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植物工廠:植物補光燈LED燈珠需要關注哪些參數?

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植物工廠:植物補光燈LED燈珠需要關注哪些參數?

發布日期:2018-06-26 作者:普朗克光電 點擊:

1、植物補光燈LED燈珠的色溫與流明

   植物LED燈珠的色溫與流明是從人的眼睛所看到的,而植物對光的光合作用是不看色溫與流明的。而是更多的看光譜成分。 

2、光譜范圍對植物生理的影響 

全光譜3030燈珠

非連續性全光譜植物補光燈3030燈珠

      280 ~ 315nm——> 對形態與生理過程的影響極小

      315 ~ 400nm  ——>葉綠素吸收少,影響光周期效應,阻止莖伸長

      400 ~ 520nm(藍)—>葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大,對光合作用影響最大

      520 ~ 610nm(綠)—>色素的吸收率不高

      610 ~ 720nm(紅)—>葉綠素吸收率低,對光合作用與光周期效應有顯著影響

      720 ~ 1000nm ——>吸收率低,刺激細胞延長,影響開花與種子發芽

      >1000nm ——>  轉換成為熱量

     從上面的數據來看,不同波長的光線對于植物光合作用的影響是不同的,植物光合作用需要的光線,波長在400 ~ 720nm左右。400 ~ 520nm(藍色)的光線以及610 ~ 720nm(紅色)對于光合作用貢獻最大。520 ~ 610nm(綠色)的光線,被植物色素吸收的比率很低。

光的研究基礎是光譜,光的應用品質需要光譜分析,LED植物燈的光譜尤為重要,制造商對植物燈光譜的設計能力決定其市場競地位,LED植物燈光譜需要根據種植工藝專門設計而不能去仿制。

  植物工廠是跨界產品,好亮固體光源研究所把植物工廠技術分為種植設備技術種植工藝技術,植物燈光譜技術是種植設備與種植工藝的重要關聯點,需要明確的一點是種植工藝決定光譜設計,對植物燈的設計與制造是保證種植工藝所要求的光質能達到最佳效率,植物燈的這些特點決定了植物光譜設計具有復雜性和多樣性。

把LED植物燈的光譜作為重點討論,是因為LED光源的光譜可以根據種植工藝要求進行設計,同時,LED光源的光譜通過調光技術可以實現可變光譜的控制,LED光源是目前唯一可以實現可變光譜的植物燈光源,植物燈可變光譜的技術主要是針對光形態控制,在節能方面作用不大,普通植物燈通過光周期的調整也是可以節能,可變光譜的應用成本會提高很多。

fg美人捕鱼LED光源的光譜形態如下表所示:

 

4. LED的光子能量

LED發光是能量的轉換現象,電子與空穴復合時多余的能量會發光,產生光子,波長越短,產生光子的能量越高,光子是光傳遞能量過程中的最小單位,植物光合作用吸收的是這種帶能量的光子,光合作用是在光子能量包驅動進行,而不是一般的光能量作用,這就是植物光合作用需要光子去表達的原因。

5. 植物燈光譜的參數與單位

5.1 摩爾量(mol)

在描述物質構成的基本單位如分子、離子、光量子等的時候,通常采用摩爾量表示,摩爾量是由6.022EXP(23)個物質的基本粒子構成一個基本量,單位是:摩爾(mol),在植物光合作用里光子的數量也是采用摩爾量表示,一個光子摩爾(mol)里包含有6.022EXP(23)個光子,由于在植物光合里摩爾的單位大,許多參數采用微摩爾表示。

fg美人捕鱼1摩爾(mol) = 1000000微摩爾(umol)。

1微摩爾(umol)包含有6千萬個億的光子。


5。2 PAR:光合有效輻射(Photosynthetic Active Radiation)


植物用于光合作用的特定波長范圍(400-700nm)的輻射稱作光合有效輻射,標注單位有兩種,一是用光合輻照度表示(w/m2),主要用于太陽光的光合作用的廣義研究,二是用光合光子通量密度PPFD表示(umol/m2s),主要用于人造光源和太陽光對植物光合作用的研究,采用每秒輻射到植物表面的光子流量的這個方法表示輻射源的輻射能力,稱為PPF_PAR法。(注:m2表示平方米)

PAR約占太陽總輻射的50%,需要注意的是,光合輻照度這個單位體現不出波長的影響


5.3 PPF:光合光子通量(Photosynthetic Photon Flux)

是指波長在400-700nm波段里,太陽光或人造光源每秒輻射出光子的微摩爾數量,單位umol/s。


5.4 PPFD:光合光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density)

與PPF相對應的是每平方米每秒光源輻射出的微摩爾數量,單位umol/m2s ,是密度的概念。

PPFD是表示在一平方米范圍里的PPF

PPFD是個與輻射距離相關的物理量,與照射距離的平方成反比。

1 PPFD 表示每秒1微摩爾的光子數量輻射在1平方米的表面。

1umol/m2s(PPFD)在微觀層面表示10平方納米里有6個光子。


5。5 YPF:產生的光子通量(Yield Photon Flux)

是指在人造光源所發出的波長范圍里,每秒輻射出的光子微摩爾數量,單位umol/s。通常認為的波段是360-760nm,對于LED光源,波長范圍設定為380-800nm。

YPF與PPF的區別是YPF的波長范圍更大。


5.6 YPFD:產生的光子通量密度(Yield Photon Flux Density)

與YPF相對應的是每平方米每秒輻射的微摩爾數,單位umol/m2s ,是密度的概念。


YPFD是表示在一平方米范圍里的YPF。

YPFD是個與輻射距離相關的物理量,與照射的距離的平方成反比。

YPFD更能準確的表達LED植物燈光質的光量。

對于單色的紅光與藍光譜,YPF=PPF,其他光譜PPF<YPF。

PAR與PPFD的區別,PAR是個物理概念,而PPFD的這個物理概念的單位。


PPFD(YPFD)與PPF(YPF)的關系:

PPFD(YPFD)是由種植工藝參數得出的基本量,PPF(YPF)是燈具制造的主要參數。

為了清晰了解輻射、照明、植物光合作用的三個概念,我們制作了下面的表格。

   人造光源的輻射、照明、植物光合作用這三個概念對比表:


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