Análisis de las ventajas del suplemento de iluminación de semiconductores de efecto invernadero- Universelite Co., Ltd

Análisis de las ventajas del suplemento de iluminación de semiconductores de efecto invernadero

Análisis de las ventajas de las fuentes de luz Las lámparas incandescentes son fuentes de luz comunes para crear luz solar a largo plazo, pero su eficiencia eléctrica es baja y la baja proporción de luz roja a luz roja lejana no puede mejorar el alargamiento del tallo, por lo que gradualmente se está prohibiendo su venta y usar. Las lámparas fluorescentes compactas y HPS son más eficientes energéticamente y tienen una alta relación R:FR. HPS tiene tres tipos de 400W, 600W y 1000W. Las fuentes de luz tradicionales como HPS no pueden lanzar productos de bajo consumo y sus aplicaciones son limitadas. 1000W es más popular porque se necesitan menos lámparas de este tipo para lograr la misma intensidad de luz. En la práctica de la iluminación suplementaria en invernaderos, la reducción del número de lámparas puede reducir efectivamente el grado de luz natural bloqueada por los reflectores de las lámparas. La regulación eficiente y ahorradora de energía de la luz natural requiere un sistema de control inteligente para ajustar la cantidad de luz artificial de acuerdo con la intensidad de la luz natural.

En comparación, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de HPS es del 30 %, mientras que la lámpara incandescente es solo del 6 %, y la eficiencia de conversión fotoeléctrica de la lámpara LED es del 40 %. Otra energía eléctrica se convierte en energía térmica, calentando la temperatura ambiente del invernadero. De hecho, no es económico utilizar calefacción eléctrica y, en condiciones climáticas templadas, las altas temperaturas no son buenas para la producción, por lo que es necesario encender los ventiladores y otros equipos para enfriar. El espectro HPS incluye la luz compuesta de luz amarilla, luz naranja y luz roja. Necesita agregar algo de luz azul para tener una calidad de luz más efectiva. Las plantas requieren una cierta cantidad de luz azul para su normal desarrollo y morfología. Además, la luz roja lejana también es importante para la morfogénesis, y es necesario ajustar la relación entre la luz roja, azul y roja lejana.

Las luces o módulos LED deben ser protegidos por calidad de luz, rendimiento a prueba de agua, compacidad y área de superficie de protección de luz reducida. Los métodos de disipación de calor incluyen LED enfriados por agua, LED pasivos enfriados por gas y LED activos enfriados por gas. La disipación de calor LED siempre ha sido un problema que debe resolverse seriamente. La disipación de calor y el calentamiento de HPS pueden calentar las plantas y aumentar la respiración. A su vez, la respiración reduce la temperatura de la hoja.

En 2007, algunas empresas de los Países Bajos introdujeron módulos LED especiales para la industria de los invernaderos. En 2008-2009, se llevaron a cabo algunos experimentos de iluminación LED a gran escala en rosas, tomates, pimientos, pepinos y plantas medicinales. Los resultados de los experimentos fueron mixtos. Los LED tienen potencial para la regulación del fotoperíodo y la aplicación de luz suplementaria en invernaderos, pero hay relativamente pocos estudios sobre cultivos hortícolas y su aplicación puede estar limitada a la producción de plantas especiales debido al alto costo (Runkle et al., 2011). La iluminación suplementaria LED en invernaderos es una tecnología muy prometedora que puede capturar de manera efectiva una mejor fotosíntesis de las plantas (los LED rojos son más altos que HPS), iniciar respuestas especiales de las plantas o guiar los procesos de las plantas y equilibrarlos a través de la modulación de la calidad de la luz especial LED (Nederhoff, 2010).

Análisis de la tecnología de iluminación.

Los métodos de luz de relleno incluyen luz de relleno superior, luz de relleno entre líneas, luz de relleno multicapa y otras formas. En comparación con las fuentes de luz tradicionales, el tamaño, la forma y el diseño de potencia de las lámparas de fuente de luz LED se pueden ampliar libremente, el método de suspensión es flexible y el peso es liviano. Ha derivado una variedad de modos de tecnología de luz suplementarios, que se adaptan bien a los métodos de plantación de invernaderos, tipos de cultivos y formas de dosel. Diversas necesidades prácticas.

Análisis de beneficios de iluminación

La tecnología de iluminación para el crecimiento de las plantas avanza rápidamente y ofrece muchas opciones para la iluminación adicional en los invernaderos. Nelson y Bughee (2014) informaron sobre la eficiencia cuántica fotosintética (400~700 nm) y las características de distribución de la radiación de fotones de 2 tipos de dispositivos HPS de doble cara, 5 tipos de dispositivos HPS basados en magnates, 10 tipos de dispositivos LED, 3 tipos de cermet Lámparas y 2 tipos de lámparas fluorescentes. Los 2 LED más eficientes y los 2 dispositivos HPS bifaciales más eficientes tienen casi la misma eficiencia, entre 1,66 y 1,7 μmol/J. La eficiencia de estos cuatro dispositivos es significativamente mayor que la eficiencia de 1,02 μmol/J de las lámparas cermet de uso común. 95 μmol/J。 La eficiencia de las mejores lámparas de metal cerámico y lámparas fluorescentes fue de 1, 46 y 0, 95 μmol/J.

El autor calculó el costo de inversión inicial de cada cuanto de luz emitido por el dispositivo y aclaró que el costo de los dispositivos LED es de 5 a 10 veces mayor que el de los dispositivos HPS. La factura de la luz a 5 años más el coste por mol de los dispositivos de fotones es 2,3 veces superior a la de los dispositivos LED. En términos de costos de electricidad, los resultados del análisis muestran que los costos de mantenimiento a largo plazo son muy pequeños. Si el sistema de producción tiene un espacio amplio, la función única del dispositivo LED es que puede concentrar efectivamente la cantidad de luz en una parte específica, de modo que el dosel de la planta pueda capturar más cantidad de luz. Pero el análisis muestra que la radiación de fotones es costosa para todos los dispositivos de iluminación. El costo más bajo del sistema de iluminación solo se puede lograr cuando los dispositivos emisores de luz de alta eficiencia se combinan con la captura eficiente de fotones en el dosel.

Los avances en la tecnología de iluminación y la eficiencia de las luminarias han brindado muchas opciones para la iluminación complementaria en los invernaderos, incluidas muchas luminarias LED. Se ha avanzado mucho en tres aspectos de la composición de las lámparas de descarga de alta intensidad (HID) [incluidas las lámparas de sodio de alta presión (HPS) y las lámparas de halogenuros metálicos cerámicos (CMI)], incluidas las lámparas (bombillas), las fuentes de luz ( reflectores) y balastos (balasto). El HPS con balasto electrónico y bombilla de doble cara es 1,7 veces el HPS del dispositivo HPS basado en mogul. El análisis incluye dos parámetros, la eficiencia de la lámpara, es decir, la determinación del número de fotones fotosintéticos por julio (fotones) y la eficiencia de captura del flujo cuántico fotosintético (400-700nm) en el dosel, que es una parte de los fotones que llegan la planta se va. La eficiencia eléctrica del crecimiento de las plantas se mide en el número de fotones fotosintéticos por julio.

La eficiencia eléctrica de las luminarias a menudo se expresa en unidades de percepción humana de la luz (lúmenes emitidos por vatio) o eficiencia energética (vatios de radiación emitidos por vatio de entrada eléctrica). Sin embargo, la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas se miden en moles cuánticos de luz. Por lo tanto, las comparaciones de eficiencia de luz basadas en la eficiencia cuántica de luz deben usar la unidad de cantidad cuántica fotosintética producida por julio de entrada de energía. Esto es aún más importante para los LED porque los colores de luz eléctricamente eficientes se encuentran en las regiones de longitud de onda de color rojo intenso y azul. Los fotones rojos tienen una capacidad de energía radiante más baja, lo que permite que entreguen más fotones por unidad de entrada de energía (la energía radiante es inversamente proporcional a la longitud de onda, ecuación de Planck). Por el contrario, la luz azul es un 53 % más eficiente energéticamente que la luz roja (49 % y 32 %), pero la luz azul es solo un 9 % más eficiente cuánticamente de fotones que la luz roja (1,87/1,72). Hay malentendidos sobre el efecto de la calidad de la luz en el crecimiento de las plantas, y muchos fabricantes afirman que la calidad de la luz promueve el crecimiento de las plantas1 (distribución espectral y proporción de luz monocromática).

La evaluación del impacto de la calidad de la luz en la fotosíntesis de las plantas se deriva ampliamente de la curva de rendimiento cuántico de luz (YPF), que muestra que la luz roja-naranja de 600~660 mm es un 20%~30% más alta que la luz azul-verde y azul. luz de 400~460nm para la fotosíntesis. Al analizar la calidad de la luz en función de la curva YPF, HPS funciona tan bien o mejor que las mejores luminarias LED porque tiene una salida de fotones alta alrededor de 600 nm y una salida más baja en las regiones de luz azul, azul-verde y verde.

La curva espectral del aborto cuántico se formó sobre la base de datos de medición a corto plazo en condiciones de una sola hoja y baja intensidad de luz (Nelson y Bugbee, 2014). Sin embargo, las curvas YPF se extraen de mediciones a corto plazo de hojas individuales en condiciones de poca luz. La clorofila y los pigmentos de la clorofila tienen una capacidad débil para absorber la luz verde (Terashima et al., 2009), pero Terashima et al. (2009) señalaron que la eficiencia de la fotosíntesis de las hojas de girasol impulsadas por luz verde mezclada con luz blanca intensa es mayor que la de la luz roja. Por lo tanto, la luz verde a menudo se considera ineficaz para el crecimiento de las plantas, pero la luz verde puede ser eficaz para el crecimiento de las plantas en condiciones de luz brillante. Los LED verdes de alta intensidad pueden mejorar efectivamente el crecimiento de las plantas, especialmente la luz verde de longitud de onda corta es más efectiva para el crecimiento de las plantas (Johkan et al., 2012).

En los últimos 30 años, muchos estudios a largo plazo en plantas enteras bajo condiciones de alta intensidad de luz han demostrado que la calidad de la luz tiene un efecto mucho menor en la tasa de crecimiento de la planta que la intensidad de la luz (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012). ). La calidad de la luz, especialmente la luz azul, puede alterar las tasas de expansión de las células y las hojas (Dougher y Bug-bee, 2004), la altura de la planta, la morfología de la planta (Cope y Bug-bee, 2013; Dougher y Bug-bee, 2001) en varias plantas; Yorio et al., 2001). Pero el impacto directo de la luz azul en la fotosíntesis es mínimo. Los efectos de la calidad de la luz en el peso seco y fresco de toda la planta generalmente ocurren con poca o ninguna exposición a la luz natural debido a los cambios en la expansión de las hojas y la captura de radiación al principio del crecimiento (Cope et al., 2014).

Según la cantidad de moles cuánticos de luz fotosintética por julio, los colores de luz con la mayor eficiencia eléctrica de la luz LED son la luz azul, la luz roja y la luz blanca fría, por lo que las lámparas LED generalmente se combinan para generar estos colores. Se pueden usar otros colores de la calidad de la luz LED para mejorar la calidad de la luz de longitudes de onda específicas para controlar ciertos aspectos del crecimiento de las plantas en virtud de las propiedades de la luz monocromática (Ya2012; Morrow y Tibbitts, 2008). La falta de radiación UV en las luminarias LED debido a los LED UV reduce significativamente la eficiencia de la luminaria. La luz solar contiene UV que representa el 9 % de la PPF, y las fuentes de luz eléctrica estándar contienen entre el 0,3 % y el 8 % de la radiación UV. La falta de UV conduce a algunos trastornos de las plantas en condiciones de luz solar (intumescencia, Morrow y Tibbitts, 1988). La falta de radiación de rojo lejano (710~740nm) de las lámparas LED para la luz suplementaria fotosintética acorta el tiempo de floración de varias plantas fotoperiódicas (GraigRungle, 2013). La luz verde (530~580nm), que falta o está ausente en las luminarias LED, puede penetrar el dosel y llegar más eficientemente a las hojas inferiores (Kim et al., 2004). Es decir, la longitud de onda de cada cuanto de luz incidente tiene un impacto en la fotosíntesis relativa de una sola hoja bajo una intensidad de luz baja (150 μmol/㎡).