一, Osnove fotobiologije: kako rastline "vidijo" LED svetlobo
Rastline lahko vidijo svetlobo zaradi kombiniranih učinkov fotosintetskega pigmentnega sistema in fotoobčutljivih pigmentov. Klorofil a/b najbolje absorbira svetlobo pri 660 nm rdeče in 450 nm modre barve, medtem ko karotenoidi pomagajo pri 480 nm modre barve. Ta naravna spektralna selektivnost omogoča, da tehnologija LED vpliva na rast rastlin s skrbnim spreminjanjem komponent spektra.
Spekter običajnih LED luči (bela LED) je narejen za človeški vid, vendar še vedno vsebuje modro svetlobo (450–470 nm) in rdečo svetlobo (620–660 nm), ki ju rastline potrebujejo za fotosintezo. Študije kažejo, da približno 18 % do 25 % fotonskega toka, ki ga oddajajo bele LED, sodi v učinkovit spekter fotosintetskega sevanja za rastline (400-700 nm). Ta odstotek je nižji od 80 % do 90 % profesionalnih svetilk za rastline, vendar še vedno lahko pokrije minimalne potrebe po dodatni svetlobi. Na primer, ko dežuje ali ko v notranjosti ni veliko svetlobe, lahko običajne LED luči ohranijo rastline izpostavljene svetlobi 14 do 16 ur na dan. To skrajša življenjski cikel zelene hrane, kot je zelena solata, za 15 do 20 %.
2, scenarij uporabe: obseg tipičnih LED luči
1. Kratkoročno-več svetlobe in rastline z listi
Za rastline z listi, kot sta kruhovec in klorofitum comosum, se lahko kot kratkotrajni-vir svetlobe uporabijo navadne luči LED. Poskusi so pokazali, da lahko rastline z obsevanjem 6 ur na dan z razdalje 30 cm povečajo vsebnost klorofila v njihovih listih za 12 % do 15 %. Toda če ga uporabljate dolgo časa (več kot tri mesece), bi stebla lahko postala predolga in bi jih morali redno obrezovati.
2. Gojenje sadik in zelnatih rastlin
Pri izdelavi zelnatih rastlin, kot so kalčki in zelišča v tovarni, lahko navadne LED luči in odsevni film porabijo 80 % svetlobne energije. Družinska kmetija v Shenzhenu je uporabila modificirano stropno svetilko LED (vrednost PPFD približno 120 μmol/m²/s), ki je povečala stopnjo ukoreninjenja sadik bazilike s 65 % pri naravni svetlobi na 92 %. Toda stopnja, s katero sadni pridelki (kot je paradižnik) obrodijo sadove, se je povečala le za 8%, kar je veliko manj od 35-odstotnega povečanja, ki ga je povzročila profesionalna osvetlitev rastlin.
3. Zasilna razsvetljava skozi vse letne čase
Pozimi lahko za osvetlitev rastlinjakov v severnih območjih uporabite običajne LED luči. Testi v zelenjavni bazi v provinci Hebei so pokazali, da lahko dodajanje rednih LED luči za 4 ure na dan, tudi ko je vreme zelo slabo in je svetlobe manj kot 4 ure, ohrani 78 % običajnega pridelka kumar. Vendar pa je vsebnost vitamina C v sadju za 19 % manjša kot v skupini profesionalne dodatne razsvetljave.
3, Tehnične težave: Tri glavne težave z običajnimi LED lučmi
1. Neuravnoteženi spektralni deli
Zelena svetloba (500–570 nm) predstavlja 40 % do 50 % običajnih LED luči, rastline pa jo absorbirajo le manj kot 5 %. Ta »neučinkovita svetloba« ne samo, da naredi svetlobno energijo manj uporabno, ampak lahko s toplotnimi učinki tudi poviša temperaturo listov za 2 do 3 stopinje Celzija. Da bi to odpravili, je treba povečati razmik med svetilkami (najbolje je 40 do 50 cm).
2. Nezadostna jakost svetlobe
Profesionalne luči za rastline imajo lahko vrednost PPFD 600–1000 μmol/m²/s, medtem ko imajo običajne luči LED samo vrednost PPFD 80–150 μmol/m²/s na razdalji 30 cm. Za pridelke, ki za uspevanje potrebujejo veliko svetlobe (na primer čili paprike), morajo navadne LED luči svetiti več kot 12 ur, da zagotovijo enak učinek kot profesionalne luči 6 ur. To porabi 2,3-krat več energije kot profesionalne luči.
3. Brez dinamične regulacije
Za rast rastlin se mora spremeniti kakovost svetlobe med vegetativno rastno fazo (ko je potrebna 60 % modra svetloba) in reproduktivno rastno dobo (ko je potrebna 70 % rdeča svetloba). Običajne LED luči imajo fiksen spekter in ne morejo dinamično spreminjati kakovosti svetlobe, kot lahko profesionalne luči. To povzroča "neugodje glede kakovosti svetlobe" pri pridelkih, kot je paradižnik, kar pomeni šibka stebla v obdobju prehranske rasti in nezadostno diferenciacijo cvetnih popkov v obdobju reproduktivne rasti.
4, Načrt optimizacije: Načrt za boljše delovanje običajnih LED luči
1. Tehnologija spreminjanja spektra
Nekaj zelene svetlobe lahko spremenite v rdečo tako, da na površino LED kroglic nanesete fluorescentni prah. Na trgu že obstajajo kompleti, ki lahko običajne LED luči spremenijo tako, da imajo od 15 do 30 % več rdeče svetlobe in 18 % več fotosintetske učinkovitosti. Na primer, pri gojenju sukulentnih rastlin lahko prilagojene LED luči naredijo rastline za 25 % bolj kompaktne in liste za 12 % debelejše.
2. Sestavljanje refleksnega sistema
Pri uporabi z reflektorji iz aluminijaste folije ali razpršenimi odbojnimi premazi se lahko stopnja izkoristka svetlobne energije poveča s 35 % na 58 %. Domači laboratorijski test v Hangzhouju je pokazal, da je po uporabi odsevalnega sistema na 1 ㎡ površini za sajenje dodatna svetloba navadnih LED luči le 68 % tolikšna kot profesionalna svetila, vendar stanejo le 1/5 toliko.
3. Pametni nadzorni modul
Zunanji fotoobčutljivi senzor in časovnik lahko samodejno spremenita količino svetlobe in čas. Na primer, če je raven svetlobe okolice nižja od 2000 luksov, sistem samodejno vklopi polnilno luč LED za določen čas, da prepreči dušenje svetlobe zaradi premočne svetlobe.
5, Tržni trend: Kako se spreminjajo običajne LED luči
Ko se tovarne rastlin selijo v domove, je sprememba običajnih LED luči, ki temelji-na rastlinah, postala nova modna muha. Leta 2024 bodo podjetja, kot sta Xiaomi in Philips, izdala "LED žarnice polnega spektra." Te žarnice uporabljajo tehnologijo kombinacije več-čipov za pokrivanje celotnega območja 400–700 nm, imajo vrednost PPFD 200 μ mol/m²/s in stanejo 60 % manj kot profesionalne luči. Tovrstni izdelki predstavljajo 32 % trga balkonskega vrtnarjenja, do leta 2025 pa naj bi predstavljali več kot 50 %.
Hkrati je modularna zasnova postala pomembna nova ideja. IKEA "Plant Growth Light Bar" je mogoče preprosto dodati trenutnim LED svetilkam. Z mobilno aplikacijo lahko spremenite spekter in svetlost svetlobe, s čimer navadne svetilke takoj spremenite v "pametne luči za rastline". Ta pristop "lahke preobrazbe" ljudem olajša ustanavljanje podjetij za domače rastline.
