1. การควบคุมระดับควอนตัม-ของการสังเคราะห์ด้วยแสง: การทำงานร่วมกันของตัวรับสีแดง น้ำเงิน และแสง
คลอโรพลาสต์เป็นส่วนของพืชที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง พวกมันดูดซับและเปลี่ยนคลื่นแสงบางชนิด การศึกษาระบุว่าประสิทธิภาพการดูดซึมของคลอโรฟิลล์ a/b จะเพิ่มขึ้นสูงสุดในสเปกตรัมแสงสีแดง 660 นาโนเมตรและสีน้ำเงิน 450 นาโนเมตร ในขณะที่แคโรทีนอยด์จะช่วยเพิ่มการดูดซึมแสงสีน้ำเงินม่วง 400-500 นาโนเมตร การตั้งค่าสเปกตรัมโดยธรรมชาตินี้ทำให้เทคโนโลยี LED มีกรอบเวลาที่เฉพาะเจาะจงมากสำหรับการแทรกแซง
วิธีหลักในการทำงานของไฟ LED จากโรงงานคือการทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมเม็ดสีที่ไวต่อแสงและ cryptochrome ไฟโตโครมควบคุมเวลาที่เมล็ดงอก เมื่อดอกไม้บาน และเมื่อนาฬิกาชีวิตเปลี่ยนแปลงโดยการตรวจจับแสงสีแดงที่ 660 นาโนเมตร และแสงสีแดงไกลที่ 730 นาโนเมตร ตัวอย่างเช่น เรือนกระจกในมองโกเลียในให้-พืชในเวลากลางวันสั้นได้รับแสงเพิ่มขึ้น 4 ถึง 6 ชั่วโมงในแต่ละวัน (200 μ mol/m ² · s) ในวันที่มืดครึ้มและมีหิมะตก สิ่งนี้จะทำลายการพักตัวของพวกมันโดยการขยายการฉายรังสีแสงสีแดง ซึ่งทำให้การผลิตแตงกวาเพิ่มขึ้น 25% เมื่อเทียบกับแนวโน้มดังกล่าว คริปโตโครมทำปฏิกิริยากับแสงสีน้ำเงินและอัลตราไวโอเลต ซึ่งจะเปลี่ยนการเปิดและปิดของปากใบและนาฬิกาชีวภาพ ฐานดอกไม้ยูนนานใช้การควบคุมแสงสีฟ้าเพื่อทำให้ก้านกุหลาบหนาขึ้น 20% และหยุดการยืดตัวของไฮโปโคทิล ซึ่งทำให้พืชที่มีใบ (เช่น ใบผักกาดหอม) หนาขึ้น 15% และทำให้พืชมีรูปร่างที่กะทัดรัด
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของสูตรแสงแบบไดนามิกช่วยเพิ่มความสามารถในการควบคุมนี้ Shouguang มณฑลซานตง ใช้ไฟ LED ที่มีแสงสีแดง 80% ในการปลูกมะเขือเทศ สิ่งนี้จะเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสง 50% และผลผลิต 14% ถึง 30% แต่สูตรผสมสีสำหรับผักกาดหอมใบของ Xinnuofei ได้เพิ่มปริมาณแอนโทไซยานินในผักกาดหอมใบแดง 2.3 เท่า ลดปริมาณไนเตรตลง 41% และเพิ่มอายุการเก็บรักษา 6 วันโดยการเปลี่ยนอัตราส่วนสเปกตรัมก่อนเก็บเกี่ยว การเปลี่ยนแปลงจาก "การจัดหาพลังงาน" เป็น "การเขียนโปรแกรมทางสัณฐานวิทยา" นี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี LED ได้มาถึงขั้นตอนการควบคุมที่แม่นยำในระดับโมเลกุลแล้ว
2. การปฏิวัติประสิทธิภาพพลังงาน: ก้าวกระโดดจากการใช้พลังงานจำนวนมากไปสู่การสร้างคาร์บอนเพียงเล็กน้อย
ประโยชน์หลักของไฟโรงงาน LED คือใช้พลังงานในลักษณะที่ก่อกวนมาก ข้อมูลเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าระบบ LED มีประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกที่ 40% ซึ่งหมายความว่าหลอดไฟเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยกว่าหลอดโซเดียมความดันสูง-ถึง 75% และใช้งานได้นานกว่า 30,000 ชั่วโมง สำหรับเรือนกระจกขนาด 50 เอเคอร์ ราคาของอุปกรณ์อยู่ระหว่าง 40,000 ถึง 60,000 หยวน และอัตราส่วนไฟฟ้าส่งคืนมากกว่า 1:5 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นนี้มีส่วนรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมโดยตรง ภายในปี 2574 ตลาดไฟ LED สำหรับพืชทั่วโลกคาดว่าจะมีมูลค่ามากกว่า 4.99 พันล้านดอลลาร์ โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 21% ในประเทศจีน
กุญแจสำคัญในการทำให้การใช้พลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้นคือความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการจัดการระบายความร้อน เมื่อคุณใช้หลอดโซเดียมความดันสูง-ทั่วไป พลังงานที่ปล่อยออกมา 65% จะกลายเป็นความร้อน ซึ่งหมายความว่าคุณต้องมีระบบทำความเย็นแยกต่างหากเพื่อรักษาอุณหภูมิในห้อง ไฟ LED สำหรับโรงงานมีโครงอะลูมิเนียมกระจายความร้อน- และโครงสร้างกันน้ำระดับ IP65 อุณหภูมิใบมีดเพิ่มขึ้นเพียง 2-3 องศา จึงไม่เสี่ยงต่อการเกิดแผลไหม้จากความร้อน คุณลักษณะการปล่อยความร้อนต่ำในฟาร์มแนวตั้งในทะเลทรายของดูไบช่วยลดช่องว่างระหว่างชั้นของชั้นวางปลูกหลาย-เป็น 30 ซม. ผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่เป็น 350 เท่าของพื้นที่เกษตรกรรมปกติ
ความสำคัญทางเศรษฐกิจของความยืดหยุ่นทางสเปกตรัมได้รับการเน้นย้ำเพิ่มเติม LED สเปกตรัมเต็มรูปแบบใช้เทคโนโลยีการเคลือบฟลูออเรสเซนต์เพื่อเลียนแบบแสงแดดทั้งหมด ซึ่งรวมถึงแสงยูวี (280–400 นาโนเมตร) และแสงอินฟราเรด- (720–1000 นาโนเมตร) ซึ่งสามารถควบคุมการสะสมของสารทุติยภูมิของพืช เช่น จินเซนโนไซด์และแอนโทไซยานิน ซีรีส์ Philips GreenPower ตั้งค่าแสงสีแดงและสีน้ำเงินในปริมาณที่แตกต่างกันสำหรับต้นกล้ามะเขือเทศในระยะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน ผลผลิตของกลุ่มทดลองสูงกว่ากลุ่มควบคุมเกือบสองเท่า และระดับไลโคปีนและวิตามินซีก็สูงกว่ามาก
3. การปรับโครงสร้างอุตสาหกรรม: การย้ายจากห้องทดลองไปสู่ตลาดโลก
ไฟ LED ของพืชกำลังเปลี่ยนแปลงห่วงโซ่อุตสาหกรรมการเกษตรเนื่องจากคุณประโยชน์ทางเทคโนโลยี ตลาดโคมไฟเจริญเติบโตของพืชในจีนมีมูลค่ามากกว่า 1.6 พันล้านหยวนในปี 2565 และจำนวนหน่วยที่จำหน่ายได้ 15.141 ล้านหน่วย เพิ่มขึ้น 19.09% จากปีก่อน เทคโนโลยี LED กำลังก้าวข้ามข้อจำกัดด้านพื้นที่ ทำให้สามารถนำไปใช้งานได้มากขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อส่องสว่างในเรือนกระจก โรงงานปลูกต้นไม้ และแม้แต่ระบบนิเวศพื้นที่สำหรับการเพาะปลูกในอวกาศ ยังสามารถนำมาใช้สร้างฟาร์มระเบียงสำหรับทำสวนในบ้านได้อีกด้วย
ตัวอย่างที่ดีของการปฏิวัติประสิทธิภาพคือฟาร์มแนวตั้ง AeroFarms ในสหรัฐอเมริกาใช้ระบบลดแสงอัจฉริยะที่เปลี่ยนอัตราส่วนสเปกตรัมตามระยะการเจริญเติบโตของพืช ตัวอย่างเช่น ในระหว่างระยะต้นกล้า ปริมาณแสงสีน้ำเงินจะเพิ่มขึ้นเป็น 30% และในช่วงระยะออกดอก ปริมาณแสงสีแดงจะเพิ่มขึ้นเป็น 85% การจัดการที่แม่นยำนี้ช่วยลดรอบการเติบโตของผักกาดหอมลงครึ่งหนึ่งถึง 40% ใช้น้ำมากขึ้น 90% และได้รับผลผลิตเพิ่มขึ้น 5 เท่าต่อหน่วยพื้นที่ของการปลูกแบบมาตรฐาน
การแข่งขันในตลาดส่งออกด้านเทคโนโลยีก็รุนแรงเช่นกัน บริษัทจีนอย่าง Yaorong Technology ได้สร้างชื่อให้กับตัวเองในตลาดทั่วโลกด้วยต้นทุนค่าแรงที่ต่ำและความสามารถในการวิจัยและพัฒนาอย่างมืออาชีพ ผลิตภัณฑ์ของบริษัทได้รับการรับรองทั้ง EU CE และ US UL การส่งออกคิดเป็น 65% ของรายได้โดยรวมของบริษัท ในอเมริกาเหนือ 85% ของผู้ปลูกกัญชาที่ถูกกฎหมายได้เปลี่ยนมาใช้ระบบ LED ซึ่งลดต้นทุนด้านพลังงานลง 62% และเพิ่มระดับ THC ขึ้น 18%
