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植物工厂种类和其中的照明技术灯笼

旭升机械网 2020-01-07 15:01:45

近年来,植物工厂成为新的热点,作为植物工厂内的环境因素,光?温度?湿度?风?CO??水?养分?植物支持体?照明?空气调节设备?栽培材料等各方面都受到关注。关于光照,缺乏对具体光谱成分的分析导致光质处理不纯;光强不一致;低于植物光补偿点;照射光源能效低等问题普遍存在。目前世界各国中,日本的植物工厂发展的最好,对于植物工厂系统的研究也相对较多。

最近的植物工厂主要是人工光型的多层式栽培,并且,由于LED具有长寿命、节能的效果,因此对于植物工厂中的LED照明存在诸多研究。

基本上对于植物有效的放射中,有生理的有效放射(300——800nm)和光合作用有效放射(PAR:400——700nm)两种。

生理的有效放射,公认为对于色素的生物合成、光周期性、趋光性、形态形成等等生理方面具有一些效果;

光合作用有效放射(PAR),成为光合作用的能量源,需要较强的光强度。

植物进行光合作用时,在PAR放射波长中并不是以相同效率进行。如同人们的眼睛有视感度,植物也有同样的广泛的感度曲线(光合作用作用曲线)。McCree(1972)和INADA(1976)的61种作物的光合作用曲线的平均值中,在红色光(625——675nm)具有大峰值,在蓝色光(440——450nm)具有小峰值。并且,该作用曲线的光质平衡为蓝色光24%、绿色光32%、红色光44%,显示出红色光的作用高、蓝色光的作用低。

讨论培育目的及经济性的同时,对植物培育所必须的光强度进行设定。代表性的植物的光饱和点和光补偿点参照下表。

作为植物工厂及栽培用光源,LED受瞩目的理由主要有四个:

植物是吸收特定波长的光以实现成长的,因而成长中并不需要可视光所包含的全部波长。

因而,利用各种光应答反应,栽培植物时利用LED,用特定波长的光对植物进行照射,能够高效促使植物成长。并且,预计将来,开花及结果时期的调节、植物的形态及营养成分的控制也会成为可能。

用于植物栽培的可视范围的LED光,红外范围的能量放射很少。因而,能够将光源贴近栽培植物设置。也就是说,按照栽培植物的高度安装光源,由于贴近照明,可以无浪费地给植物照射光。并且,LED小型轻量,加工容易,因而能够制作紧凑型照明装置。并且,采用LED光,由于去除掉照明发热,可以期待大幅节约空气调节电费的效果。

据说,发射在植物栽培中最重要的红色光的LED的寿命(也由于冷却方法的原因)达到10万小时。也就意味着,在1天24小时的照明状态下,大约可以运转10年。

植物的光合反应,并不一直要求要有光。如众所周知的「明反应」和「暗反应」。在光合反应中,在不需要光的时间不照射光,仅需要光的时间照射光,如此进行间接照射的话,能够使单位光量的光合成速度增大。

普通的植物栽培用光源也可以进行脉冲光照射。但是,以微秒及纳秒的脉冲周期进行照射很困难,或者由于对于照明灯的负荷大因而光源寿命非常短。而相反LED即使是在其他植物栽培用光源无法驱动的脉冲条件下也并不退化可以振动。用脉冲光照射比起连续光,元件的冷却效率提高,寿命延长。

由于LED本身具有的特点,容易看成是作为植物栽培用光源非常值得期待的产品,实际上也存在应用难点。

难点之“一”:红色LED的价格

在电费占生产成本很大比例的植物工厂,考虑到初期成本和运营成本的话,采用红色LED以外的产品目前确实也是比较难。但是采用红色LED也存在各种问题。在日常生活中一般采用的红色LED的波长是620——630nm,最适于植物栽培的660nm的红色LED以往也是有过量产的,但是当今由于用途不广泛,继续生产的厂商很少。其导致的结果是,无法指望低价格化,由于变成了定制品,成本反而增高了。

难点之“二”:较难适应发热且多湿的环境

植物栽培用照明,为了提供在多湿环境下进行光合作用所必须的大光量,需要甚至达到发热程度的大电流。并且,由于24小时连续使用,用市场上普遍卖的LED来进行能够适应发热且多湿的环境的照明设计非常困难。因而植物工厂选用LED需要充分考虑照明环境。

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