1. Tehnični princip: Načrtovanje regulacije kakovosti svetlobe na molekularni ravni
Rastline so precej izbirčne glede uporabe svetlobe. Rastline lahko za fotosintezo uporabljajo le vidno svetlobo med 400 in 700 nm (kar predstavlja 43 % do 52,5 % sončnega sevanja). Rdeča svetloba (610 do 720 nm) in modra svetloba (400 do 510 nm) sta glavna absorpcijska vrha, zato ju imenujemo "svetlobno gnojilo" rastlin. LED luči za rastline uporabljajo fotoelektrične zmogljivosti polprevodniških materialov za pošiljanje monokromatske svetlobe pri določenih valovnih dolžinah. Za natančno kontrolo spektra uporabljajo tudi kombinacije čipov.
Na primer, rdeča svetloba (660 n) lahko pomaga rastlinam pri cvetenju, rasti sadja in proizvodnji vitamina C, medtem ko je modra svetloba (450 n) glavna svetloba, ki pomaga rastlinam tvoriti klorofil ter rasti stebel in listov. Študije so pokazale, da pri gojenju solate razmerje med rdečo in modro svetlobo 4:1 poveča vsebnost klorofila v listih za 23 % in pospeši stopnjo rasti za 18 %; podobno pri gojenju jagod razmerje rdeče proti modri svetlobi 5:1 poveča vsebnost sadnega sladkorja za 15 % in skrajša tržni čas za 10 dni. Poleg tega lahko dodajanje daleč rdeče svetlobe (730 n) spremeni dolžino internodijev rastlin. Dodajanje UV svetlobe (380–400 n) lahko prepreči škodljivce in bolezni ter poveča količino sekundarnih metabolitov.
2. Glavna korist je prehod od "Energijske črne luknje" do "Revolucije svetlobne učinkovitosti."
Visok{0}}natrijeve sijalke in metalhalogenidne sijalke sta dve vrsti tradicionalne razsvetljave v rastlinjakih, ki imata tri velike težave: njihovi spektri so fiksni in jih ni mogoče spremeniti, oddajajo veliko toplote in porabijo veliko električne energije. Visokotlačna natrijeva svetilka z močjo 1000 W-na primer pretvori samo 30 % svojega fotosintetsko aktivnega sevanja (PAR) v uporabno svetlobo. Proizvaja tudi veliko infrardečega toplotnega sevanja, ki dviguje temperaturo v rastlinjaku in zahteva dodaten hladilni sistem. Zaradi treh pomembnih tehnoloških napredkov so LED luči za rastline postale revolucionarne:
Prilagoditev spektra: S spreminjanjem razporeditve LED-čipov lahko ustvarite poljubno razmerje med monokromatsko svetlobo in svetlobo polnega spektra. "Spektralna shema polnega cikla" družbe Weizhaoye Optoelectronics uporablja veliko modre svetlobe (40 %) za pomoč koreninam pri rasti v fazi sadike, veliko rdeče svetlobe (60 %) za pomoč pri rasti listov v fazi vegetativne rasti in malo daleč rdeče svetlobe (10 %) za pomoč pri cvetenju rož v fazi reproduktivne rasti.
Lastnosti hladnega svetlobnega vira: Svetlobni izkoristek LED diod je več kot 200lm/W, s toplotnim sevanjem pa se izgubi manj kot 5% toplote. Za njihovo hlajenje ni potrebna dodatna oprema. Sistem LED na kmetiji Yuntai v komori za gojenje orhidej metuljev v Lianyungangu skrajša razdaljo med sloji z običajnih 1,5 metra na 0,6 metra in potroji število rastlin, ki jih je mogoče gojiti na določenem območju.
Revolucija pri rabi energije: LED luči za rastline so več kot trikrat boljše pri pretvarjanju električne energije v svetlobno kot visoko{0}}natrijeve sijalke. Raziskovalci z Univerze Wageningen na Nizozemskem so ugotovili, da lahko dodajanje LED luči v tovarno paradižnika zmanjša porabo energije na kilogram sadja s 5,2 kWh na 1,8 kWh in porabo gnojil za 30 %.
3. Scenarij uporabe: popolna pokritost verige od laboratorija do industrializacije
Gojenje stvari v rastlinjaku: dodatna osvetlitev LED lahko poveča pridelek kumar za 40 % in raven vitamina C v paradižniku za 25 % v severnih krajih, kjer je pozimi slabo svetlobe in sence. Podjetje Weizhaoye Optoelectronics je za rastlinjak v Xiaotangshanu v Pekingu zasnovalo dvojni-način dodatnega sistema razsvetljave. Samodejno se vklopi, ko jakost svetlobe pade pod 200 μ mol/m²/s. To skrajša rastni cikel listnate zelenjave za 15 dni.
Tovarna za rastline: sistemi LED uporabljajo več-slojno tri-dimenzionalno kulturo, da kar najbolje izkoristijo prostor v popolnoma umetnem svetlobnem okolju. Območje sodobnega kmetijskega razvoja v Šanghaju Sunqiao uporablja 10-slojni vertikalni okvir za sajenje in napreden sistem za nadzor svetlobe. To jim omogoča, da pridelajo 10-krat več pridelkov na kvadratni čevelj kot standardni rastlinjaki in porabijo 90 % manj vode.
Raziskave in vzreja: LED diode so odlične za fotobiološke študije rastlin, ker je mogoče nadzorovati njihove spektralne lastnosti. Raziskovalni inštitut za zelenjavo in cvetje Kitajske akademije kmetijskih znanosti je uporabil nastavljivo spektralno LED platformo za testiranje sorte paradižnika "Zhongvegetable 606", ki lahko ohrani svojo fotosintetično učinkovitost pri 85 %, tudi če je svetloba samo 300 μ mol/m²/s.
Posebne okoljske zasaditve: LED luči za rastline so zdaj najpomembnejši deli sistemov za vzdrževanje življenja na mestih, kot so raziskovalne postaje na Antarktiki in vesoljska plovila, kjer so razmere zelo težke. Kitajski rastlinjak Great Wall Station na Antarktiki uporablja sistem LED polnega spektra za gojenje solate in jagod vse leto. Sistem ima fotosintetski izkoristek 92 % zemeljske površine.
