1. Teknisk princip: Design af lyskvalitetsregulering på molekylært niveau
Planter er ret kræsne med, hvordan de bruger lys. Planter kan kun bruge synligt lys mellem 400 og 700 nm (som udgør 43 % til 52,5 % af solstrålingen) til fotosyntese. Rødt lys (610 til 720 nm) og blåt lys (400 til 510 nm) er de vigtigste absorptionstoppe, hvorfor de kaldes for planters "lette gødning". LED plantelys bruger halvledermaterialers fotoelektriske egenskaber til at udsende monokromatisk lys ved bestemte bølgelængder. De bruger også chipkombinationer for at få fin spektrumkontrol.
For eksempel kan rødt lys (660nm) hjælpe planter med at blomstre, dyrke frugt og lave C-vitamin, hvorimod blåt lys (450nm) er det vigtigste lys, der hjælper planter med at lave klorofyl og vokse stængler og blade. Undersøgelser har vist, at i salatdyrkning øger et rødt til blåt lysforhold på 4:1 bladklorofylindholdet med 23% og accelererer væksthastigheden med 18%; På samme måde øger et 5:1-forhold mellem rødt og blåt lys i jordbærdyrkning frugtsukkerindholdet med 15 % og forkorter markedstiden med 10 dage. Desuden kan tilføjelse af langt rødt lys (730nm) ændre længden af planternes internoder. Tilføjelse af UV-lys (380-400nm) kan holde skadedyr og sygdomme væk og øge mængden af sekundære metabolitter.
2. Den største fordel er at gå fra "Energy Black Hole" til "Light Efficiency Revolution."
Højtryksnatriumlamper og metalhalogenlamper er to typer traditionel drivhusbelysning, der har tre store problemer: deres spektre er faste og kan ikke ændres, de afgiver meget varme, og de bruger meget elektricitet. For eksempel omdanner en 1000W højtryksnatriumlampe kun 30 % af sin fotosyntetisk aktive stråling (PAR) til brugbart lys. Det producerer også en masse infrarød termisk stråling, som hæver temperaturen i drivhuset og kræver et ekstra kølesystem. Tre vigtige teknologiske fremskridt har gjort LED-plantelys revolutionerende:
Spektrumtilpasning: Du kan lave et hvilket som helst forhold mellem monokromatisk lys og fuldspektret lys ved at ændre arrangementet af LED-chips. Weizhaoye Optoelectronics' "full cycle spectral scheme" bruger meget blåt lys (40 %) til at hjælpe rødderne med at vokse i frøplantestadiet, en masse rødt lys (60 %) til at hjælpe blade med at vokse under det vegetative vækststadium og en lille smule rødt lys (10 %) til at hjælpe blomster med at blomstre under det reproduktive vækststadium.
Karakteristika for en kold lyskilde: Lyseffektiviteten af LED'er er mere end 200lm/W, og mindre end 5% af varmen går tabt gennem termisk stråling. Der kræves ikke yderligere udstyr til at køle dem ned. LED-systemet på Yuntai Farm i Lianyungangs dyrkningskammer for sommerfugleorkide skærer afstanden mellem lagene fra de sædvanlige 1,5 meter til 0,6 meter og tredobler antallet af planter, der kan dyrkes i et givet område.
Revolution inden for energiforbrug: LED-plantelys er mere end tre gange så gode til at omdanne elektrisk energi til lysenergi end højtryksnatriumlamper. Forskere ved Wageningen University i Holland har fundet ud af, at tilføjelse af LED-lys til tomatfabriksproduktion kan reducere energiforbruget pr. kilogram frugt fra 5,2 kWh til 1,8 kWh og gødningsforbruget med 30 %.
3. Anvendelsesscenarie: komplet kædedækning fra laboratoriet til industrialiseringen
Dyrkning af ting i et drivhus: LED ekstra belysning kan øge agurkeudbyttet med 40 % og tomat-vitamin C-niveauet med 25 % på nordlige steder, hvor der er lavt lys og skygge hele tiden om vinteren. Weizhaoye Optoelectronics designede et supplerende belysningssystem med dobbelt-tilstand til drivhuset i Xiaotangshan, Beijing. Den tænder automatisk, når lysintensiteten falder til under 200 μ mol/m²/s. Dette forkorter bladgrøntsagers vækstcyklus med 15 dage.
Fabrik til planter: LED-systemer bruger fler-lags tre-kultur til at få mest muligt ud af pladsen i et helt kunstigt lysmiljø. Shanghai Sunqiao Modern Agricultural Development Zone anvender en 10-lags lodret planteramme og et avanceret lysmiljøkontrolsystem. Dette lader dem dyrke 10 gange flere afgrøder pr. kvadratfod end standarddrivhuse og bruge 90 % mindre vand.
Forskning og avl: LED'er er gode til plantefotobiologiske undersøgelser, fordi deres spektrumegenskaber kan kontrolleres. Vegetable and Flower Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences brugte en justerbar spektral LED-platform til at teste tomatsorten "Zhongvegetable 606", som kan holde sin fotosyntetiske effektivitet på 85%, selv når lyset kun er 300 μ mol/m ²/s.
Særlig miljøbeplantning: LED-plantelys er nu de vigtigste dele af livsunderstøttende systemer på steder som Antarktis forskningsstationer og rumfartøjer, hvor forholdene er meget barske. Kinas Great Wall Station drivhus i Antarktis bruger et fuldt spektrum LED-system til at dyrke salat og jordbær hele året rundt. Systemet har en fotosynteseeffektivitet på 92 % af Jordens overflade.
