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光影 光影空间 光影空间——全球领先的LED行业知识共享平台 365天，坚持不懈！只为带给你最新最实用的LED信息 企业在评估园艺照明的光源时，会面临多个考虑，包括：光强度、光谱、光分布均匀性、能源效率和灯具寿命。园艺照明系统可以将电能转换为用于植物生长发育、促进光合作用的光，而基于LED的光源可以为应用提供调谐频谱。 然而，确定这种固态照明(SSL)系统的效率或效能是一个挑战。影响照明系统整体效率的因素有几个。本文讨论照明设备的设计将如何影响能源效率，以及能源效率如何反过来影响受控植物生长环境的整体盈利能力。 事实上，园艺灯具将电能转换成可用光供植物生长的效力对受控环境农业(CEA)能否成功至关重要。 图1为受控环境农业(CEA)的一个垂直农场范例。 将照明解决方案安装在离农作物冠层几英寸以内是垂直农业应用的突破。 与设计不佳的LED解决方案和其他照明技术(如HPS和荧光灯)相比，正确设计的LED解决方案可实现每平方英尺更高的产量。 园艺的相关指标 植物主要利用波长在400-700nm的可见光进行光合作用(图2)，因此，此区段通常也被称为光合成有效辐射(PAR)。光合光子通量(PPF)测量照明系统每秒产生的PAR总量。测量时，使用积分球，用于捕获并测量照明系统发射的几乎所有光子。PPF的单位为每秒每平方米光子的摩尔数(μmol/s)。 图2 植物对光合有效辐射(PAR)的平均响应 光合光子通量密度(PPFD)测量到达植物冠层的PAR量。PPFD表示单位时间面积上在可见光波长范围的光量子数,单位為μmol/m2/s。 PPFD 也表示光量子的数量与光合作用间的相关性。 最后，我们讨论光子功效。光子功效指园艺照明系统将电能转换为PAR光子的效率。如果光的PPF与输入功率都已知的情况，就可以轻松计算园艺照明系统的光子功效。给定PPF的单位为μmol/ s，测量瓦特的单位是每秒焦耳(J/s)，分子和分母中的秒数消除，得到的单位为μmol/ J，这个单位就用于表示功效。这个数字越高，就表示照明系统将电能转换成PAR光子就越有效。 频谱和功效 影响园艺照明系统光子功效的另一个重要因素是发光的光谱。用于园艺照明系统的最有效波长是红色(660nm)和蓝色(450nm)。传统的LED园艺照明技术主要使用红色带较小比例的蓝色LED来实现最高的光子效能。 虽然红色LED具有最高的光子效能，但是植物在窄带波长下本身并没有生长。因此，在优化植物生长和发育方面，单一的红色LED不会产生最有效的光谱。与补充温室照明(图3)相比，在垂直农场中使用单一源照明的情况尤其如此。 (图3) 恶劣和肮脏的环境(如温室)可能会迅速导致主动冷却系统出现故障，从而导致整个照明系统出现故障。除了提高能源效率之外，被动冷却系统不需要容易断裂和堵塞的运动部件。 多家园艺照明厂商根据叶绿素a和b的吸收峰而宣称其产品有“特殊光谱”。但是，他们没有提到这些叶绿素颜料是从植物叶中提取并在体外测量的。光质量对 光合作用的作用光谱(图2)是由McCree和Inada在20世纪70年代进行研究时提出的。研究显示光合作用速率与叶绿素a和b的作用光谱之间有相关性，但它们并不是光合作用的唯一波长。在这项研究之前，存在一个常见的误解：认为叶绿素主要吸收可见光谱中的红色和蓝色部分，所以植物光合作用不使用绿光。 McCree和Inada进行的研究是理解光谱光质量对光合作用的影响的基础;但是，他们是基于低光强度下单叶测量光合作用而研究出了作用光谱。在过去30年中，对于光照强度较高下植物光合作用的研究有多次，表明光谱质量对生长速度的影响远小于光照强度。 光谱光质量对植物发育影响很大，如：种子发芽、茎伸长和开花以及次级代谢物和类黄酮，其影响植物的味道、外观和气味。因此，LED制造商需要在使用最具电效率的LED和种植者所希望的能促进植物最佳生长和发育习惯的LED之间找到平衡。 外形因素和光束控制 我们最后讨论的一个主题与灯具的外形、束流光学和光强度有关。考虑园艺照明系统的整体效率时，需要考虑PPFD和CU。但是，虽然灯具本身的光子功效对于园艺照明来说非常重要，但是如果在实际应用中产生的光没有均匀有效地照在作物上，那么该方案真正的能源效率将大大降低。 因为每个高压钠灯只有一个光源(360°灯泡)，所以需要依靠反射器将光均匀地散布在作物的冠层上。LED超过高压纳气灯的另一个优点是LED有数百个光源能通过定制的束流光学形成非常均匀的光带，无需使用反射器。图4描绘了典型的LED光引擎。 图4 从园艺照明系统发出的光的光谱(即颜色)对能源效率和整体植物的生长发育都有显著的影响。虽然红色和蓝色光效能更高，但是用图片中的光引擎实现的广谱可针对更多的光感受器来改善培养。 当适当设计后，这种形式的灵活性就让具有非常高CU的照明方案非常有优势，所产生的大部分光落在植物冠层上，而不会浪费在通道或墙壁上。这对于种植者在选择园艺照明系统时是至关重要的。 小贴士 并不是所有的LED照明系统都是一样的，所以对于种植者来说，从制造商那里获得照明设计十分重要，这些设计会显示在规定的安装高度时的平均PPFD以及在植物生长室的光分布模式。园艺照明系统的外形因素和光分布将影响所需灯具的数量，这是影响植物生长室整体能源效率的另一个因素。 园艺照明系统的能源效率取决于几个因素，而不仅仅是一个因素。使用正确的测量方法，了解影响园艺照明系统能源效率的几个因素将影响植物生长室的整体盈利能力。 |
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