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温室补光灯分类和应用简介

 晨晓光 2016-12-18

设施农业补光系统的功能是为植物提供合适的光照,有的是为了延长种植季节甚至达到全年种植的目的,有的是为了最大限度提高作物产品的产量和品质,有的是为了打破植物生长规律,从而提前或推迟开花或结果的时间。


在发达国家和地区,补光在花卉、蔬菜、瓜果甚至牧草等方面有着大规模和成熟的应用,其中大多数对作物的周年生长很重要,另外,补光系统对育苗的作用也是非常大的。 


目前市场上广泛应用的主要有四类补光灯,简介如下:

一、农用高压气体放电灯(HID)

HID是目前电光转换效率最高的,最具可行性的,也是市场应用最广泛的植物补光产品,HID又可以分为两类产品:

  1. 金卤灯

              

金卤灯能够产生大量的蓝光,蓝光可以明显促进植物生长,尤其是对绿叶植物,蓝光使植物更紧凑和健壮。如果没有日照或者日照明显不足,金卤灯的光品质较接近太阳光,最适合做主光源,为植物提供主要的光照来源。金卤灯的经济运行时间是1万小时,超过这个时间,灯泡并不是不亮了,而是经过这么长的时间,灯已经老化,发光效率已经很低(更多的电能直接变成热散掉了,而不是光),一般不建议等到它不亮了才更换灯泡,那样可能耗费的电能更多而光照又不能满足要求。

        

2.    高压钠灯

           
高压钠灯发出来的光以红橙色为主,也包括一小部分蓝光。这种光对促进植物开花结果效果明显,在日照相对不足时,高压钠灯是理想的光源,用于适当增加光照;也因此,高压钠灯是目前应用最广泛的植物补光光源。


高压钠灯的大量应用,还有其它原因。一是寿命长,能达到金卤灯的2倍,但灯泡老化后,它会耗费更多电能,同时发出的光更少,也就是发光效率会急剧下降。二是它发光效率很高,1000瓦的灯泡能达到140流明/瓦,100瓦的也能达到105流明/瓦。


高压钠灯也有不足--------发出的光中蓝光比例很低。在育苗过程中,单独使用钠灯补光,这可能导致叶片细长、徒长。当然,如果把高压钠灯和金卤灯混合应用在温室里(没有日光),或者高压钠灯配合日光使用,可能可以避免这个现象。


二、 紧凑型节能灯和管状节能灯


一直以来,日光灯都被认为没有办法在设施农业中大规模应用(除了组培以外),因为体积太大,发光效率也不高。但近几年以前,紧凑型节能灯CFL 和 管状节能灯T5(直径5/8英寸,约1.6cm;室内照明常见的是T12,即直径12/8英寸,约3.8cm) 两类全光谱的日光灯改变了人们的看法。它们的光效能达到75到90流明/瓦,而且光的品质也很不错,各种颜色的光搭配更合理些,同时,比起高压钠灯和金卤灯,这两种灯生成的热更少,可以放置得离植物很近,比如10厘米,这样植物会更好地吸收和利用这些光。经验表明,这种灯距离作物面,一般都在1.5米以内。


色温为2700K到3000K的这类产品适合催花,因为它的光谱中,红色成分更多;5000K到6500K的是全光谱产品,因其蓝色光谱成分较多而更能够促进营养生长。

全光谱T12灯管非常适合育苗,在草花和非洲紫罗兰等需要低照度的作物上应用广泛。与之相比,T5灯管可以以更高的效率提供更优质的光谱,更有利于应用在花芽分化和提高花的品质上。


三、白炽灯类植物补光灯

用白炽灯做补光是用电量效率极低的一种方式,而且,其光品质也最差(尽管光谱成分中红蓝比例更接近太阳光),红外线很多,起到的是“烤电”的作用,对植物有害。按道理,白炽灯一般只适合家庭盆栽植物。

以每度电发出的有效光的量来比较,100瓦白炽灯和20瓦CFL节能灯差不多,和12瓦钠灯产不多。


四、LED植物补光灯


LED是最新型的补光灯种类,被称为目前最高效、发热量最小的补光灯产品。但全球的应用现状表明,LED产品在植物补光行业,还没有规模应用的迹象。从各方面,包括企业和科研单位,发表的数据显示,LED在节能、效率、寿命、补光效果等植物补光关注的各个重要方面,存在着明显分歧。

附录:

1.植物补光灯比较



注:

1.  以上数据在使用专业反光器的情况下得出。

2.  无日照是指在没有日照,只有人工补光的情况下。

3.  有日照是指作为日照不足时的辅助补光。

4.  T5的灯管温度:38~49℃;紧凑型节能灯管温度:54~82℃;白炽灯泡温度:105~127℃;金卤灯/钠灯:230~290℃。

 

2.不同光谱成分对植物的影响

200 - 280 nm

紫外线,对植物不利

280 - 315 nm

紫外线,使植物叶片枯萎

315 - 380 nm

紫外线,好坏不明显

380 - 400 nm

可见光,被叶绿素吸收. 防紫外线棚膜可以较好的屏蔽掉比这部分波长更短的光(紫外线)

400 - 520 nm

包含紫色、蓝色、绿色,叶绿素可以大量吸收这部分光,对光和作用影响很大,促进营养生长。

520 - 610 nm

包含绿色、黄色、橙色,植物吸收相对较少

610 - 720 nm

主要是红色,大量的被叶绿素吸收,对光和作用影响最大,促进花芽分化和开花

720 - 1000 nm

叶绿素基本不吸收,但影响开花和结果。部分光是红外线,以及热辐射。

1000+ nm

红外线区,所有的能量都转换成热能


植物对光的一般敏感特性 


人眼对光的敏感特性


3.从植物的角度看不同光源的发光效率

在以往的照明行业中,在描述不同光源的发光效率时,一般用流明/瓦做单位,比如钠灯的光效能达到140流明/瓦,金卤灯能做到125流明/瓦,而日光灯管是39流明/瓦,白炽灯是18流明/瓦。值得一提的是,白光LED、红光LED、蓝光LED的光效是不同的,而且因为技术发展很快,测量方法多样,对LED发光效率的评价可谓众说纷纭,现阶段(2012年)比较可信的是白光LED接近100流明/瓦,红光和蓝光的在50流明/瓦左右。


需要明确的是,这是用人眼睛能看见的光(可见光)来考量的,植物能够“看到”的比人能看到的光要多,也就是说,植物是能“看见”并能“接受”人眼的看不见的光,如红外线和紫外线,从植物的角度来考量灯的发光效率,其结果会和以上结论不同。


在植物补光领域,一般用光合作用有效光子数来衡量,单位是每瓦每秒发出多少有效光子数量,即umol/w/s。

下表描述100瓦功率的不同光源发出的光,植物能够感知的光合作用有效光子数。由此可见,不考虑LED时,对植物来讲,高压钠灯是最省电的。


白炽灯

高压钠灯

金卤灯

白光节能灯

LED

植物感知(umol/s)

34

148

124

87

不同颜色组合差别很大


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