1. Valguse kvaliteedi määrus: taimede valguse koodi rikkumine
Taimed on valguse kasutamise osas üsna valivad. Taimed suudavad fotosünteesiks neelata nähtavat valgust ainult vahemikus 400–700 nm (mis moodustab umbes 43–52,5% päikesekiirgusest). Peamised neeldumispiigid on punane valgus (610–720 nm) ja sinine valgus (400–510 nm). LED taimevalgustid kasutavad pooljuhtmaterjalide fotoelektrilisi võimeid, et saata korraga välja ainult ühte värvi valgust. Samuti saavad nad kiipe kombineerides saavutada täpset spektrijuhtimist.
660 nm punane valgus võib lülitada sisse taimede valgustundlikud pigmendid, mis aitab taimedel toota rohkem klorofülli ja talletada rohkem süsivesikuid. Kui tomatitaimedes tõuseb punase valguse hulk 60%, siis puuvilja lahustuva suhkru sisaldus tõuseb 18% ja C-vitamiini sisaldus 25%. Nanjingi põllumajandusülikooli uuring näitas, et krüsanteemi varresegmendid juurdusid 100% ajast punase valguse käes, mis oli 40% rohkem juuri kui loomuliku valguse käes.
Sinise valguse reeglid: 450nm sinine valgus on kõige olulisem klorofülli valmistamiseks ning varte ja lehtede kasvatamiseks. 30% sinise valgusega keskkonnas oli salati lehtedes 22% rohkem klorofülli ja selle varred olid 15% paksemad. Sinine valgus võib takistada ka taimede liigset kasvu, muutes need kompaktsemaks ja aitab neil ruumi paremini kasutada.
730 nm kaugpunane tuli töötab taimede fotosensibilisaatoriga B (PhyB), et moduleerida rakkude pikenemist ja õitsemisaega. 10% kaugpunase valguse lisamine maasikataimedele võib roomavate varte sõlmevahed 20% lühemaks muuta ja viljade valmimist 5 päeva võrra kiirendada.
Täisspektri simulatsioon: tipptasemel-LED-süsteemid suudavad kopeerida päikesespektrit, mis hõlmab ultraviolettvalgust (380–400 nm) ja infrapunavalgust (700–1000 nm). Taimed võivad UV-kiirgusega kokku puutudes toota rohkem sekundaarseid metaboliite, sealhulgas lükopeeni ja antotsüaniine. Infrapunavalgus aitab taimedel hingata ja püsida õigel temperatuuril.
2. Valguse intensiivsuse ja fotoperioodi juhtimine: arendusvajaduste täpse täitmise tagamine
Taimede fotosünteesis on valguse kompensatsioonipunktid (kus fotosünteesi kiirus on võrdne hingamissagedusega) ja valguse küllastuspunktid (kus fotosünteesi kiirus rohkema valgusega ei tõuse). LED-süsteem kasutab nutikat hämardustehnoloogiat, et kohaneda automaatselt erinevatel kasvuetappidel olevate taimede vajadustega.
Seemneetapis kasutage 40% sinise ja 50% punase valguse segu, et aidata juurtel kasvada ja lehed laieneda. Lianyungangis asuvas Yuntai farmis Phalaenopsise intelligentses kultiveerimisruumis lühendab LED-lisavalgusti koekultuuris kasvatatud seemikute juurdumise aega 7 päeva võrra ja tõstab kvaliteetsete seemikute arvu 30%.
Toitumise kasvuperioodil suurendage punase valguse hulka (60–70%), et kiirendada lehtede fotosünteesi. See spektraalvalem lühendab salati kasvutsüklit tehases 60 päevalt 45 päevani ja suurendab saaki pindalaühiku kohta 40%.
Paljunemisperiood: taimede õitsemiseks muutke punase ja kaugpunase valguse suhet (5:1). Et need liiga palju ei kasvaks, lisage sinist valgust. See ettepanek tõstab maasikate suhkrusisaldust 15% ja nihutab turuaega 10 päeva võrra edasi.
Fototsükli reguleerimine: kasutage taimerit, et taimede õitsemisaeg järgiks ööpäevaringset tsüklit. 12-tunnise valguse ja 12-tunnise pimeduse tingimustes puhkevad lühikese päeva taimed, nagu krüsanteemid, õitsema 20 päeva varem kui oma kodukeskkonnas.
3. Nutikas juhtimissüsteem: suletud-ahelaga valguskeskkonna loomine
Uus LED taimevalgustussüsteem kasutab IoT andureid, AI algoritme ja ajamid, et reguleerida valguskeskkonda suletud ahelas.
Keskkonna tajumise kiht: kasutage valguskvantandureid (PPFD mõõtmiseks), spektrianalüsaatoreid ja seadmeid taimede fenotüübi jälgimiseks, et saada reaalajas andmeid valguse intensiivsuse, spektraaljaotuse ja taimede kasvufaktorite kohta.
Otsuste langetamise kiht: AI-algoritmid muudavad spektraalvalemeid ja valguse kestust reaalajas taimede kasvumudelite põhjal. Näiteks kui klorofülli kontsentratsioon tomatilehtedes langeb, tõstab süsteem automaatselt punase valguse hulka ja hoiab tuled kauem sisse lülitatud.
Juhtkiht: hämardatava LED-draiveri mooduli kasutamine astmeteta hämardamiseks vahemikus 0% kuni 100%. Mitmekihilises-harimissüsteemis saate iga valgustuskihti eraldi reguleerida, et tagada ühtlane valgustus.
Energiahalduse eest vastutav meeskond: fotogalvaaniliste elektritootmis- ja energiasalvestusseadmete kasutamine koos, et energiat maksimaalselt kasutada. Shanghai Sunqiao kaasaegne põllumajanduse arendustsoon kasutab integreeritud valgussalvestustehnoloogiat, mis vähendab LED-süsteemi energiakasutust 30% ja süsinikdioksiidi heitkoguseid 45%.
4. Tehnoloogiline läbimurre: laborist tehaseni
LED taimevalgustid on aja jooksul muutunud kolmel viisil:
Esimene põlvkond (2000–2010) koosnes peamiselt punastest ja sinistest LED-idest, mis töötasid ainult ühes värvitoonis. Nende valgusefektiivsus oli umbes 50 lm/W ja ei vastanud väga hästi spektrile. Neid kasutati enamasti teaduslikuks uurimistööks.
Teine põlvkond (2010–2020): lõi mitme -lainepikkusega kombineeritud LED-i, millel on parem valgusefektiivsus (150 lm/W), mis sisaldas intelligentset hämardusfunktsiooni ja seda hakati laialdaselt kasutama kasvuhoonetootmises.
Kolmas põlvkond (2020. aastast praeguseni): valgustõhusus on ületanud 250 lm/W tänu kvantpunkt-LED- ja perovskiitmaterjalidele, mis võimaldavad täisspektri dünaamilist juhtimist. Nanjingi põllumajandusülikool tootis LED koekultuuri lambi, mis kestab 50 000 tundi, kasutab 69,7% vähem elektrit kui luminofoorlambid ja tasub end ära 1,5 aastaga.
5. Rakendusjuhtum: põllumajandusliku tootmise parandamine
Lianyungang Yuntai Farm kasutab LED-taimetulesid 10-kihilises kolmemõõtmelises kasvuriiulis. See muudab Phalaenopsise istutustiheduse kolm korda, pindalaühiku saagi kümme korda suuremaks kui tavalistes kasvuhoonetes ning veekulu 90% väiksemaks.
Pekingi Xiaotangshani kasvuhoonel on top + taimedevaheline kaherežiimiline lisavalgustussüsteem, mis lülitub automaatselt sisse, kui valguse intensiivsus langeb alla 200 μ mol/m ²/s. See lühendab roheliste köögiviljade kasvutsüklit 15 päeva võrra ja vastab Euroopa Liidu kvaliteedikriteeriumidele.
Hollandis Wageningeni ülikoolis on ehitatud maailma esimene "Plant Factory 5.0" näidisprojekt. See kasutab LED-valguskeskkonna regulatsiooni, et kasvatada 100 kilogrammi tomati ruutmeetri kohta aastas ja see kasutab 92% Maa pinnavalguse energiast.
