一, Fotobioloogia põhitõed: kuidas taimed LED-valgust "näevad".
Taimed näevad valgust fotosünteetilise pigmendisüsteemi ja valgustundlike pigmentide koosmõju tõttu. Klorofüll a/b neelab valgust kõige paremini 660 nm punase ja 450 nm sinise juures, karotenoidid aga aitavad 480 nm sinisel. See loomulik spektraalne selektiivsus võimaldab LED-tehnoloogial mõjutada taimede kasvu, muutes hoolikalt spektrikomponente.
Tavaliste LED-valgustite (valge LED) spekter on loodud inimese nägemise jaoks, kuid sellel on endiselt sinine valgus (450–470 nm) ja punane valgus (620–660 nm), mida taimed vajavad fotosünteesiks. Uuringud näitavad, et ligikaudu 18–25% valgete LED-ide kiirgavast footoni voost langeb taimede efektiivsesse fotosünteetilise kiirguse spektrisse (400–700 nm). See protsent on madalam kui 80–90% professionaalsete taimelampide puhul, kuid see võib siiski katta minimaalse lisavalguse vajaduse. Näiteks kui sajab vihma või kui sees on vähe valgust, võivad tavalised LED-tuled hoida taimi valguse käes 14–16 tundi päevas. See lühendab roheliste toitude, nagu salat, elutsüklit 15–20%.
2, rakenduse stsenaarium: tüüpiliste LED-tulede valik
1. Lühiajaline-rohkem valgust ja lehtedega taimi
Lehtedega taimede (nt kikkapuu ja chlorophytum comosum) puhul saab lühiajaliste{0}}valgusallikatena kasutada tavalisi LED-tulesid. Katsed on näidanud, et taimede kiiritamine 6 tundi päevas 30 cm kauguselt võib tõsta nende lehtede klorofüllisisaldust 12–15%. Kuid selle pikaajaline (üle kolme kuu) kasutamine võib muuta varred liiga pikaks ja neid tuleks regulaarselt kärpida.
2. Istikute ja rohttaimede kasvatamine
Tehes tehases rohttaimi, nagu idud ja maitsetaimed, võivad tavalised LED-valgustid ja helkurkile kasutada 80% valgusenergiast. Shenzhenis asuv peretalu kasutas modifitseeritud LED-laevalgustit (PPFD väärtus ligikaudu 120 μmol/m²/s), mis tõstis basiiliku seemikute juurdumise määr loomulikus valguses 65%-lt 92%-le. Kuid puuviljakultuuride (nagu tomatite) vilja kandmise määr kasvas vaid 8%, mis on palju vähem kui 35% tõus, mille põhjustas professionaalne taimevalgustus.
3. Avariivalgustus läbi aastaaegade
Põhjapoolsetes piirkondades saab kasvuhoonete valgustamiseks talvel kasutada tavalisi LED-tulesid. Hebei provintsi juurviljabaasis tehtud testid on näidanud, et tavaliste LED-tulede lisamine 4 tunniks päevas, isegi kui ilm on väga halb ja valgust on vähem kui 4 tundi, võib säilitada 78% tavalisest kurgisaagist. Puuviljade C-vitamiini sisaldus on aga 19% madalam kui professionaalsel lisavalgustuse rühmal.
3, tehnilised probleemid: kolm peamist probleemi tavaliste LED-tuledega
1. Tasakaalustamata spektriosad
Roheline valgus (500–570 nm) moodustab tavalistest LED-tuledest 40–50%, kuid taimed neelavad sellest vaid alla 5%. See "ebaefektiivne valgus" mitte ainult ei muuda valgusenergiat vähem kasulikuks, vaid võib termiliste mõjude kaudu tõsta ka lehtede temperatuuri 2–3 kraadi Celsiuse järgi. Selle parandamiseks tuleks lampide vahekaugust suurendada (parim on 40–50 cm).
2. Valguse intensiivsus pole piisav
Professionaalsete taimevalgustite PPFD väärtus võib olla 600–1000 μmol/m ²/s, tavaliste LED-valgustite PPFD väärtus on aga ainult 30 cm kaugusel 80–150 μmol/m ²/s. Põllukultuuride puhul, mis vajavad õitsenguks palju valgust (nt tšillipipar), peavad tavalised LED-tuled põlema kauem kui 12 tundi, et tagada 6 tunni jooksul sama efekt kui professionaalsetel tuledel. See kasutab 2,3 korda rohkem energiat kui professionaalsed tuled.
3. Puudub dünaamiline regulatsioon
Taimede kasvamiseks peab valguse kvaliteet muutuma vegetatiivse kasvufaasi (kui vajatakse 60% sinist valgust) ja reproduktiivse kasvuperioodi (kui on vaja 70% punast valgust) vahel. Tavalistel LED-valgustitel on fikseeritud spekter ja nad ei saa valguse kvaliteeti dünaamiliselt muuta, nagu professionaalsed tuled. See põhjustab "kerge kvaliteediga ebamugavust" sellistes põllukultuurides nagu tomatid, mis tähendab, et varred on toitumise kasvuperioodil nõrgad ja õiepungade ebapiisav diferentseerumine paljunemisperioodil.
4, optimeerimisplaan: plaan tavaliste LED-tulede paremaks töötamiseks
1. Spektri muutmise tehnoloogia
Osa rohelist valgust saab muuta punaseks, pannes LED-helmeste pinnale fluorestseeruva pulbri. Turul on juba komplekte, millega saab tavalisi LED-tulesid muuta nii, et neil oleks 15–30% rohkem punast valgust ja 18% suurem fotosünteesi efektiivsus. Näiteks mahlakate taimede kasvatamisel võivad kohandatud LED-valgustid muuta taimed 25% kompaktsemaks ja lehed 12% paksemaks.
2. Peegeldussüsteemi kokkupanek
Alumiiniumfooliumist reflektorite või hajutatud peegeldavate katetega kasutamisel võib valgusenergia kasutusmäär tõusta 35%-lt 58%-le. Hangzhous läbi viidud kodulabori test näitas, et pärast peegeldussüsteemi kasutamist 1 ㎡ istutusalal on tavaliste LED-valgustite lisavalgus vaid 68% sama hea kui professionaalsete tulede oma, kuid need maksavad vaid 1/5 nii palju.
3. Nutikas juhtimismoodul
Väline valgustundlik andur ja taimer võivad automaatselt muuta valguse hulka ja aega. Näiteks kui ümbritsev valguse tase on alla 2000 luksi, lülitab süsteem LED-i täitetuled etteantud ajaks automaatselt sisse, et vältida valguse summutamist liigse valguse tõttu.
5, Turutrend: kuidas tavalised LED-tuled muutuvad
Kuna tehaste tehased kolivad kodudesse, on tavaliste LED-tulede nn tehasepõhine{0}}vahetus muutunud uueks moeröögatuseks. 2024. aastal lasevad sellised ettevõtted nagu Xiaomi ja Philips välja "täisspektri LED-pirnid". Need pirnid kasutavad mitme -kiibi kombinatsioonitehnoloogiat, et katta kogu 400–700 nm vahemikku, nende PPFD väärtus on 200 μ mol/m ²/s ja need maksavad 60% vähem kui professionaalsed tuled. Selline toode moodustab rõduaianduse turust 32% ja 2025. aastaks prognoositakse üle 50%.
Samal ajal on mooduldisain muutunud oluliseks uueks ideeks. IKEA "Plant Growth Light Bar" saab hõlpsasti lisada praegustele LED-lampidele. Valguse spektrit ja heledust saate muuta mobiilirakendusega, muutes tavalised lambid kohe "targaks taimevalgustiks". See "kergekujulise ümberkujundamise" lähenemine muudab inimestel koduse taimeettevõtte asutamise lihtsamaks.
