¿Cómo elegir y diseñar luces de cultivo LED?

Como rama importante de la agricultura moderna, el concepto de fábricas de plantas se ha vuelto muy popular. En el entorno de plantación de interior, la iluminación de las plantas es una fuente de energía esencial para la fotosíntesis.Luz LED de cultivo tiene ventajas abrumadoras que las luces suplementarias tradicionales no tienen y seguramente se convertirá en la primera opción para luces principales o suplementarias en grandes aplicaciones comerciales, como granjas verticales e invernaderos.

Las plantas son una de las formas de vida más complejas de este planeta. La plantación de plantas es sencilla, pero difícil y compleja. Además de la iluminación del cultivo, muchas variables se afectan entre sí; equilibrar estas variables es un arte magnífico que los cultivadores deben comprender y dominar. Pero en términos de iluminación de las plantas, todavía hay muchos factores que deben considerarse cuidadosamente.

Primero, comprendamos el espectro del sol y la absorción del espectro por las plantas. Como puede verse en la figura siguiente, el espectro solar es un espectro continuo, en el que los espectros azul y verde son más fuertes que el espectro rojo, y el espectro de luz visible oscila entre 380 y 780 nm. Existen varios factores de absorción clave en el crecimiento de las plantas y los espectros de absorción de luz de varias auxinas clave que afectan el crecimiento de las plantas son significativamente diferentes. Por lo tanto, la aplicación deLuz de crecimiento LEDNo es una cuestión sencilla, pero sí muy específica. Aquí es necesario introducir los conceptos de los dos elementos fotosintéticos de crecimiento vegetal más importantes.

La fotosíntesis de las plantas se basa en la clorofila del cloroplasto de las hojas, que es uno de los pigmentos más importantes relacionados con la fotosíntesis. Existe en todos los organismos que pueden crear la fotosíntesis, incluidas las plantas verdes y las plantas procarióticas. Algas verdiazules (cianobacterias) y algas eucariotas. La clorofila absorbe la energía de la luz y sintetiza dióxido de carbono y agua en hidrocarburos.

La clorofila a es de color azul verdoso y absorbe principalmente la luz roja; La clorofila B es de color amarillo verdoso y absorbe principalmente luz azul violeta. Principalmente para distinguir las plantas de sombra de las de sol. La proporción de clorofila b y clorofila a de las plantas de sombra es pequeña, por lo que las plantas de sombra pueden utilizar fuertemente la luz azul y adaptarse al crecimiento en la sombra. Hay dos fuertes absorciones de clorofila a y clorofila b: la región roja con una longitud de onda de 630~680 nm y la región azul violeta con una longitud de onda de 400~460 nm.

Carotenoides (carotenoides) es un término general para una clase de pigmentos naturales importantes, que se encuentran comúnmente en pigmentos amarillos, rojo anaranjado o rojos en animales, plantas superiores, hongos y algas. Hasta ahora se han descubierto más de 600 carotenoides naturales. Los carotenoides producidos en las células vegetales no solo absorben y transfieren energía para ayudar a la fotosíntesis, sino que también tienen la función de proteger a las células para que no sean destruidas por moléculas de oxígeno excitadas con enlaces de un solo electrón. La absorción de luz de los carotenoides cubre el rango de 303~505 nm. Proporciona el color de los alimentos y afecta la ingesta de alimentos por parte del cuerpo humano; en algas, plantas y microorganismos su color no puede presentarse porque está cubierto por clorofila.

En el proceso de diseño y selección deluces LED de cultivo, hay varios malentendidos que deben evitarse, principalmente en los siguientes aspectos.

1. La relación entre la longitud de onda roja y azul de la longitud de onda de la luz.

Como las dos principales regiones de absorción para la fotosíntesis de dos plantas, el espectro emitido porLuz de crecimiento LEDdebe ser principalmente luz roja y luz azul. Pero no se puede medir simplemente por la proporción entre el rojo y el azul. Por ejemplo, la proporción de rojo a azul es 4:1, 6:1, 9:1, etc.

Hay muchas especies de plantas diferentes con hábitos diferentes, y las diferentes etapas de crecimiento también tienen diferentes necesidades de enfoque de luz. El espectro necesario para el crecimiento de las plantas debe ser un espectro continuo con una determinada anchura de distribución. Obviamente, es inapropiado utilizar una fuente de luz compuesta por dos chips de longitud de onda específica, rojo y azul, con un espectro muy estrecho. En experimentos, se descubrió que las plantas tienden a ser amarillentas, los tallos de las hojas son muy ligeros y los tallos de las hojas son muy delgados. Se han realizado una gran cantidad de estudios sobre la respuesta de las plantas a diferentes espectros en países extranjeros, como el efecto de la parte infrarroja en el fotoperiodo, el efecto de la parte amarillo-verde en el efecto de sombra y el efecto de la parte violeta sobre la resistencia a plagas y enfermedades, nutrientes, etc.

En aplicaciones prácticas, las plántulas suelen quemarse o marchitarse. Por lo tanto, el diseño de este parámetro debe diseñarse de acuerdo a la especie de planta, ambiente y condiciones de crecimiento.

2. Luz blanca ordinaria y espectro completo.

El efecto de luz "visto" por las plantas es diferente al del ojo humano. Nuestras lámparas de luz blanca de uso común no pueden reemplazar la luz solar, como los tubos de luz blanca de tres primarios ampliamente utilizados en Japón, etc. El uso de estos espectros tiene cierto efecto en el crecimiento de las plantas, pero el efecto no es tan bueno como la fuente de luz hecha por LED. .

Para los tubos fluorescentes con tres colores primarios comúnmente utilizados en años anteriores, aunque se sintetiza el blanco, los espectros rojo, verde y azul están separados, el ancho del espectro es muy estrecho y la parte continua del espectro es relativamente débil. Al mismo tiempo, la potencia sigue siendo relativamente grande en comparación con los LED, entre 1,5 y 3 veces el consumo de energía. El espectro completo de LED diseñados específicamente para la iluminación del cultivo de plantas optimiza el espectro. Aunque el efecto visual sigue siendo blanco, contiene importantes partes luminosas necesarias para la fotosíntesis de las plantas.

3. Parámetro de intensidad de iluminación PPFD

La densidad de flujo de fotosíntesis (PPFD) es un parámetro importante para medir la intensidad de la luz en las plantas. Puede expresarse mediante cuantos de luz o energía radiante. Se refiere a la densidad de flujo radiante efectiva de la luz en la fotosíntesis, que representa el número total de cuantos de luz que inciden en los tallos de las hojas de las plantas en el rango de longitud de onda de 400 a 700 nm por unidad de tiempo y unidad de área. La unidad esμE·m-2·s-1 (μmoleseseses·m-2·s-1). La radiación fotosintéticamente activa (PAR) se refiere a la radiación solar total con una longitud de onda en el rango de 400 a 700 nm.

El punto de saturación de compensación de luz de las plantas, también llamado punto de compensación de luz, significa que el PPFD debe ser mayor que este punto, su fotosíntesis puede ser mayor que la respiración y el crecimiento de las plantas es mayor que el consumo antes de que las plantas puedan crecer. Diferentes plantas tienen diferentes puntos de compensación de luz y no se puede considerar simplemente que se alcanza un índice determinado, como un PPFD superior a 200.μmoleseseses·m-2·s-1.

La intensidad de la luz reflejada por el medidor de iluminancia utilizado en el pasado es el brillo, pero debido a que el espectro de crecimiento de las plantas cambia debido a la altura de la fuente de luz de la planta, la cobertura de la luz y si la luz puede pasar a través del hojas, etc., se utiliza como luz al estudiar la fotosíntesis. Los indicadores sólidos no son lo suficientemente precisos y ahora se utiliza principalmente el PAR.

Generalmente, planta positiva PPFD > 50μmoleseseses·m-2·s-1 puede iniciar el mecanismo de fotosíntesis; mientras que la planta de sombra PPFD solo necesita 20μmoleseseses·m-2·s-1. Por lo tanto, al instalar la luz LED para plantas, puede instalarla y configurarla de acuerdo con este valor de referencia, elegir la altura de instalación adecuada y lograr el valor PPFD ideal y la uniformidad en la superficie de la hoja.

4. Fórmula ligera

Light formula es un nuevo concepto propuesto recientemente, que incluye principalmente tres factores: calidad de la luz, cantidad de luz y duración. Simplemente comprenda que la calidad de la luz es el espectro más adecuado para la fotosíntesis de las plantas; la cantidad de luz es el valor PPFD apropiado y la uniformidad; La duración es el valor acumulativo de la irradiación y la relación entre el día y la noche. Los agricultores holandeses han descubierto que las plantas utilizan la proporción entre la luz infrarroja y la luz roja para juzgar los cambios del día y la noche. La proporción de infrarrojos aumenta significativamente al atardecer y las plantas responden rápidamente al sueño. Sin este proceso, las plantas tardarían varias horas en completarlo.

En aplicaciones prácticas, es necesario acumular experiencia mediante pruebas y seleccionar la mejor combinación.