1. Lyskvalitetsregulering: Bryte plantelyskoden
Planter er ganske kresne på hvordan de bruker lys. Planter kan bare absorbere synlig lys i området 400–700 nm (som utgjør omtrent 43 %–52,5 % av solstrålingen) for fotosyntese. De viktigste absorpsjonstoppene er rødt lys (610–720 nm) og blått lys (400–510 nm). LED-plantelys bruker de fotoelektriske egenskapene til halvledermaterialer for å sende ut lys av bare én farge om gangen. De kan også oppnå finspektrumkontroll ved å kombinere brikker.
660nm rødt lys kan slå på plantelysfølsomme pigmenter, noe som hjelper planter med å lage mer klorofyll og lagre flere karbohydrater. Når mengden rødt lys i tomatplanter går opp til 60 %, øker fruktens innhold av løselig sukker med 18 % og C-vitamininnholdet går opp med 25 %. En studie fra Nanjing Agricultural University fant at krysantemumstammesegmenter ble forankret 100 % av tiden når de ble utsatt for rødt lys, som var 40 % flere røtter enn når de ble utsatt for naturlig lys.
Regler for blått lys: 450nm blått lys er det viktigste for å lage klorofyll og vokse stilker og blader. I en setting med 30 % blått lys hadde salatens blader 22 % mer klorofyll og stilkene var 15 % tykkere. Blått lys kan også stoppe planter fra å vokse for mye, gjøre dem mer kompakte, og hjelpe dem å bruke plassen bedre.
730nm langt rødt lys fungerer med plantefotosensibilisator B (PhyB) for å modulere celleforlengelse og blomstringstid. Å legge til 10 % langt rødt lys til jordbærplanter kan gjøre internodene til krypende stilker 20 % kortere og fremskynde modningen av frukten med 5 dager.
Full-spektrumsimulering: High-LED-systemer kan kopiere solspekteret, som inkluderer ultrafiolett lys (380–400 nm) og infrarødt lys (700–1000 nm). Planter kan lage flere sekundære metabolitter, inkludert lykopen og antocyaniner, når de utsettes for UV-lys. Infrarødt lys hjelper planter å puste og holde seg ved riktig temperatur.
2. Kontroll av lysintensitet og fotoperiode: sørge for at utviklingsbehovene blir dekket nøyaktig
I plantefotosyntese er det lyskompensasjonspunkter (hvor fotosyntesehastigheten er lik respirasjonsfrekvensen) og lysmetningspunkter (hvor fotosyntesehastigheten ikke går opp med mer lys). LED-systemet bruker smart dimmeteknologi for automatisk å tilpasse seg behovene til planter i ulike vekststadier.
Under frøplantestadiet, bruk en blanding av 40 % blått lys og 50 % rødt lys for å hjelpe røttene til å vokse og bladene utvide seg. På Yuntai Farm i Lianyungang, i det intelligente dyrkingsrommet for Phalaenopsis, reduserer LED-tilleggslys roteringstiden til vev-dyrkede frøplanter med 7 dager og øker frekvensen av frøplanter av høy-kvalitet med 30 %.
Øk mengden rødt lys (60%–70%) i løpet av ernæringsvekstperioden for å fremskynde fotosyntesen i bladene. Denne spektralformelen forkorter vekstsyklusen til salat i en fabrikk fra 60 dager til 45 dager og øker utbyttet per arealenhet med 40 %.
Reproduktiv vekstperiode: For å få plantene til å blomstre, endre forholdet mellom rødt og langt rødt lys (5:1). For å forhindre at de vokser for mye, legg til blått lys. Dette forslaget øker sukkerinnholdet i jordbær med 15 % og flytter markedstiden frem med 10 dager.
Regulering av fotosyklusen: Bruk en timer for å få plantenes blomstringstid til å følge en døgnsyklus. Under forhold på 12 timer med lys og 12 timer med mørke, blomstrer kortdagsplanter som krysantemum 20 dager tidligere enn de ville gjort i sitt hjemlige miljø.
3. Smart kontrollsystem: lage et lysmiljø som er lukket-sløyfe
Det nye LED plantelyssystemet bruker IoT-sensorer, AI-algoritmer og aktuatorer for å regulere lysmiljøet i en lukket sløyfe.
Miljøpersepsjonslag: Bruk lyskvantesensorer (for å måle PPFD), spektrumanalysatorer og utstyr for å overvåke plantens fenotypiske egenskaper for å få sanntidsdata om lysintensitet, spektralfordeling og plantevekstfaktorer.
Lag for å ta beslutninger: AI-algoritmer endrer spektralformlene og lysvarigheten i sanntid basert på modeller for hvordan planter vokser. For eksempel, hvis klorofyllkonsentrasjonen i tomatblader går ned, øker systemet automatisk mengden rødt lys og holder lysene på lenger.
Executive layer: Bruker en dimmebar LED-drivermodul for å få trinnløs dimming fra 0 % til 100 %. I et flerlags dyrkingssystem kan du justere hvert lag med belysning separat for å sikre at lyset er jevnt.
Team med ansvar for energiledelse: Bruke solcellestrømgenererende og energilagringsenheter sammen for å få mest mulig ut av energien. Shanghai Sunqiao Modern Agricultural Development Zone bruker en integrert lyslagringsteknologi som reduserer LED-systemets energibruk med 30 % og karbonutslipp med 45 %.
4. Teknologisk gjennombrudd: Fra laboratoriet til fabrikken
LED-plantelys har endret seg på tre måter gjennom tiden:
Den første generasjonen (2000–2010) besto for det meste av røde og blå lysdioder som bare fungerte i én farge. De hadde en lyseffektivitet på ca. 50lm/W og matchet ikke spekteret særlig godt. De ble for det meste brukt til vitenskapelige forskningsaktiviteter.
Andre generasjon (2010–2020): Laget en LED-kombinasjon med flere-bølgelengder med bedre lyseffektivitet (150lm/W), inkluderte en intelligent dimmefunksjon, og begynte å bli mye brukt i drivhusproduksjon.
Tredje generasjon (2020 til nå): Lyseffektiviteten har gått utover 250lm/W takket være kvantepunkt-LED og perovskittmaterialer, som gir fullspektret dynamisk kontroll. Nanjing Agricultural University produserte en LED-vevskulturlampe som varer i 50 000 timer, bruker 69,7 % mindre strøm enn lysstoffrør, og betaler seg tilbake på 1,5 år.
5. Søknadssak: forbedring av landbruksproduksjonen
Lianyungang Yuntai Farm bruker LED-plantelys i et 10-lags tredimensjonalt voksestativ. Dette gjør plantetettheten til Phalaenopsis tre ganger høyere, avlingen per arealenhet ti ganger høyere enn i standard drivhus, og vannbruken 90 % lavere.
Beijing Xiaotangshan drivhus har et topp+interplante dual-mode supplerende belysningssystem som slår seg på automatisk når lysintensiteten faller under 200 μ mol/m ²/s. Dette forkorter vekstsyklusen til grønne grønnsaker med 15 dager og oppfyller EUs kvalitetskriterier.
Verdens første «Plant Factory 5.0» demonstrasjonsprosjekt er bygget ved Wageningen University i Nederland. Den bruker LED-lysmiljøregulering for å dyrke 100 kilo tomater per kvadratmeter per år, og den bruker 92 % av jordas overflatelysenergi.
