพิ่มปริมาณสเปกตรัมสีแดง หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่รวมสารเรืองแสงของธาตุหายากเพื่อเพิ่มเอาต์พุตของแถบบางแถบ
ตัวอย่างเช่น ระบบ Philips GrowWise เปลี่ยนปริมาณสีแดง (660 นาโนเมตร) สีน้ำเงิน (450 นาโนเมตร) และแสงสีขาวที่ใช้เพื่อให้ได้ผลผลิตมะเขือเทศสูงขึ้น 15% และมีปริมาณวิตามินซีสูงขึ้น 20%
2 การออกแบบสเปกตรัม: ค้นหาความสมดุลระหว่างสิ่งที่พืชต้องการและรูปลักษณ์ของสิ่งต่าง ๆ
1. การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างไร
คลอโรฟิลล์จากพืชดูดซับแสงสีน้ำเงินได้ดีที่สุดระหว่าง 400 ถึง 500 นาโนเมตร และแสงสีแดงจะดูดซับแสงได้ดีที่สุดระหว่าง 600 ถึง 700 นาโนเมตร
แสงสีฟ้า (450 นาโนเมตร) หยุดการเจริญเติบโตในระยะยาว ช่วยผลิตคลอโรฟิลล์มากขึ้น และใช้ไนโตรเจนได้ดีขึ้น
แสงสีแดง (660 นาโนเมตร) ช่วยสร้างฮอร์โมนการออกดอก เช่น ซีติน และทำให้น้ำตาลในผลไม้สะสมเร็วขึ้น
แสงสีแดงไกล (730 นาโนเมตร): ควบคุมการตอบสนองของการหลีกเลี่ยงร่มเงาโดยการเปลี่ยนอัตราส่วน R/FR เพื่อปรับปรุงโครงสร้างของพืช
การทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนแสงสีแดงต่อสีน้ำเงินที่ 4:1 ช่วยเพิ่มการสะสมวัตถุแห้งในผักกาดหอมได้ถึง 30% ในขณะที่พืชมีความเสี่ยงต่อความไม่สมดุลทางโภชนาการเมื่อสัมผัสกับแสงสีเดียว
2. กลยุทธ์สเปกตรัมของไฟ LED และแสงสว่างเพื่อการเจริญเติบโตของพืช
ไฟ LED อเนกประสงค์ส่วนใหญ่จะใช้แสงสีขาวแบบเต็มสเปกตรัม ซึ่งครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น 400–700 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีอัตราส่วนแสงสีแดงต่อสีน้ำเงินคงที่ (ประมาณ 1:2) จึงเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการของวงจรการเจริญเติบโตของพืช
โคมไฟสำหรับปลูกพืช: ตัวอย่างเช่น การใช้ชิปหลาย-ร่วมกันทำให้สามารถปรับสเปกตรัมได้:
ระยะเวลาการเจริญเติบโตทางโภชนาการ: อัตราส่วนของแสงสีแดงต่อแสงสีน้ำเงินคือ 3:1 ซึ่งช่วยให้ใบเจริญเติบโตได้
ระยะเวลาการเจริญเติบโตของการสืบพันธุ์: เพื่อให้พืชเบ่งบาน ให้เพิ่มปริมาณแสงสีแดงไกลเป็น 15%
ในช่วงที่ผลไม้บวม ให้เพิ่มปริมาณแสงสีแดงเป็น 70% และทำให้น้ำตาลเปลี่ยนแปลงได้ง่ายขึ้น
โรงงานโรงงาน Mirai ในญี่ปุ่นใช้การควบคุมสเปกตรัมหลายชั้นเพื่อเพิ่มปริมาณ VC ของผักกาดหอมเป็น 1.8 เท่าของการปลูกด้านนอก และลดวงจรการผลิตลง 20%
3 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ความแตกต่างหลักใน-ต้นทุนการดำเนินงานระยะยาว
1. การจัดการประสิทธิภาพความร้อนและแสง
ไฟ LED: มีประสิทธิภาพการแปลงแสงแบบไฟฟ้า-ประมาณ 60% และไม่สร้างความร้อนมากนัก ดังนั้นจึงอาจวางไว้ใกล้กับทรงพุ่มของต้นไม้ (10–30 ซม.) เพื่อทำให้ความเข้มของแสงต่อหน่วยพื้นที่แข็งแกร่งขึ้น 3–5 เท่า
แสงการเจริญเติบโตของพืชปกติ:
หลอดไฟ HPS: เนื่องจากใช้งานได้เพียง 30% จึงต้องปล่อยความร้อนจำนวนมากผ่านระบบปรับอากาศ ซึ่งทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น 40%
หลอดฟลูออเรสเซนต์: ประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 50% แต่สเปกตรัมจะกระจายออกไป คุณจึงจำเป็นต้องใช้หลอดไฟมากกว่าหนึ่งหลอดในการทำงานให้เสร็จ
2. วิเคราะห์ต้นทุนของวงจรชีวิต
ตัวอย่างเช่น ฟาร์มแนวตั้งในเซินเจิ้น:
ระบบ LED: ค่าใช้จ่ายเดิมค่อนข้างมาก แต่การใช้พลังงานต่อปีเพียง 120,000 kWh และค่าบำรุงรักษามีราคาถูก
ระบบ HPS มีต้นทุนเริ่มต้นเพียงเล็กน้อย แต่ใช้พลังงาน 280,000 kWh ในแต่ละปี และจำเป็นต้องเปลี่ยนหลอดไฟทุกๆ สองปี ซึ่งทำให้ต้นทุนรวมสูงมาก
ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ของระบบ LED ต่ำกว่าระบบ HPS ถึง 35% ในระยะเวลา 5 ปี และพื้นที่ที่ใช้นั้นมากกว่า 8 เท่า
4 การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม: การย้ายจากห้องปฏิบัติการไปสู่การตั้งค่าการผลิตเชิงพาณิชย์
1. โรงงานโรงงาน : มาตรฐานในการทำสิ่งของในโรงงาน
Sky Greens ในสิงคโปร์ใช้ชั้นวางต้นไม้สามมิติ-รูปทรง-ที่มีแถบไฟ LED ในแต่ละชั้นซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นมุมต่างๆ ได้ เวลา "แสงสีแดงตอนเช้า + แสงสีฟ้าตอนบ่าย"-แนวทางการแบ่งปันแสงสว่างช่วยเพิ่มผลผลิตผักใบเขียวต่อหน่วยพื้นที่ได้สี่เท่า และลดการใช้น้ำได้ถึง 92%
2. การทำฟาร์มแนวตั้ง: การเปลี่ยนแปลงวิธีการใช้พื้นที่ของเมือง
มีการใช้ระบบการเพาะปลูก LED หลายชั้น-ในโครงการในดูไบที่ซึ่งน้ำขาดแคลน เทคนิคนี้ใช้น้ำเพียง 2.5 ลิตรต่อผัก 1 กิโลกรัม ซึ่งประหยัดน้ำได้ 98% เมื่อเทียบกับฟาร์มแบบเดิม นอกจากนี้ยังใช้การควบคุมสเปกตรัมแบบไดนามิกเพื่อให้การผลิตดำเนินต่อไปได้ตลอดทั้งปี
3. การทำสวนที่บ้าน: ทำให้การปลูกพืชส่วนบุคคลเป็นที่นิยมมากขึ้น
ผลิตภัณฑ์ซีรีส์ AeroGarden มีไฟ LED สีแดง น้ำเงิน และขาวที่สามารถควบคุมได้โดยแอป วิธีนี้สามารถลดวงจรการเจริญเติบโตของต้นวานิลลาได้ถึง 30% และทำให้การปลูกบนระเบียงมีประสิทธิภาพมากขึ้นถึงห้าเท่า
4. ปัญหาและการใช้-ไฟ LED แบบเก่า
ไฟ LED สากลอาจทำให้ระยะเวลาการออกดอกของดอกเบญจมาศล่าช้าไป 7 วัน เนื่องจากสเปกตรัมได้รับการแก้ไขแล้ว ในขั้นตอนของการปลูกต้นกล้าผักกาดหอมซึ่งจำเป็นต้องหยุดการยืดตัวของลำต้น ไฟ LED ที่ไม่มีการควบคุมแสงสีแดงไกลมีแนวโน้มที่จะเติบโตมากเกินไปและทำให้ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ลดลง
