1. Teknisk princip: LED-plantelysene har et problem med "koldt" og "varmt."
De vigtigste fordele ved LED plantelys er, at de er meget nøjagtige med hensyn til farve og bruger mindre energi. Planter bruger for det meste rødt lys (620-680nm) og blåt lys (430-460nm) til fotosyntese. LED-lys, på den anden side, fokuserer energi på planteabsorptionsspidsområdet ved at bruge en rød lyschip (660nm) og en blå lyschip (460nm). LED'er er meget mere effektive til at omdanne lys til elektricitet end HPS-lamper, som kun udfører 30% af arbejdet. På grund af dette kaldes det en "kold lyskilde." Dens overfladetemperatur er normalt under 50 grader, og når den er tæt på knivene (20-50 cm), vil den ikke brænde dem. Andelen af lysenergiforbrug er så høj som 95 %, selvom HPS-lamper kun bruger 35 %.
Udtrykket "kold lyskilde", på den anden side, kan få det til at virke som om det er mere kompliceret at håndtere sin varme, end det er. Selvom LED'er ikke afgiver meget varme direkte, afgiver de ikke desto mindre omkring 20% af spildvarmen, når de omdanner elektrisk energi til lys. For eksempel har et 12-watt LED-lys en effekt på omkring 10 watt, og omkring 8 watt ville blive omdannet til varme. Hvis varmeafledningsdesignet ikke er godt nok (f.eks. hvis der ikke er brugt nok aluminium, eller den termiske ledningsevne er svag), kan lampens overfladetemperatur komme over 65 grader, hvilket vil få varme til at opbygge sig i nogle områder og forkorte lyskildens levetid og stabilitet. Derudover kan LED'ernes "kolde" egenskaber gøre drivhusets varmetab værre om vinteren, når temperaturerne er lave i nord. Det betyder, at der skal mere varme til for at holde temperaturen på afgrøderne i vækst.
2. Praktisk brug: en plan for LED og HPS til at arbejde sammen for at give ekstra lys
Som svar på LED's "kolde" sværhedsgrad har industrien set på en måde, hvorpå LED- og HPS-lamper kan arbejde sammen for at give ekstra lys, hvilket har ført til forbedringer i både belysning og temperatur. I nordlige drivhuse er varmen produceret af HPS-lamper et "nøgleboost". Den varme, de afgiver, mens de er tændt, kan hæve temperaturen inde i drivhuset, samtidig med at den afgiver ekstra lys, som skærer ned på mængden af energi, der skal bruges til opvarmning. LED-lys bruger samlet set mindre energi, hvilket holder omkostningerne nede. For eksempel, i et drivhus i Shouguang, Shandong, der dyrker tomater, ved at bruge både LED- og HPS-lys til ekstra lys reducerede vækstcyklussen med 5-7 dage, hævede produktionen med 15-20%, hævede sukkerindholdet i frugten med 1-2 procentpoint og gjorde farven lysere. Ved dyrkning af jordbær kan varmen fra HPS og det nøjagtige røde og blå lys fra LED øge frugtbindingshastigheden med mere end 20 %, den gennemsnitlige frugtvægt med 10 % og den tid, det tager for frugten at modne, hvilket gør det nemmere at plukke og sælge.
Den videnskabelige validitet af denne samarbejdsmetode er forankret i dens nøjagtige tilpasning til afgrødekravene. LED-lys kan ændre spektret: Bladgrøntsager har brug for 30 % blåt lys for at lave klorofyl, blomster og frugter har brug for 70 % rødt lys for at fremskynde kulhydratophobningen, og lægeplanter har brug for 10 % ultraviolet lys for at øge indholdet af sekundært metabolit. Varmetilskuddet i HPS-lamper er beregnet til at fungere i den kolde nordlige vinter, hvor LED-lys alene måske ikke er varme nok. For eksempel bruger den integrerede lyslagerfabrik i Ulan Buh-ørkenen, Indre Mongoliet, en kombination af LED og jordvarmepumpe til at lagre 42 kg kuldioxid pr. kvadratmeter hvert år og spare energiudgifter med 40 %.
3. Kontrol af temperaturen: en separat måde at forbedre LED plantelys på
Selv når HPS-lyshjælp ikke er nødvendig, kan LED-plantelys stadig få perfekt temperaturkontrol gennem teknologiske forbedringer. De vigtigste dele af dens strategi er:
Forbedring af designet til varmeafledning: Lampens overfladetemperatur holdes under 50 grader ved at bruge materialer med fremragende varmeledningsevne (såsom kobbersubstrater) og varmeafledningsfinstrukturer. For eksempel bruger Philips GrowWise-systemet væskekølingsteknologi til at få LED-chips til at holde 50.000 timer længere og mindsker virkningerne af termisk stråling på afgrøder.
En smart måde at styre lysene på: Ved hjælp af sensorer og IoT-teknologi ændrer den automatisk lysets intensitet og spektrale forhold afhængigt af afgrødevækststadiet og omgivelsernes temperatur. Den "Justerbare Spectrum LED Tissue Culture Lamp" lavet af Nanjing Agricultural University, for eksempel, holder øje med temperaturen i drivhuset i realtid gennem en skyplatform. Den sænker automatisk mængden af blåt lys, når temperaturen falder til under 15 grader (absorptionshastigheden for blåt lys falder, når temperaturen falder) og hæver mængden af rødt og langt rødt lys (730 nm) for at hjælpe afgrøder med at udtrykke kulde-resistente gener.
Belysningsarrangement ved hjælp af lag: I en lodret gård sættes LED-lysstrimler over hvert dyrkningsstativ, og afstanden mellem lagene er kun 0,8 meter. Lagdelt temperaturkontrol udnytter området bedst muligt. For eksempel bruger det øverste lag af det intelligente dyrkningskammer til Phalaenopsis på Yuntai Farm i Lianyungang høj-rødt lys (800 μ mol/m ²/s) for at tilskynde til blomstring, mens det nederste lag bruger blåt lys med lav-intensitet (300 μs/s mol/m) til at vokse ² frø. Et klimaanlæg holder temperaturen på hvert lag på henholdsvis 25 grader og 20 grader. Dette forkorter blomstringscyklussen med 15 dage.
