1. Tehnični princip: revolucionarno izboljšanje fotonske učinkovitosti
(1) Sprememba svetlobnega učinka: od toplotnega sevanja do kvantne manipulacije
Obstaja velika razlika v tem, kako dobro tradicionalna tehnologija razsvetljave pretvarja energijo. Žarnice z žarilno nitko (0,2 μ mol/J) pretvorijo 99 % električne energije v toploto, visoko{3}}natrijeve žarnice (1,5 μ mol/J) ustvarjajo spektre z obločno razelektritvijo, tehnologija LED (2,8-4,1 μ mol/J) pa izvaja elektro-optično pretvorbo prek polprevodniških PN spojev. Svetleče diode s kvantnimi pikami so olajšale manipulacijo svetlobnih spektrov z natančnostjo nekaj nanometrov. Na primer, kvantna učinkovitost rdeče svetlobe (660 nm) se je povečala s 30 % na 65 %, medtem ko je kvantna učinkovitost zelene svetlobe (550 nm) šla s 30 % na 65 %.
(2) Nadzor izgube toplote: znanstveni ključ do upravljanja temperature spoja
Vsakih 10 stopinj Celzija dvig temperature spoja LED povzroči padec svetlobne moči za 4 % in življenjska doba za 50 %. Shanghai Sansi Electronics uporablja lastno keramično tehnologijo odvajanja toplote, da ohranja temperaturo spoja LED čipov pod 65 stopinj in stopnjo degradacije svetlobe pod 0,3 % na tisoč ur. LED rastne sijalke zdržijo dlje kot običajne fluorescenčne sijalke, ki zdržijo približno 5000 ur. LED rastne svetilke trajajo več kot 50000 ur. Trajnostno jih lahko uporabljate več kot 11 let, če jih uporabljate 12 ur na dan.
(3) Spektralna natančnost: kvantitativna revolucija PPFD in YPFD
PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) šteje količino fotonov na določenem območju, medtem ko YPFD (Production Photon Flux Density) s tehtanjem ugotovi, koliko različnih valovnih dolžin prispevajo k fotosintezi. Poskusi so pokazali, da lahko solata doseže YPFD 1,8 μmol/m²/s, če je v njej enaka količina rdeče in modre svetlobe. To je 25 % več kot takrat, ko je luč samo rdeča. Dinamično upravljanje spektra na vertikalni kmetiji Qingdao je skrajšalo razvojni cikel solate za 15 dni in energijo, potrebno za rast vsake enote, z 0,35 kWh/kg na 0,22 kWh/kg.
2. Primerjava rabe energije: kvantitativna primerjava s starejšimi viri svetlobe
(1) Poraba energije na kvadratni meter: najboljše pri LED
Podatki pekinškega primerjalnega eksperimenta Miyun (2021–2023) kažejo, da rastlinjaki z naravno svetlobo porabijo povprečno 0 kWh/m² električne energije na leto in proizvedejo 5,8 kg/m²; Sistem dodatne razsvetljave naravna svetloba+LED porabi 67 kWh/m² električne energije, proizvede 18,3 kg/m² električne energije in ima celovito razmerje energetske učinkovitosti 3,2-krat. Popolnoma sistem umetne svetlobe porabi 210 kWh/m² energije, vendar porabi 20-krat več površine kot zunanje sajenje, poraba energije na enoto pridelka pa je dejansko nižja.
(2) Poraba energije glede na raven opreme: iskanje pravega ravnovesja med močjo in učinkovitostjo
Večina gospodinjskih LED rastnih svetilk porabi med 15 in 150 vatov moči. Če uporabljate 100 W svetilko 12 ur na dan, je cena električne energije 0,5 juana na kWh, 0,6 juana na dan in 18 juanov na mesec. Sistemi LED lahko zmanjšajo porabo energije za več kot 50 % v primerjavi z običajno 400 W visoko{11}}natrijevo razsvetljavo. Integrirana rastlinska tovarna v puščavi Wulanbuhe v Notranji Mongoliji združuje fotovoltaično proizvodnjo električne energije z dodatno osvetlitvijo LED za zajemanje 42 kg ogljika na kvadratni meter vsako leto. To zmanjša stroške energije za 60 % v primerjavi s standardnimi rastlinjaki.
(3) Obračunavanje ogljičnega odtisa: prehod od rabe energije k ekologiji
Ko primerjate energijo, porabljeno za pridelavo 1 kg solate, vidite, da sajenje na prostem porabi 0,05 kWh električne energije in ima ogljični odtis 0,21 kg CO ₂ e; tradicionalni rastlinjaki porabijo 2,8 kWh električne energije in imajo ogljični odtis 1,89 kg CO ₂ e; Tovarne LED elektrarn (zelena elektrika) porabijo 8,5 kWh električne energije, vendar z uporabo hidroponskih krožnih sistemov, da se znebijo 12 g gnojila, znaša ogljični odtis le 0,32 kg CO ₂ e. Energetska zgodba kmetijske razsvetljave se drastično spremeni, ko rastline preidejo iz "porabe 8,5 kWh električne energije" v "neto sekvestracijo ogljika 0,5 kg."
3. Scenarij uporabe: praktičen način za optimizacijo porabe energije
(1) Sajenje doma: zelena revolucija, ki porabi zelo malo energije
Na podlagi resničnih rezultatov testiranja potrošnikov Xiaohongshu 5W LED rastoča luč porabi 0,06 kWh električne energije in stane 0,03 juana za delovanje 12 ur na dan. To je enaka količina energije kot hladilnik, ki deluje 3 ure ali TV, ki deluje 1,6 ure. Strategija najvišjih cen električne energije Midnight Valley lahko zniža vaš račun za elektriko še za 50 %. Z inteligentnim sistemom zatemnitve lahko gospodinjski uporabniki v Shenzhen Guanlanu svojo mesečno porabo električne energije zmanjšajo na manj kot 10 kWh in svoje letne stroške električne energije na manj kot 60 juanov.
(2) Komercialni rastlinjak: natančen nadzor razmerja energetske učinkovitosti
V demonstracijskem parku Yangling 5000 kvadratnih metrov velik rastlinjak uporablja večplastno in tri{1}}dimenzionalno vrtnarstvo. Vsak LED sistem ima gostoto moči 150 W/m². Naj sistem okoljskega nadzora interneta stvari deluje skupaj za optimizacijo intenzivnosti svetlobe, spektralnega razmerja in vsebnosti CO ₂. Dinamični nadzor osvetlitve porabi 18 % manj energije na enoto izhodne moči kot statični sistemi, vendar tudi poveča izhodno moč za 25 %.
(3) Pospeševanje razmnoževanja: kvantni nadzor fotociklov
Tehnološki center Yangling skupine Sinochem Syngenta uporablja regulacijo fotoperiode za vzgojo petih generacij koruze vsako leto. Tehnologija LED v pametnem rastlinjaku posnema pogoje tropskega sonca in pospeši reprodukcijski cikel s 120 dni na 48 dni. V primerjavi s prejšnjimi pristopi tehnologija za uravnavanje kakovosti svetlobe podaljša življenjsko dobo cvetnega prahu moških za 30 % in stopnjo opraševanja samic za 25 %, hkrati pa zmanjša energijo, potrebno za razmnoževanje enot za 40 %.
