1. การควบคุมคุณภาพแสง: ฝ่าฝืนรหัสไฟโรงงาน
พืชค่อนข้างจู้จี้จุกจิกเกี่ยวกับวิธีการใช้แสง พืชสามารถดูดซับแสงที่มองเห็นได้ในช่วง 400–700 นาโนเมตร (ซึ่งสร้างรังสีดวงอาทิตย์ประมาณ 43%–52.5%) เพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสง จุดดูดกลืนแสงหลักคือแสงสีแดง (610–720 นาโนเมตร) และแสงสีน้ำเงิน (400–510 นาโนเมตร) ไฟโรงงาน LED ใช้ความสามารถโฟโตอิเล็กทริกของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อส่งแสงออกมาเพียงสีเดียวในแต่ละครั้ง นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมสเปกตรัมอย่างละเอียดได้ด้วยการรวมชิปเข้าด้วยกัน
แสงสีแดง 660 นาโนเมตรสามารถเปิดใช้เม็ดสีที่ไวต่อแสงของพืช ซึ่งช่วยให้พืชสร้างคลอโรฟิลล์มากขึ้นและกักเก็บคาร์โบไฮเดรตได้มากขึ้น เมื่อปริมาณแสงสีแดงในต้นมะเขือเทศสูงถึง 60% ปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้ของผลไม้จะเพิ่มขึ้น 18% และปริมาณวิตามินซีจะเพิ่มขึ้น 25% การศึกษาจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์นานกิงพบว่าส่วนก้านดอกเบญจมาศสามารถหยั่งรากได้ 100% เมื่อสัมผัสกับแสงสีแดง ซึ่งมีรากมากกว่าเมื่อสัมผัสกับแสงธรรมชาติถึง 40%
กฎสำหรับแสงสีฟ้า: แสงสีน้ำเงิน 450 นาโนเมตรเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในการสร้างคลอโรฟิลล์ รวมถึงการเจริญเติบโตของลำต้นและใบ ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสีฟ้า 30% ใบผักกาดหอมจะมีคลอโรฟิลล์เพิ่มขึ้น 22% และก้านของผักกาดหนาขึ้น 15% แสงสีฟ้ายังสามารถหยุดการเจริญเติบโตของพืชมากเกินไป ทำให้มีขนาดเล็กลง และช่วยให้ต้นไม้ใช้พื้นที่ได้ดีขึ้น
แสงสีแดงไกลขนาด 730 นาโนเมตรทำงานร่วมกับสารไวแสงของพืช B (PhyB) เพื่อปรับการยืดตัวของเซลล์และเวลาในการบาน การเพิ่มแสงสีแดงไกล 10% ให้กับต้นสตรอเบอร์รี่สามารถทำให้ปล้องของลำต้นคืบคลานสั้นลง 20% และเร่งการสุกของผลไม้ได้ 5 วัน
การจำลองสเปกตรัมเต็มรูปแบบ:- ระบบ LED ระดับไฮเอนด์สามารถคัดลอกสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ได้ ซึ่งรวมถึงแสงอัลตราไวโอเลต (380–400 นาโนเมตร) และแสงอินฟราเรด (700–1000 นาโนเมตร) พืชสามารถสร้างสารทุติยภูมิได้มากขึ้น รวมถึงไลโคปีนและแอนโทไซยานิน เมื่อสัมผัสกับแสงยูวี แสงอินฟราเรดช่วยให้พืชหายใจและอยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสม
2. การควบคุมความเข้มของแสงและช่วงแสง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตรงตามความต้องการในการพัฒนา
ในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช จะมีจุดการชดเชยแสง (โดยที่อัตราการสังเคราะห์แสงเท่ากับอัตราการหายใจ) และจุดความอิ่มตัวของแสง (โดยที่อัตราการสังเคราะห์แสงจะไม่เพิ่มขึ้นเมื่อมีแสงมากขึ้น) ระบบ LED ใช้เทคโนโลยีการหรี่แสงอัจฉริยะเพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการของพืชในระยะการเจริญเติบโตต่างๆ โดยอัตโนมัติ
ในระหว่างระยะต้นกล้า ให้ใช้แสงสีน้ำเงิน 40% และแสงสีแดง 50% ผสมกันเพื่อช่วยให้รากงอกและใบขยายตัว ที่ฟาร์ม Yuntai ใน Lianyungang ในห้องเพาะปลูกอัจฉริยะสำหรับกล้วยไม้ฟาแลนนอปซิส ไฟเสริม LED ช่วยลดเวลาในการรากของเนื้อเยื่อ-ต้นกล้าที่เพาะเลี้ยงได้ 7 วัน และเพิ่มอัตราของต้นกล้าคุณภาพสูง-ได้ 30%
ในช่วงการเจริญเติบโตของสารอาหาร ให้เพิ่มปริมาณแสงสีแดง (60%–70%) เพื่อเร่งการสังเคราะห์แสงในใบ สูตรสเปกตรัมนี้ทำให้วงจรการเติบโตของผักกาดหอมในโรงงานสั้นลงจาก 60 วันเหลือ 45 วัน และเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่ได้ 40%
ระยะเวลาการเจริญเติบโตของการสืบพันธุ์: หากต้องการให้พืชออกดอก ให้เปลี่ยนอัตราส่วนของสีแดงเป็นแสงสีแดงไกล (5:1) เพื่อป้องกันไม่ให้พวกมันเติบโตมากเกินไป ให้เพิ่มแสงสีน้ำเงิน ข้อเสนอนี้ทำให้ปริมาณน้ำตาลในสตรอเบอร์รี่เพิ่มขึ้น 15% และเลื่อนเวลาของตลาดไปข้างหน้า 10 วัน
กฎระเบียบของวงจรโฟโตไซเคิล: ใช้ตัวจับเวลาเพื่อให้เวลาออกดอกของพืชเป็นไปตามวงจรวงจรชีวิต ภายใต้สภาวะแสง 12 ชั่วโมงและความมืด 12 ชั่วโมง พืชที่มีวันสั้น เช่น ดอกเบญจมาศจะบานเร็วกว่าในสภาพแวดล้อมดั้งเดิมถึง 20 วัน
3. ระบบควบคุมอัจฉริยะ: สร้างสภาพแวดล้อมที่สว่างแบบปิด-
ระบบไฟ LED ในโรงงานใหม่ใช้เซ็นเซอร์ IoT, อัลกอริธึม AI และแอคทูเอเตอร์เพื่อควบคุมสภาพแวดล้อมของแสงในวงปิด
ชั้นการรับรู้ด้านสิ่งแวดล้อม: ใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมแสง (เพื่อวัด PPFD) เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม และอุปกรณ์ในการตรวจสอบฟีโนไทป์ของพืชเพื่อรับข้อมูลแบบเรียลไทม์-เกี่ยวกับความเข้มของแสง การกระจายสเปกตรัม และปัจจัยการเจริญเติบโตของพืช
เลเยอร์สำหรับการตัดสินใจ: อัลกอริธึม AI เปลี่ยนสูตรสเปกตรัมและระยะเวลาแสงแบบเรียลไทม์ตามแบบจำลองการเจริญเติบโตของพืช เช่น หากความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ในใบมะเขือเทศลดลง ระบบจะเพิ่มปริมาณแสงสีแดงโดยอัตโนมัติและเปิดไฟไว้นานขึ้น
ชั้นผู้บริหาร: การใช้โมดูลไดรเวอร์ LED แบบหรี่แสงได้เพื่อลดแสงแบบ stepless จาก 0% ถึง 100% ในระบบการเพาะปลูกแบบหลาย- คุณสามารถปรับแสงแต่ละชั้นแยกกันเพื่อให้แน่ใจว่าแสงจะสม่ำเสมอ
ทีมงานที่รับผิดชอบด้านการจัดการพลังงาน: ใช้เครื่องผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และอุปกรณ์กักเก็บพลังงานร่วมกันเพื่อใช้พลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุด เขตพัฒนาการเกษตรสมัยใหม่ซุนเฉียวเซี่ยงไฮ้ใช้เทคโนโลยีการจัดเก็บแสงแบบบูรณาการ ซึ่งลดการใช้พลังงานของระบบ LED ลง 30% และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน 45%
4. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี: จากห้องปฏิบัติการสู่โรงงาน
ไฟโรงงาน LED มีการเปลี่ยนแปลงสามวิธีตลอดเวลา:
รุ่นแรก (พ.ศ. 2543-2553) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฟ LED สีแดงและสีน้ำเงินที่ทำงานได้ในสีเดียวเท่านั้น มีประสิทธิภาพแสงประมาณ 50lm/W และไม่ตรงกับสเปกตรัมมากนัก ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับกิจกรรมการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
รุ่นที่สอง (2010–2020): สร้างไฟ LED รวมกันหลาย-ความยาวคลื่นที่มีประสิทธิภาพแสงดีกว่า (150 ลูเมน/วัตต์) มีคุณลักษณะการหรี่แสงอัจฉริยะ และเริ่มใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเรือนกระจก
รุ่นที่สาม (ปี 2020 ถึงปัจจุบัน): ประสิทธิภาพแสงได้เกินกว่า 250 ลูเมน/วัตต์ ต้องขอบคุณ LED ควอนตัมดอทและวัสดุเพอร์รอฟสไกต์ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมแบบไดนามิกได้เต็มรูปแบบ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์หนานจิงผลิตโคมไฟเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ LED ซึ่งใช้งานได้นาน 50,000 ชั่วโมง ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์ถึง 69.7% และจ่ายไฟเองใน 1.5 ปี
5. กรณีการใช้งาน: การปรับปรุงการผลิตทางการเกษตร
ฟาร์ม Lianyungang Yuntai ใช้ไฟต้นไม้ LED ในชั้นวางปลูกสามมิติ 10- ชั้น ทำให้ความหนาแน่นในการปลูกฟาแลนนอปซิสสูงขึ้นสามเท่า ผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่สูงกว่าเรือนกระจกมาตรฐานสิบเท่า และใช้น้ำลดลง 90%
เรือนกระจก Xiaotangshan ในกรุงปักกิ่งมีระบบไฟส่องสว่างเสริมโหมดคู่ด้านบน+ระหว่างต้นไม้ที่จะเปิดโดยอัตโนมัติเมื่อความเข้มของแสงลดลงต่ำกว่า 200 μmol/m²/s ซึ่งจะทำให้วงจรการเจริญเติบโตของผักใบเขียวสั้นลง 15 วัน และเป็นไปตามเกณฑ์คุณภาพของสหภาพยุโรป
โครงการสาธิต "Plant Factory 5.0" แห่งแรกของโลกถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัย Wageningen ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ใช้การควบคุมสภาพแวดล้อมด้วยไฟ LED เพื่อปลูกมะเขือเทศได้ 100 กิโลกรัมต่อตารางเมตรต่อปี และใช้พลังงานแสงบนพื้นผิวโลกถึง 92%
