LED植物燈光譜的研究及應(yīng)用

以前植物只是根據(jù)時(shí)節(jié)變化而生長，但如今在LED燈光下植物可以改變生長周期，這是為什么呢?研究光要從光譜開始，想了解LED改變植物生長變化這個(gè)謎還得先知道LED植物燈光譜是什么。

光的研究基礎(chǔ)是光譜，光的應(yīng)用品質(zhì)需要光譜分析，LED植物燈的光譜尤為重要，制造商對(duì)植物燈光譜的設(shè)計(jì)能力決定其市場競地位，LED植物燈光譜需要根據(jù)種植工藝專門設(shè)計(jì)而不能去仿制。

植物工廠是跨界產(chǎn)品，植物工廠技術(shù)分為種植設(shè)備技術(shù)與種植工藝技術(shù)，植物燈光譜技術(shù)是種植設(shè)備與種植工藝的重要關(guān)聯(lián)點(diǎn)，需要明確的一點(diǎn)是種植工藝決定光譜設(shè)計(jì)，對(duì)植物燈的設(shè)計(jì)與制造是保證種植工藝所要求的光質(zhì)能達(dá)到最佳效率，植物燈的這些特點(diǎn)決定了植物光譜設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性和多樣性。

光譜的非視覺應(yīng)用

光譜應(yīng)用分視覺應(yīng)用和非視覺應(yīng)用，照明屬于視覺應(yīng)用，植物光照屬于非視覺應(yīng)用，視覺應(yīng)用與非視覺應(yīng)用就光譜本身的物理量綱都不相同，然而，目前仍然看到許多植物燈采用照明單位標(biāo)注參數(shù)，這個(gè)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用混亂的參數(shù)標(biāo)注可能來源于“植物照明”的提法。

對(duì)植物光合作用的光譜研究實(shí)質(zhì)是以波長為定義域的光輻射功率或光量子的分布形態(tài)與量值(光質(zhì))分析，這個(gè)分析是通過光譜數(shù)據(jù)和光譜圖實(shí)現(xiàn)的。

太陽光光譜

植物種植需要研究太陽光譜，地面上測試的太陽光譜屬于吸收光譜，標(biāo)準(zhǔn)的太陽光譜如圖AM1.5G(G173-03)所示，由于地理位置與季節(jié)不同，在地面測試到的光譜輻射量會(huì)有不同，但光譜的形態(tài)相同。

植物的光合作用，通常的理論是研究波長400nm-700nm范圍，把波長限制在這個(gè)范圍的AM1.5G(下圖)可以看出，光譜形態(tài)接近矩形。

為了提供人造光源的光譜設(shè)計(jì)參考，我們給出波長350-850nm范圍的AM1.5G圖供參考。

太陽光光譜對(duì)植物燈光譜設(shè)計(jì)有重要的參考作用，但不具備依賴性，試圖仿制太陽光光譜到植物燈，是一種徒勞而沒有效率的做法。

AM1.5G在400-700nm波長范圍內(nèi)的紅光、綠光、藍(lán)光輻射比例為：紅光占32.62%，綠光占35.38%，藍(lán)光占32.69%。

分析某個(gè)種植地區(qū)的太陽光對(duì)本地區(qū)種植很重要，應(yīng)該在當(dāng)?shù)赝ㄟ^專業(yè)儀器實(shí)際測量，這樣能準(zhǔn)確分析。

這個(gè)光譜圖在400-700nm波長范圍內(nèi)的紅光、綠光、藍(lán)光輻射比例為：紅光占28.7%，綠光占36.58%，藍(lán)光占35.43%。

可以看出，地理位置的不同，光譜中紅綠藍(lán)成分有差別，這對(duì)太陽光型和混合型植物工廠的設(shè)計(jì)影響較大。

準(zhǔn)確的分析當(dāng)?shù)氐奶柟夤庾V，可以給太陽光型和混合型植物工廠的種植工藝提供科學(xué)的光合量參考，可以正確地提供補(bǔ)光燈的選用依據(jù)，對(duì)于太陽光型植物工廠，準(zhǔn)確的光譜分析更加有利于SPA2的方式。

需要注意的是太陽光譜與人造光源的光譜分析量綱有所不同，太陽光光譜適合采用輻射量綱描述，人造光源適合采用光量子量綱描述，關(guān)于這個(gè)問題，后續(xù)有專門的文章介紹，敬請(qǐng)期待。

LED光源的光譜與極限參數(shù)

把LED植物燈的光譜作為重點(diǎn)討論，是因?yàn)長ED光源的光譜可以根據(jù)種植工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，LED光源的光譜通過調(diào)光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的控制，LED光源是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的植物燈光源，植物燈可變光譜的技術(shù)主要是針對(duì)光形態(tài)控制，在節(jié)能方面作用不大，普通植物燈通過光周期的調(diào)整也是可以節(jié)能，可變光譜的應(yīng)用成本會(huì)提高很多。

1)根據(jù)LED的光譜形態(tài)可以推算最高的PPF

植物燈光譜形態(tài)確定后，對(duì)應(yīng)于這種光譜形態(tài)的最高YPF或PPF就可以計(jì)算出來，這對(duì)評(píng)估LED植物燈的應(yīng)用非常重要，也是LED植物燈與其他類型的植物燈性能比較的主要方法，可以參考我們制作的下表：

目前的LED封裝技術(shù)批量供貨的最高輻射效率低于40%：

光源輻射效率=(輻射功率/電功率)×100%

2)LED植物燈的光譜設(shè)計(jì)體現(xiàn)制造商的品質(zhì)能力

LED植物燈的光譜設(shè)計(jì)是對(duì)種植工藝要求的設(shè)備支持能力，關(guān)系到植物燈制造商的市場競爭力，是衡量制造商技術(shù)與工藝的主要特征，植物燈的光譜設(shè)計(jì)體現(xiàn)出制造商對(duì)LED芯片與封裝的選擇，植物燈光譜分析與計(jì)算能力，燈具的配光設(shè)計(jì)，光量子場均勻度把控，驅(qū)動(dòng)技術(shù)，散熱技術(shù)，產(chǎn)品可靠性控制，安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的綜合制造水平，標(biāo)志著制造商的產(chǎn)品在市場的技術(shù)實(shí)力，應(yīng)用上述幾方面的內(nèi)容去評(píng)估植物燈產(chǎn)品可以減小投資風(fēng)險(xiǎn)和采購風(fēng)險(xiǎn)。