การวิเคราะห์ข้อดีของสารเสริมแสงสว่างเรือนกระจกเซมิคอนดักเตอร์- Universelite Co., Ltd

การวิเคราะห์ข้อดีของสารเสริมแสงสว่างเรือนกระจกเซมิคอนดักเตอร์

การวิเคราะห์ข้อได้เปรียบของแหล่งกำเนิดแสง หลอดไส้เป็นแหล่งกำเนิดแสงทั่วไปสำหรับการสร้างแสงแดดในระยะยาว แต่ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าต่ำ และอัตราส่วนต่ำของแสงสีแดงต่อแสงสีแดงไกลไม่สามารถปรับปรุงการยืดตัวของก้านได้ ดังนั้นจึงค่อยๆ ถูกห้ามไม่ให้ขายและ ใช้. หลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์และ HPS ประหยัดพลังงานมากกว่าและมีอัตราส่วน R:FR สูง HPS มีสามประเภทคือ 400W, 600W และ 1,000W แหล่งกำเนิดแสงแบบเดิม เช่น HPS ไม่สามารถเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานต่ำได้ และแอปพลิเคชันเหล่านี้มีข้อจำกัด 1000W เป็นที่นิยมมากกว่าเนื่องจากต้องการหลอดไฟน้อยกว่าเพื่อให้ได้ความเข้มแสงเท่ากัน ในทางปฏิบัติของแสงเสริมในเรือนกระจก การลดจำนวนหลอดไฟสามารถลดระดับแสงธรรมชาติที่บังโดยตัวสะท้อนแสงของหลอดไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ การประหยัดพลังงานและการควบคุมแสงธรรมชาติอย่างมีประสิทธิภาพต้องใช้ระบบควบคุมอัจฉริยะเพื่อปรับปริมาณแสงประดิษฐ์ตามความเข้มของแสงธรรมชาติ

ในการเปรียบเทียบ ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของ HPS คือ 30% ในขณะที่หลอดไส้มีเพียง 6% และประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของหลอดไฟ LED คือ 40% พลังงานไฟฟ้าอื่นๆ จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ทำให้อุณหภูมิแวดล้อมเรือนกระจกร้อนขึ้น ในความเป็นจริง การใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้านั้นไม่ประหยัด และในสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย อุณหภูมิสูงไม่ดีต่อการผลิต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปิดพัดลมและอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อระบายความร้อน สเปกตรัม HPS รวมถึงแสงคอมโพสิตของแสงสีเหลือง แสงสีส้ม และแสงสีแดง จำเป็นต้องเพิ่มแสงสีน้ำเงินเพื่อให้มีคุณภาพแสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น พืชต้องการแสงสีน้ำเงินในปริมาณหนึ่งสำหรับการพัฒนาและสัณฐานวิทยาของพืชตามปกติ นอกจากนี้ แสงสีแดงไกลยังมีความสำคัญต่อการเกิดสัณฐานวิทยา และจำเป็นต้องปรับอัตราส่วนระหว่างแสงสีแดง สีน้ำเงิน และแสงสีแดงไกล

ไฟ LED หรือโมดูลจำเป็นต้องได้รับการคัดกรองคุณภาพแสง ประสิทธิภาพการกันน้ำ ความกะทัดรัด และพื้นที่ผิวป้องกันแสงที่ลดลง วิธีการกระจายความร้อนประกอบด้วย LED ระบายความร้อนด้วยน้ำ, LED ระบายความร้อนด้วยแก๊สแบบพาสซีฟ และ LED ระบายความร้อนด้วยแก๊สแบบแอคทีฟ การกระจายความร้อนของ LED เป็นปัญหาที่ต้องได้รับการแก้ไขอย่างจริงจังเสมอมา การกระจายความร้อนและความร้อนของ HPS สามารถทำให้พืชอบอุ่นและเพิ่มการหายใจ ในทางกลับกัน การหายใจจะลดอุณหภูมิของใบ

ในปี 2550 บริษัทบางแห่งในเนเธอร์แลนด์เปิดตัวโมดูล LED พิเศษสำหรับอุตสาหกรรมเรือนกระจก ในปี พ.ศ. 2551-2552 มีการทดลองแสง LED ขนาดใหญ่กับดอกกุหลาบ มะเขือเทศ พริกหยวก แตงกวา และพืชสมุนไพร ผลการทดลองผสมกัน LED มีศักยภาพในการควบคุมช่วงแสงและการใช้แสงเสริมในโรงเรือน แต่มีการศึกษาค่อนข้างน้อยเกี่ยวกับพืชสวน และการใช้งานอาจจำกัดเฉพาะการผลิตพืชชนิดพิเศษเนื่องจากต้นทุนสูง (Runkle et al., 2011) การให้แสงเสริม LED ในโรงเรือนเป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มสูงที่สามารถจับภาพการสังเคราะห์แสงของพืชได้ดีขึ้น (LED สีแดงมีค่าสูงกว่า HPS) เริ่มการตอบสนองพิเศษของพืชหรือชี้นำกระบวนการของพืช และปรับสมดุลผ่านการปรับคุณภาพแสงพิเศษของ LED (Nederhoff, 2010)

การวิเคราะห์เทคโนโลยีแสงสว่าง

วิธีการเติมแสงประกอบด้วยไฟเติมด้านบน ไฟเติมระหว่างเส้น ไฟเติมหลายชั้น และรูปแบบอื่นๆ เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม ขนาด รูปร่าง และการออกแบบพลังงานของหลอดไฟแหล่งกำเนิดแสง LED สามารถขยายได้อย่างอิสระ วิธีการระงับมีความยืดหยุ่น และน้ำหนักเบา ได้รับโหมดเทคโนโลยีแสงเสริมที่หลากหลายซึ่งปรับให้เข้ากับวิธีการปลูกเรือนกระจก ประเภทพืชผล และรูปทรงของเรือนยอดได้เป็นอย่างดี ความต้องการในทางปฏิบัติที่หลากหลาย

การวิเคราะห์ประโยชน์ของแสงสว่าง

เทคโนโลยีแสงสว่างสำหรับการเติบโตของพืชกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ทำให้มีตัวเลือกมากมายสำหรับแสงเสริมในโรงเรือน Nelson and Bughee (2014) รายงานประสิทธิภาพควอนตัมการสังเคราะห์แสง (400~700nm) และลักษณะการกระจายรังสีโฟตอนของอุปกรณ์ HPS แบบสองด้าน 2 ชนิด อุปกรณ์ HPS แบบเจ้าพ่อ 5 ชนิด อุปกรณ์ LED 10 ชนิด เซอร์เมต 3 ชนิด หลอดไฟและหลอดฟลูออเรสเซนต์ 2 ชนิด . LED ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 2 ดวงและอุปกรณ์ HPS ชนิดสองหน้าที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 2 ดวงมีประสิทธิภาพเกือบเท่ากันคือระหว่าง 1. 66 และ 1. 7 μmol/J ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทั้งสี่นี้สูงกว่าประสิทธิภาพ 1.02μmol/J ของหลอดเซอร์เม็ทที่ใช้กันทั่วไปอย่างมาก 95μmol/J。 ประสิทธิภาพของหลอดเซรามิกโลหะและหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ดีที่สุดคือ 1. 46 และ 0. 95μmol/J

ผู้เขียนคำนวณต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นของแสงแต่ละควอนตัมที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ และชี้แจงว่าต้นทุนของอุปกรณ์ LED อยู่ที่ 5 ถึง 10 เท่าของอุปกรณ์ HPS ค่าไฟฟ้า 5 ปีบวกต้นทุนต่อโมลของอุปกรณ์โฟตอนสูงกว่าอุปกรณ์ LED ถึง 2.3 เท่า ในส่วนของค่าไฟฟ้าผลการวิเคราะห์พบว่าค่าบำรุงรักษาระยะยาวนั้นน้อยมาก หากระบบการผลิตมีช่องว่างกว้าง ฟังก์ชันเฉพาะของอุปกรณ์ LED คือสามารถรวมแสงควอนตัมไปยังส่วนใดส่วนหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้หลังคาพืชสามารถจับควอนตัมแสงได้มากขึ้น แต่การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีโฟตอนมีค่าใช้จ่ายสูงสำหรับโคมไฟทั้งหมด ต้นทุนระบบไฟส่องสว่างที่ต่ำที่สุดจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออุปกรณ์เปล่งแสงประสิทธิภาพสูงรวมกับการดักจับโฟตอนบนหลังคาที่มีประสิทธิภาพ

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแสงสว่างและประสิทธิภาพของโคมไฟทำให้มีตัวเลือกมากมายสำหรับการให้แสงสว่างเพิ่มเติมในโรงเรือน รวมถึงโคมไฟ LED จำนวนมาก ความก้าวหน้าอย่างมากเกิดขึ้นในสามด้านขององค์ประกอบหลอดไฟสำหรับหลอดดิสชาร์จความเข้มสูง (HID) [รวมถึงหลอดโซเดียมความดันสูง (HPS) และหลอดเซรามิกเมทัลฮาไลด์ (CMI)] รวมถึงหลอด (หลอดไฟ) แหล่งกำเนิดแสง ( แผ่นสะท้อนแสง) และบัลลาสต์ (บัลลาสต์). HPS พร้อมบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์และหลอดไฟแบบสองด้านเป็น 1.7 เท่าของ HPS ของอุปกรณ์ HPS ที่ใช้เจ้าพ่อ การวิเคราะห์ประกอบด้วยสองพารามิเตอร์ ได้แก่ ประสิทธิภาพของหลอดไฟ นั่นคือ การกำหนดจำนวนโฟตอนสังเคราะห์แสงต่อจูล (โฟตอน) และประสิทธิภาพการจับกระแสควอนตัมสังเคราะห์แสง (400-700 นาโนเมตร) ในเรือนยอด ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโฟตอนที่ไปถึง ใบพืช ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของการเจริญเติบโตของพืชวัดเป็นจำนวนโฟตอนที่สังเคราะห์ด้วยแสงต่อจูล

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของโคมไฟมักจะแสดงเป็นหน่วยของการรับรู้แสงของมนุษย์ (ลูเมนที่ปล่อยออกมาต่อวัตต์) หรือประสิทธิภาพพลังงาน (วัตต์ของรังสีที่ปล่อยออกมาต่อวัตต์ของอินพุตไฟฟ้า) อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์ด้วยแสงและการเจริญเติบโตของพืชจะวัดเป็นควอนตัมโมลของแสง ดังนั้น การเปรียบเทียบประสิทธิภาพแสงตามประสิทธิภาพควอนตัมแสงควรใช้หน่วยของปริมาณควอนตัมสังเคราะห์แสงที่ผลิตได้ต่อจูลของพลังงานที่ป้อนเข้า นี่เป็นสิ่งสำคัญยิ่งกว่าสำหรับ LED เนื่องจากสีของแสงที่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าจะอยู่ในย่านความยาวคลื่นสีแดงเข้มและสีน้ำเงิน โฟตอนสีแดงมีความจุพลังงานการแผ่รังสีที่ต่ำกว่า ทำให้โฟตอนจำนวนมากขึ้นเพื่อส่งพลังงานต่อหนึ่งหน่วยที่รับเข้า (พลังงานการแผ่รังสีจะแปรผกผันกับความยาวคลื่น สมการของพลังค์) ในทางกลับกัน แสงสีน้ำเงินประหยัดพลังงานมากกว่าแสงสีแดงถึง 53% (49% และ 32%) แต่แสงสีน้ำเงินมีประสิทธิภาพควอนตัมโฟตอนมากกว่าแสงสีแดงเพียง 9% (1.87/1.72) มีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับผลกระทบของคุณภาพของแสงต่อการเจริญเติบโตของพืช และผู้ผลิตหลายรายอ้างว่าคุณภาพของแสงส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช1 (การกระจายสเปกตรัมและอัตราส่วนของแสงสีเดียว)

การประเมินผลกระทบของคุณภาพแสงต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชได้มาจากเส้นโค้งผลผลิตควอนตัมแสง (YPF) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแสงสีแดงส้ม 600~660 มม. สูงกว่าสีน้ำเงิน-เขียวและน้ำเงิน 20%~30% แสง 400 ~ 460nm สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อวิเคราะห์คุณภาพแสงตามเส้นกราฟ YPF HPS ทำงานได้ดีหรือดีกว่าโคมไฟ LED ที่ดีกว่า เนื่องจากมีเอาต์พุตโฟตอนสูงประมาณ 600 นาโนเมตร และเอาต์พุตต่ำกว่าในบริเวณแสงสีน้ำเงิน น้ำเงิน-เขียว และเขียว

เส้นโค้งสเปกตรัมของการทำแท้งควอนตัมถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของข้อมูลการวัดระยะสั้นภายใต้เงื่อนไขของใบไม้เดี่ยวและความเข้มของแสงต่ำ (Nelson and Bugbee, 2014) อย่างไรก็ตาม เส้นโค้ง YPF นั้นมาจากการวัดระยะสั้นของใบไม้แต่ละใบภายใต้สภาวะที่มีแสงน้อย คลอโรฟิลล์และเม็ดสีของคลอโรฟิลล์มีความสามารถในการดูดซับแสงสีเขียวได้น้อย (Terashima et al., 2009) แต่ Terashima et al. (2552) ชี้ให้เห็นว่าประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงของใบทานตะวันที่ขับด้วยแสงสีเขียวผสมกับแสงสีขาวจ้านั้นสูงกว่าแสงสีแดง ดังนั้นแสงสีเขียวจึงมักถูกพิจารณาว่าไม่มีผลกับการเจริญเติบโตของพืช แต่แสงสีเขียวอาจมีผลกับการเจริญเติบโตของพืชภายใต้สภาพแสงจ้า LED สีเขียวความเข้มสูงสามารถปรับปรุงการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงสีเขียวความยาวคลื่นสั้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการเจริญเติบโตของพืช (Johkan et al., 2012)

ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา การศึกษาระยะยาวเกี่ยวกับพืชทั้งหมดภายใต้สภาวะที่มีความเข้มแสงสูงได้แสดงให้เห็นว่าคุณภาพของแสงมีผลต่ออัตราการเจริญเติบโตของพืชน้อยกว่าความเข้มของแสง (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012 ). คุณภาพของแสง โดยเฉพาะแสงสีน้ำเงินสามารถเปลี่ยนแปลงอัตราการขยายตัวของเซลล์และใบ (Dougher and Bug-bee, 2004) ความสูงของพืช สัณฐานวิทยาของพืช (Cope and Bug-bee, 2013; Dougher and Bug-bee, 2001) ในพืชหลายชนิด ; Yorio et al., 2001) แต่ผลกระทบโดยตรงของแสงสีน้ำเงินต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมีน้อยมาก ผลกระทบของคุณภาพแสงต่อน้ำหนักแห้งและน้ำหนักสดของทั้งต้นมักเกิดขึ้นภายใต้การไม่ได้รับแสงธรรมชาติน้อยหรือน้อยเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของการขยายตัวของใบและการดักจับรังสีในช่วงต้นของการเจริญเติบโต (Cope et al., 2014)

ขึ้นอยู่กับจำนวนโมลควอนตัมของแสงสังเคราะห์แสงต่อจูล สีของแสงที่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูงสุดของไฟ LED คือแสงสีน้ำเงิน แสงสีแดง และแสงสีขาวนวล ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วหลอดไฟ LED จึงรวมกันเพื่อสร้างสีเหล่านี้ สามารถใช้สีอื่นๆ ของคุณภาพแสง LED เพื่อเพิ่มคุณภาพแสงของความยาวคลื่นเฉพาะเพื่อควบคุมลักษณะการเจริญเติบโตของพืชโดยอาศัยคุณสมบัติของแสงสีเดียว (Ya2012; Morrow and Tibbitts, 2008) การขาดรังสี UV ในโคมไฟ LED เนื่องจาก UV-LED ทำให้ประสิทธิภาพของโคมไฟลดลงอย่างมาก แสงแดดมีรังสียูวีที่คิดเป็น 9% ของ PPF และแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้ามาตรฐานมีรังสียูวี 0.3%~8% การขาดรังสียูวีทำให้เกิดความผิดปกติของพืชบางชนิดภายใต้แสงแดด (intunmescence, Morrow and Tibbitts, 1988) การขาดการแผ่รังสีฟาร์เรด (710~740 นาโนเมตร) ของหลอด LED สำหรับแสงเสริมที่สังเคราะห์ด้วยแสงทำให้ระยะเวลาการออกดอกของพืชช่วงแสงสั้นลง (GraigRungle, 2013) แสงสีเขียว (530~580 นาโนเมตร) ที่ไม่มีหรือไม่มีอยู่ในดวงโคม LED สามารถทะลุผ่านเรือนยอดและส่งผ่านไปยังใบล่างได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น (Kim et al., 2004) นั่นคือ ความยาวคลื่นของแต่ละควอนตัมแสงที่ตกกระทบมีผลกระทบต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงสัมพัทธ์ของใบไม้เดี่ยวภายใต้ความเข้มแสงต่ำ (150μmol/㎡)