1. Регулювання якості освітлення: порушення законодавства про освітлення рослин
Рослини досить вимогливі до використання світла. Рослини можуть поглинати лише видиме світло в діапазоні 400–700 нм (що становить близько 43–52,5 % сонячної радіації) для фотосинтезу. Основними піками поглинання є червоне світло (610–720 нм) і синє світло (400–510 нм). Світлодіодні світильники для рослин використовують фотоелектричні властивості напівпровідникових матеріалів, щоб посилати світло лише одного кольору за раз. Вони також можуть здійснювати точне керування спектром шляхом комбінування мікросхем.
Червоне світло 660 нм може вмикати світлочутливі пігменти рослин, що допомагає рослинам виробляти більше хлорофілу та зберігати більше вуглеводів. Коли кількість червоного світла в рослинах томатів досягає 60%, вміст розчинного цукру в плодах зростає на 18%, а вміст вітаміну С зростає на 25%. Дослідження, проведене Нанкінським сільськогосподарським університетом, показало, що сегменти стебла хризантеми вкорінюються 100% часу під дією червоного світла, тобто на 40% більше коренів, ніж під дією природного світла.
Правила для синього світла: блакитне світло з довжиною довжини 450 нм є найважливішим для створення хлорофілу та росту стебел і листя. У середовищі з 30% синього світла листя салату мали на 22% більше хлорофілу, а його стебла були на 15% товщі. Блакитне світло також може заважати рослинам занадто сильно рости, роблячи їх більш компактними та допомагаючи їм краще використовувати простір.
Далеке червоне світло 730 нм працює з рослинним фотосенсибілізатором B (PhyB), щоб модулювати подовження клітин і час цвітіння. Додавання 10% фар червоного світла до рослин полуниці може скоротити міжвузля повзучих стебел на 20% і прискорити дозрівання плодів на 5 днів.
Симуляція повного-спектру: високоякісні світлодіодні системи можуть копіювати сонячний спектр, який включає ультрафіолетове світло (380–400 нм) та інфрачервоне світло (700–1000 нм). Рослини можуть виробляти більше вторинних метаболітів, включаючи лікопін і антоціани, коли вони піддаються впливу УФ-світла. Інфрачервоне світло допомагає рослинам дихати і підтримувати потрібну температуру.
2. Контроль інтенсивності світла та фотоперіоду: забезпечення точного задоволення потреб розвитку
Під час фотосинтезу рослин існують точки світлової компенсації (де швидкість фотосинтезу дорівнює частоті дихання) і точки насичення світлом (де швидкість фотосинтезу не зростає з додаванням світла). Світлодіодна система використовує технологію інтелектуального затемнення, щоб автоматично підлаштовуватися під потреби рослин на різних стадіях росту.
На стадії розсади використовуйте суміш із 40% синього світла та 50% червоного світла, щоб сприяти росту коренів і розширенню листя. На фермі Yuntai в Ляньюньгані, в інтелектуальній кімнаті для вирощування Phalaenopsis, додаткове світлодіодне освітлення скорочує час укорінення тканин-культивованої розсади на 7 днів і підвищує рівень високо-якісної розсади на 30%.
Під час періоду поживного росту збільште кількість червоного світла (60%–70%), щоб прискорити фотосинтез у листі. Ця спектральна формула скорочує цикл росту салату на заводі з 60 до 45 днів і підвищує врожайність з одиниці площі на 40%.
Репродуктивний період росту: Щоб рослини зацвіли, змініть співвідношення червоного світла до далекого червоного (5:1). Щоб вони не сильно розрослися, додайте синє світло. Ця пропозиція підвищує цукристість полуниці на 15% і пересуває ринковий час на 10 днів вперед.
Регулювання фотоциклу: використовуйте таймер, щоб час цвітіння рослин відповідав циркадному циклу. За умов 12 годин світла та 12 годин темряви рослини короткого дня, такі як хризантеми, зацвітають на 20 днів раніше, ніж у рідному середовищі.
3. Розумна система керування: створення освітленого середовища із замкнутим -циклом
Нова світлодіодна система освітлення рослин використовує датчики IoT, алгоритми штучного інтелекту та приводи для регулювання освітленості в замкнутому циклі.
Рівень сприйняття навколишнього середовища: використовуйте датчики квантів світла (для вимірювання PPFD), аналізатори спектру та обладнання для моніторингу фенотипу рослин, щоб отримати-дані в реальному часі щодо інтенсивності світла, спектрального розподілу та факторів росту рослин.
Рівень для прийняття рішень: алгоритми ШІ змінюють спектральні формули та тривалість світла в режимі реального часу на основі моделей росту рослин. Наприклад, якщо концентрація хлорофілу в листі помідорів падає, система автоматично збільшує кількість червоного світла та довше продовжує світити.
Виконавчий рівень: використання світлодіодного драйвера з можливістю затемнення для плавного затемнення від 0% до 100%. У багато-системі вирощування ви можете регулювати кожен шар освітлення окремо, щоб забезпечити рівномірне освітлення.
Команда, відповідальна за управління енергією: використання фотоелектричних пристроїв для генерації та накопичення енергії разом для максимального використання енергії. У Шанхайській зоні сучасного сільськогосподарського розвитку Sunqiao використовується інтегрована технологія зберігання світла, яка скорочує енергоспоживання світлодіодної системи на 30% і викиди вуглецю на 45%.
4. Технологічний прорив: від лабораторії до фабрики
Світлодіодні світильники для рослин змінювалися трьома способами протягом часу:
Перше покоління (2000–2010) в основному складалося з червоних і синіх світлодіодів, які працювали лише в одному кольорі. Вони мали світлову ефективність приблизно 50 лм/Вт і не дуже добре відповідали спектру. Здебільшого їх використовували для науково-дослідної діяльності.
Друге покоління (2010–2020): Створено багато-комбінований світлодіод із кращою світловою ефективністю (150 лм/Вт), включив функцію інтелектуального затемнення та почав широко використовуватись у тепличному виробництві.
Третє покоління (з 2020 року по теперішній час): ефективність світла перевищила 250 лм/Вт завдяки світлодіодам із квантовими точками та перовскітним матеріалам, які дозволяють динамічно контролювати повний спектр. Нанкінський сільськогосподарський університет виготовив світлодіодну лампу для культури тканин, яка працює 50 000 годин, споживає на 69,7% менше електроенергії, ніж люмінесцентні лампи, і окупається за 1,5 роки.
5. Випадок застосування: покращення сільськогосподарського виробництва
На фермі Lianyungang Yuntai Farm використовуються світлодіодні світильники для рослин у 10-шаровій тривимірній стійкі для вирощування. Завдяки цьому густота посадки фаленопсису втричі вища, урожайність з одиниці площі – у десять разів вища, ніж у стандартних теплицях, а споживання води – на 90% менше.
Теплиця Beijing Xiaotangshan оснащена подвійною системою додаткового освітлення верхнього + між рослинами, яка вмикається автоматично, коли інтенсивність світла падає нижче 200 мкмоль/м²/с. Це скорочує цикл росту зелених овочів на 15 днів і відповідає критеріям якості Європейського Союзу.
Перший у світі демонстраційний проект «Plant Factory 5.0» був створений в Університеті Вагенінгена в Нідерландах. Він використовує світлодіодне регулювання середовища для вирощування 100 кілограмів помідорів на квадратний метр на рік, і використовує 92% енергії світла поверхні Землі.
