Analyse der Vorteile von Greenhouse Semiconductor Lighting Supplement- Universelite Co., Ltd

Analyse der Vorteile von Greenhouse Semiconductor Lighting Supplement

Analyse der Vorteile von Lichtquellen Glühlampen sind gängige Lichtquellen für die Erzeugung von Langzeitsonnenlicht, aber ihr elektrischer Wirkungsgrad ist gering, und das niedrige Verhältnis von rotem zu dunkelrotem Licht kann die Stängelverlängerung nicht verbessern, weshalb sie nach und nach vom Verkauf ausgeschlossen werden verwenden. Kompaktleuchtstofflampen und HPS sind energieeffizienter und haben ein hohes R:FR-Verhältnis. HPS verfügt über drei Typen: 400 W, 600 W und 1000 W. Herkömmliche Lichtquellen wie HPS können keine Produkte mit geringem Stromverbrauch auf den Markt bringen und ihre Einsatzmöglichkeiten sind begrenzt. 1000W ist beliebter, da weniger solcher Lampen benötigt werden, um die gleiche Lichtintensität zu erreichen. Bei der Zusatzbeleuchtung in Gewächshäusern kann durch die Reduzierung der Anzahl der Lampen der Grad des natürlichen Lichts, das durch die Reflektoren der Lampen blockiert wird, wirksam verringert werden. Eine energiesparende und effiziente Regulierung des natürlichen Lichts erfordert ein intelligentes Steuerungssystem, das die Menge des künstlichen Lichts entsprechend der Intensität des natürlichen Lichts anpasst.

Im Vergleich dazu beträgt die photoelektrische Umwandlungseffizienz von HPS 30 %, während die Glühlampe nur 6 % beträgt und die photoelektrische Umwandlungseffizienz von LED-Lampen 40 % beträgt. Andere elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt und erwärmt so die Umgebungstemperatur des Gewächshauses. Tatsächlich ist die Verwendung einer Elektroheizung unwirtschaftlich, und bei milden Wetterbedingungen sind hohe Temperaturen nicht gut für die Produktion. Daher müssen Ventilatoren und andere Geräte zum Abkühlen eingeschaltet werden. Das HPS-Spektrum umfasst das zusammengesetzte Licht aus gelbem Licht, orangefarbenem Licht und rotem Licht. Für eine effektivere Lichtqualität muss etwas blaues Licht hinzugefügt werden. Pflanzen benötigen für eine normale Pflanzenentwicklung und -morphologie eine bestimmte Menge an blauem Licht. Darüber hinaus ist fernrotes Licht auch für die Morphogenese wichtig und das Verhältnis zwischen rotem, blauem und fernrotem Licht muss angepasst werden.

LED-Leuchten oder -Module müssen auf Lichtqualität, Wasserdichtigkeit, Kompaktheit und reduzierte lichtabschirmende Oberfläche geprüft werden. Zu den Wärmeableitungsmethoden gehören wassergekühlte LEDs, passiv gasgekühlte LEDs und aktive gasgekühlte LEDs. Die Wärmeableitung von LEDs war schon immer ein Problem, das ernsthaft gelöst werden muss. Die Wärmeableitung und Erwärmung von HPS kann Pflanzen erwärmen und die Atmung verbessern. Die Atmung wiederum senkt die Blatttemperatur.

Im Jahr 2007 führten einige Unternehmen in den Niederlanden spezielle LED-Module für die Gewächshausindustrie ein. In den Jahren 2008–2009 wurden einige groß angelegte LED-Beleuchtungsexperimente an Rosen, Tomaten, Paprika, Gurken und Heilpflanzen durchgeführt. Die Ergebnisse der Experimente waren gemischt. LEDs haben das Potenzial, die Photoperiode zu regulieren und zusätzliches Licht in Gewächshäusern einzusetzen, es gibt jedoch relativ wenige Studien zu Gartenbaukulturen, und ihre Anwendung könnte aufgrund der hohen Kosten auf die Produktion spezieller Pflanzen beschränkt sein (Runkle et al., 2011). LED-Zusatzbeleuchtung in Gewächshäusern ist eine vielversprechende Technologie, die eine bessere Pflanzenphotosynthese (rote LEDs sind höher als HPS) effektiv einfangen, spezielle Pflanzenreaktionen auslösen oder Pflanzenprozesse steuern und durch LED-Speziallichtqualitätsmodulation ausgleichen kann (Nederhoff, 2010).

Analyse der Lichttechnik

Zu den Fülllichtmethoden gehören Top-Fülllicht, Interline-Fülllicht, mehrschichtiges Fülllicht und andere Formen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen können Größe, Form und Leistungsdesign von LED-Lichtquellenlampen frei vergrößert werden, die Aufhängungsmethode ist flexibel und das Gewicht ist gering. Es hat eine Vielzahl zusätzlicher Lichttechnologiemodi abgeleitet, die gut an Gewächshauspflanzmethoden, Kulturarten und Überdachungsformen angepasst sind. Vielfältige praktische Bedürfnisse.

Analyse des Beleuchtungsnutzens

Die Beleuchtungstechnologie für das Pflanzenwachstum schreitet rasant voran und bietet viele Möglichkeiten für die zusätzliche Beleuchtung in Gewächshäusern. Nelson und Bughee (2014) berichteten über die photosynthetische Quanteneffizienz (400–700 nm) und die Photonenstrahlungsverteilungseigenschaften von zwei Arten von doppelseitigen HPS-Geräten, fünf Arten von Mogul-basierten HPS-Geräten, zehn Arten von LED-Geräten und drei Arten von Cermet Lampen und 2 Arten von Leuchtstofflampen. Die beiden effizientesten LEDs und die beiden effizientesten bifazialen HPS-Geräte haben nahezu den gleichen Wirkungsgrad, nämlich zwischen 1,66 und 1,7 μmol/J. Der Wirkungsgrad dieser vier Geräte ist deutlich höher als der Wirkungsgrad von 1,02 μmol/J üblicherweise verwendeter Cermet-Lampen. 95 μmol/J. Die Effizienz der besten Metallkeramiklampen und Leuchtstofflampen betrug 1,46 und 0,95 μmol/J.

Der Autor berechnete die anfänglichen Investitionskosten für jedes vom Gerät emittierte Lichtquant und stellte klar, dass die Kosten von LED-Geräten fünf- bis zehnmal so hoch sind wie die von HPS-Geräten. Die 5-Jahres-Stromrechnung zuzüglich der Kosten pro Mol ist bei Photonengeräten 2,3-mal höher als bei LED-Geräten. Bezogen auf die Stromkosten zeigen die Analyseergebnisse, dass die langfristigen Wartungskosten sehr gering sind. Wenn das Produktionssystem über große Lücken verfügt, besteht die einzigartige Funktion des LED-Geräts darin, dass es die Lichtquanten effektiv auf einen bestimmten Teil konzentrieren kann, sodass das Pflanzendach mehr Lichtquanten einfangen kann. Die Analyse zeigt jedoch, dass Photonenstrahlung für alle Beleuchtungskörper kostspielig ist. Die niedrigsten Beleuchtungssystemkosten können nur erreicht werden, wenn hocheffiziente lichtemittierende Geräte mit einem effizienten Photoneneinfang in der Baumkrone kombiniert werden.

Fortschritte in der Beleuchtungstechnologie und der Leuchteneffizienz haben viele Optionen für die Zusatzbeleuchtung in Gewächshäusern geschaffen, darunter viele LED-Leuchten. Große Fortschritte wurden in drei Aspekten der Lampenzusammensetzung für Hochdruckentladungslampen (HID) [einschließlich Natriumhochdrucklampen (HPS) und keramische Metallhalogenidlampen (CMI)] erzielt, darunter Lampen (Glühbirnen), Lichtquellen ( Reflektoren) und Vorschaltgeräte (Vorschaltgerät). Das HPS mit elektronischem Vorschaltgerät und doppelseitiger Glühbirne ist 1,7-mal so hoch wie das HPS-Gerät auf Mogul-Basis. Die Analyse umfasst zwei Parameter: die Lampeneffizienz, d. h. die Bestimmung der Anzahl der photosynthetischen Photonen pro Joule (Photonen), und die Einfangeffizienz des photosynthetischen Quantenflusses (400–700 nm) im Blätterdach, der einen Teil der Photonen erreicht die Pflanze verlässt. Die elektrische Effizienz des Pflanzenwachstums wird in der Anzahl der photosynthetischen Photonen pro Joule gemessen.

Der elektrische Wirkungsgrad von Leuchten wird häufig in Einheiten der menschlichen Lichtwahrnehmung (ausgestrahlte Lumen pro Watt) oder der Energieeffizienz (ausgestrahlte Watt Strahlung pro Watt elektrischer Eingangsleistung) ausgedrückt. Photosynthese und Pflanzenwachstum werden jedoch in Quantenmolen Licht gemessen. Daher sollte bei Vergleichen der Lichteffizienz, die auf der Lichtquanteneffizienz basieren, die Einheit der photosynthetischen Quantenmenge verwendet werden, die pro Joule Energiezufuhr erzeugt wird. Bei LEDs ist dies umso wichtiger, da die elektrisch effizienten Lichtfarben im tiefroten und blauen Wellenlängenbereich liegen. Rote Photonen haben eine geringere Strahlungsenergiekapazität, wodurch mehr Photonen pro Einheit Energiezufuhr abgegeben werden können (Strahlungsenergie ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge, Planck-Gleichung). Umgekehrt ist blaues Licht 53 % energieeffizienter als rotes Licht (49 % und 32 %), aber blaues Licht ist nur 9 % photonenquanteneffizienter als rotes Licht (1,87/1,72). Es gibt Missverständnisse über den Einfluss der Lichtqualität auf das Pflanzenwachstum und viele Hersteller behaupten, dass die Lichtqualität das Pflanzenwachstum fördert1 (spektrale Verteilung und Verhältnis von monochromatischem Licht).

Die Bewertung des Einflusses der Lichtqualität auf die Photosynthese von Pflanzen wird weitgehend aus der Lichtquantenausbeutekurve (YPF) abgeleitet, die zeigt, dass das rot-orange Licht von 600–660 mm 20–30 % höher ist als das blaugrüne und blaue Licht von 400–460 nm für die Photosynthese. Bei der Analyse der Lichtqualität anhand der YPF-Kurve schneidet HPS genauso gut oder sogar besser ab als bessere LED-Leuchten, da es eine hohe Photonenleistung um 600 nm und eine geringere Leistung im blauen, blaugrünen und grünen Lichtbereich aufweist.

Die Spektralkurve der Quantenabtreibung wurde auf der Grundlage von Kurzzeitmessdaten unter der Bedingung eines einzelnen Blattes und geringer Lichtintensität erstellt (Nelson und Bugbee, 2014). Allerdings werden YPF-Kurven aus Kurzzeitmessungen einzelner Blätter bei schlechten Lichtverhältnissen erstellt. Das Chlorophyll und seine Pigmente haben eine schwache Fähigkeit, grünes Licht zu absorbieren (Terashima et al., 2009), aber Terashima et al. (2009) wiesen darauf hin, dass die Photosyntheseeffizienz von Sonnenblumenblättern, angetrieben durch grünes Licht gemischt mit starkem weißem Licht, höher ist als die von rotem Licht. Daher wird grünes Licht oft als unwirksam für das Pflanzenwachstum angesehen, grünes Licht kann jedoch unter hellen Lichtbedingungen für das Pflanzenwachstum wirksam sein. Hochintensive grüne LEDs können das Pflanzenwachstum effektiv verbessern, insbesondere kurzwelliges grünes Licht ist effektiver für das Pflanzenwachstum (Johkan et al., 2012).

In den letzten 30 Jahren haben viele Langzeitstudien an ganzen Pflanzen unter Bedingungen hoher Lichtintensität gezeigt, dass die Lichtqualität einen viel geringeren Einfluss auf die Pflanzenwachstumsrate hat als die Lichtintensität (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012). ). Die Lichtqualität, insbesondere blaues Licht, kann bei mehreren Pflanzen die Zell- und Blattausdehnungsrate (Dougher und Bug-bee, 2004), die Pflanzenhöhe und die Pflanzenmorphologie (Cope und Bug-bee, 2013; Dougher und Bug-bee, 2001) verändern; Yorio et al., 2001). Der direkte Einfluss von blauem Licht auf die Photosynthese ist jedoch minimal. Auswirkungen der Lichtqualität auf das Trocken- und Frischgewicht der gesamten Pflanze treten im Allgemeinen auf, wenn keine oder nur eine geringe natürliche Lichteinwirkung vorliegt, was auf Veränderungen in der Blattausdehnung und der Strahlungserfassung zu Beginn des Wachstums zurückzuführen ist (Cope et al., 2014).

Basierend auf der Anzahl der photosynthetischen Lichtquantenmole pro Joule sind die Lichtfarben mit der höchsten elektrischen Effizienz von LED-Licht blaues Licht, rotes Licht und kaltweißes Licht, daher werden LED-Lampen im Allgemeinen kombiniert, um diese Farben zu erzeugen. Andere Farben der LED-Lichtqualität können verwendet werden, um die Lichtqualität bestimmter Wellenlängen zu verbessern und bestimmte Aspekte des Pflanzenwachstums mithilfe monochromatischer Lichteigenschaften zu steuern (Ya2012; Morrow und Tibbitts, 2008). Die fehlende UV-Strahlung bei LED-Leuchten durch UV-LEDs verringert die Leuchteneffizienz deutlich. Sonnenlicht enthält UV-Strahlung, die 9 % des PPF ausmacht, und herkömmliche elektrische Lichtquellen enthalten 0,3 % bis 8 % der UV-Strahlung. Ein Mangel an UV-Strahlung führt unter Sonnenlichtbedingungen zu einigen Pflanzenstörungen (Intunmeszenz, Morrow und Tibbitts, 1988). Der Mangel an tiefroter Strahlung (710–740 nm) von LED-Lampen für photosynthetisches Zusatzlicht verkürzt die Blütezeit mehrerer photoperiodischer Pflanzen (GraigRungle, 2013). Grünes Licht (530–580 nm), das in LED-Leuchten fehlt oder nicht vorhanden ist, kann das Blätterdach durchdringen und effizienter an die unteren Blätter abgegeben werden (Kim et al., 2004). Das heißt, die Wellenlänge jedes einfallenden Lichtquants hat einen Einfluss auf die relative Photosynthese eines einzelnen Blattes bei geringer Lichtintensität (150 μmol/㎡).