Analyse des avantages du supplément d'éclairage à semi-conducteur pour serre- Universelite Co., Ltd

Analyse des avantages du supplément d'éclairage à semi-conducteur pour serre

Analyse des avantages des sources lumineuses Les lampes à incandescence sont des sources lumineuses courantes pour créer la lumière du soleil à long terme, mais leur efficacité électrique est faible et le faible rapport entre la lumière rouge et la lumière rouge lointaine ne peut pas améliorer l'allongement de la tige. Elles sont donc progressivement interdites de vente et utiliser. Les lampes fluorescentes compactes et les SHP sont plus économes en énergie et ont un rapport R:FR élevé. HPS a trois types de 400W, 600W et 1000W. Les sources lumineuses traditionnelles telles que HPS ne peuvent pas lancer de produits à faible consommation d'énergie et leurs applications sont limitées. 1000W est plus populaire car moins de lampes de ce type sont nécessaires pour obtenir la même intensité lumineuse. Dans la pratique de l'éclairage d'appoint dans les serres, la réduction du nombre de lampes permet de réduire efficacement le degré de lumière naturelle bloqué par les réflecteurs des lampes. Une régulation économe en énergie et efficace de la lumière naturelle nécessite un système de contrôle intelligent pour ajuster la quantité de lumière artificielle en fonction de l'intensité de la lumière naturelle.

En comparaison, l'efficacité de conversion photoélectrique de HPS est de 30 %, tandis que la lampe à incandescence n'est que de 6 % et l'efficacité de conversion photoélectrique de la lampe LED est de 40 %. L'autre énergie électrique est convertie en énergie thermique, chauffant la température ambiante de la serre. En fait, il n'est pas économique d'utiliser le chauffage électrique, et dans des conditions météorologiques clémentes, une température élevée n'est pas bonne pour la production, il est donc nécessaire d'allumer les ventilateurs et autres équipements pour refroidir. Le spectre HPS comprend la lumière composite de la lumière jaune, de la lumière orange et de la lumière rouge. Il doit ajouter de la lumière bleue pour avoir une qualité de lumière plus efficace. Les plantes ont besoin d'une certaine quantité de lumière bleue pour le développement et la morphologie normaux des plantes. De plus, la lumière rouge lointaine est également importante pour la morphogenèse, et le rapport entre la lumière rouge, bleue et rouge lointaine doit être ajusté.

Les lumières ou modules LED doivent être blindés pour la qualité de la lumière, les performances d'étanchéité, la compacité et la surface de protection contre la lumière réduite. Les méthodes de dissipation thermique comprennent les LED refroidies par eau, les LED passives refroidies par gaz et les LED actives refroidies par gaz. La dissipation thermique des LED a toujours été un problème qui doit être sérieusement résolu. La dissipation de chaleur et le chauffage HPS peuvent réchauffer les plantes et augmenter la respiration. À son tour, la respiration réduit la température des feuilles.

En 2007, certaines entreprises aux Pays-Bas ont introduit des modules LED spéciaux pour l'industrie des serres. En 2008-2009, des expériences d'éclairage LED à grande échelle ont été menées sur des roses, des tomates, des poivrons, des concombres et des plantes médicinales. Les résultats des expériences étaient mitigés. Les LED ont un potentiel de régulation de la photopériode et d'application de lumière supplémentaire dans les serres, mais il existe relativement peu d'études sur les cultures horticoles, et leur application peut être limitée à la production de plantes spéciales en raison du coût élevé (Runkle et al., 2011). L'éclairage supplémentaire à LED dans les serres est une technologie très prometteuse qui peut capturer efficacement une meilleure photosynthèse des plantes (les LED rouges sont plus élevées que les HPS), initier des réponses spéciales des plantes ou guider les processus et l'équilibre des plantes grâce à la modulation spéciale de la qualité de la lumière LED (Nederhoff, 2010) .

Analyse de la technologie d'éclairage

Les méthodes de lumière de remplissage comprennent la lumière de remplissage supérieure, la lumière de remplissage interligne, la lumière de remplissage multicouche et d'autres formes. Par rapport aux sources lumineuses traditionnelles, la taille, la forme et la conception de la puissance des lampes à source lumineuse LED peuvent être librement agrandies, la méthode de suspension est flexible et le poids est léger. Il a dérivé une variété de modes de technologie d'éclairage supplémentaires, qui sont bien adaptés aux méthodes de plantation en serre, aux types de cultures et aux formes de la canopée. Besoins pratiques divers.

Analyse des avantages de l'éclairage

La technologie d'éclairage pour la croissance des plantes progresse rapidement, offrant de nombreuses options d'éclairage supplémentaire dans les serres. Nelson et Bughee (2014) ont rapporté l'efficacité photosynthétique quantique (400 ~ 700 nm) et les caractéristiques de distribution du rayonnement photonique de 2 types d'appareils HPS double face, 5 types d'appareils HPS à base de mogul, 10 types d'appareils LED, 3 types de cermet lampes et 2 types de lampes fluorescentes. Les 2 LED les plus efficaces et les 2 dispositifs HPS bifaciaux les plus efficaces ont quasiment la même efficacité, entre 1. 66 et 1. 7 μmol/J. L'efficacité de ces quatre dispositifs est nettement supérieure à l'efficacité de 1,02 μmol/J des lampes cermet couramment utilisées. 95 μmol/J。 L'efficacité des meilleures lampes métallo-céramique et lampes fluorescentes était de 1, 46 et 0, 95 μmol / J.

L'auteur a calculé le coût d'investissement initial de chaque quantum de lumière émis par l'appareil et a précisé que le coût des appareils à LED est de 5 à 10 fois supérieur à celui des appareils HPS. La facture d'électricité sur 5 ans plus le coût par mole des appareils à photons est 2,3 fois plus élevée que celle des appareils à LED. En termes de coûts d'électricité, les résultats de l'analyse montrent que les coûts de maintenance à long terme sont très faibles. Si le système de production a un grand espace vide, la fonction unique du dispositif LED est qu'il peut concentrer efficacement le quantum de lumière sur une partie spécifique, de sorte que la canopée de la plante puisse capter plus de quantum de lumière. Mais l'analyse montre que le rayonnement photonique est coûteux pour tous les appareils d'éclairage. Le coût le plus bas du système d'éclairage ne peut être atteint que lorsque des dispositifs électroluminescents à haut rendement sont combinés à un piégeage efficace des photons de la canopée.

Les progrès de la technologie d'éclairage et de l'efficacité des luminaires ont fourni de nombreuses options d'éclairage supplémentaire dans les serres, y compris de nombreux luminaires à LED. De grands progrès ont été réalisés dans trois aspects de la composition des lampes à décharge à haute intensité (HID) [y compris les lampes au sodium à haute pression (HPS) et les lampes aux halogénures métalliques céramiques (CMI)], y compris les lampes (ampoules), les sources lumineuses ( réflecteurs) et les ballasts (ballast). Le HPS avec ballast électronique et ampoule double face est 1,7 fois le HPS du dispositif HPS à base de bosses. L'analyse comprend deux paramètres, l'efficacité de la lampe, c'est-à-dire la détermination du nombre de photons photosynthétiques par joule (photons) et l'efficacité de capture du flux quantique photosynthétique (400-700nm) dans la canopée, qui fait partie des photons atteignant la plante part. L'efficacité électrique de la croissance des plantes est mesurée en nombre de photons photosynthétiques par joule.

L'efficacité électrique des luminaires est souvent exprimée en unités de perception humaine de la lumière (lumens émis par watt) ou d'efficacité énergétique (watts de rayonnement émis par watt d'entrée électrique). Cependant, la photosynthèse et la croissance des plantes sont mesurées en moles quantiques de lumière. Par conséquent, les comparaisons d'efficacité lumineuse basées sur l'efficacité quantique de la lumière doivent utiliser l'unité de quantité quantique photosynthétique produite par joule d'apport d'énergie. Ceci est encore plus important pour les LED car les couleurs de lumière électriquement efficaces se situent dans les régions de longueur d'onde du rouge profond et du bleu. Les photons rouges ont une capacité d'énergie rayonnante inférieure permettant à plus de photons de fournir par unité d'entrée d'énergie (l'énergie rayonnante est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, équation de Planck). À l'inverse, la lumière bleue est 53 % plus économe en énergie que la lumière rouge (49 % et 32 %), mais la lumière bleue n'est que 9 % plus efficace quantique en photons que la lumière rouge (1,87/1,72). Il existe des malentendus concernant l'effet de la qualité de la lumière sur la croissance des plantes, et de nombreux fabricants affirment que la qualité de la lumière favorise la croissance des plantes1 (répartition spectrale et rapport de la lumière monochromatique).

L'évaluation de l'impact de la qualité de la lumière sur la photosynthèse des plantes est largement dérivée de la courbe de rendement quantique de lumière (YPF), qui montre que la lumière rouge-orange de 600 ~ 660 mm est 20% ~ 30% supérieure à la lumière bleu-vert et bleu lumière de 400 ~ 460nm pour la photosynthèse. Lors de l'analyse de la qualité de la lumière basée sur la courbe YPF, le HPS fonctionne aussi bien ou mieux que les meilleurs luminaires LED car il a une sortie de photons élevée autour de 600 nm et une sortie plus faible dans les régions de lumière bleue, bleu-vert et verte.

La courbe spectrale de l'avortement quantique a été formée sur la base de données de mesure à court terme dans des conditions de feuille unique et de faible intensité lumineuse (Nelson et Bugbee, 2014). Cependant, les courbes YPF sont tirées de mesures à court terme de feuilles individuelles dans des conditions de faible luminosité. La chlorophylle et les pigments de chlorophylle ont une faible capacité à absorber la lumière verte (Terashima et al., 2009), mais Terashima et al. (2009) ont souligné que l'efficacité de la photosynthèse des feuilles de tournesol alimentées par une lumière verte mélangée à une forte lumière blanche est supérieure à celle de la lumière rouge. Par conséquent, la lumière verte est souvent considérée comme inefficace pour la croissance des plantes, mais la lumière verte peut être efficace pour la croissance des plantes dans des conditions de lumière vive. Les LED vertes à haute intensité peuvent améliorer efficacement la croissance des plantes, en particulier la lumière verte à courte longueur d'onde est plus efficace pour la croissance des plantes (Johkan et al., 2012).

Au cours des 30 dernières années, de nombreuses études à long terme sur des plantes entières dans des conditions de forte intensité lumineuse ont montré que la qualité de la lumière a un effet beaucoup plus faible sur le taux de croissance des plantes que l'intensité lumineuse (Cope et al., 2014 ; Johkan et al., 2012 ). La qualité de la lumière, en particulier la lumière bleue, peut modifier les taux d'expansion des cellules et des feuilles (Dougher et Bug-bee, 2004), la hauteur des plantes, la morphologie des plantes (Cope et Bug-bee, 2013 ; Dougher et Bug-bee, 2001) chez plusieurs plantes ; Yorio et al., 2001). Mais l'impact direct de la lumière bleue sur la photosynthèse est minime. Les effets de la qualité de la lumière sur le poids sec et frais de la plante entière se produisent généralement sous une exposition faible ou nulle à la lumière naturelle en raison de changements dans l'expansion des feuilles et la capture du rayonnement au début de la croissance (Cope et al., 2014).

Sur la base du nombre de moles quantiques de lumière photosynthétique par joule, les couleurs de lumière avec l'efficacité électrique la plus élevée de la lumière LED sont la lumière bleue, la lumière rouge et la lumière blanche froide, de sorte que les lampes LED sont généralement combinées pour générer ces couleurs. D'autres couleurs de qualité de lumière LED peuvent être utilisées pour améliorer la qualité de la lumière de longueurs d'onde spécifiques afin de contrôler certains aspects de la croissance des plantes grâce aux propriétés de la lumière monochromatique (Ya2012 ; Morrow et Tibbitts, 2008). L'absence de rayonnement UV dans les luminaires à LED due aux LED UV réduit considérablement l'efficacité du luminaire. La lumière du soleil contient des UV qui représentent 9 % du PPF, et les sources de lumière électrique standard contiennent 0,3 % à 8 % du rayonnement UV. Le manque d'UV conduit à certains désordres des plantes dans des conditions d'ensoleillement (intunmescence, Morrow et Tibbitts, 1988). L'absence de rayonnement rouge lointain (710 ~ 740 nm) des lampes LED pour la lumière supplémentaire photosynthétique raccourcit le temps de floraison de plusieurs plantes photopériodiques (GraigRungle, 2013). La lumière verte (530 ~ 580 nm), manquante ou absente dans les luminaires à LED, est capable de pénétrer dans la canopée et d'être délivrée plus efficacement aux feuilles inférieures (Kim et al., 2004). Autrement dit, la longueur d'onde de chaque quantum de lumière incidente a un impact sur la photosynthèse relative d'une seule feuille sous une faible intensité lumineuse (150 μmol/㎡).