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植物工厂:植物补光灯LED灯珠需要关注哪些参数?

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植物工厂:植物补光灯LED灯珠需要关注哪些参数?

发布日期:2018-06-26 作者:普朗克光电 点击:

1、植物补光灯LED灯珠的色温与流明

   植物LED灯珠的色温与流明是从人的眼睛所看到的,而植物对光的光合作用是不看色温与流明的。而是更多的看光谱成分。 

2、光谱范围对植物生理的影响 

全光谱3030灯珠

非连续性全光谱植物补光灯3030灯珠

      280 ~ 315nm——> 对形态与生理过程的影响极小

      315 ~ 400nm  ——>叶绿素吸收少,影响光周期效应,阻止茎伸长

      400 ~ 520nm(蓝)—>叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大,对光合作用影响最大

      520 ~ 610nm(绿)—>色素的吸收率不高

      610 ~ 720nm(红)—>叶绿素吸收率低,对光合作用与光周期效应有显著影响

      720 ~ 1000nm ——>吸收率低,刺激细胞延长,影响开花与种子发芽

      >1000nm ——>  转换成为热量

     从上面的数据来看,不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的,植物光合作用需要的光线,波长在400 ~ 720nm左右。400 ~ 520nm(蓝色)的光线以及610 ~ 720nm(红色)对于光合作用贡献最大。520 ~ 610nm(绿色)的光线,被植物色素吸收的比率很低。

光的研究基础是光谱,光的应用品质需要光谱分析,LED植物灯的光谱尤为重要,制造商对植物灯光谱的设计能力决定其市场竞地位,LED植物灯光谱需要根据种植工艺专门设计而不能去仿制。

  植物工厂是跨界产品,好亮固体光源研究所把植物工厂技术分为种植设备技术种植工艺技术,植物灯光谱技术是种植设备与种植工艺的重要关联点,需要明确的一点是种植工艺决定光谱设计,对植物灯的设计与制造是保证种植工艺所要求的光质能达到最佳效率,植物灯的这些特点决定了植物光谱设计具有复杂性和多样性。

把LED植物灯的光谱作为重点讨论,是因为LED光源的光谱可以根据种植工艺要求进行设计,同时,LED光源的光谱通过调光技术可以实现可变光谱的控制,LED光源是目前唯一可以实现可变光谱的植物灯光源,植物灯可变光谱的技术主要是针对光形态控制,在节能方面作用不大,普通植物灯通过光周期的调整也是可以节能,可变光谱的应用成本会提高很多。

LED光源的光谱形态如下表所示:

 

4. LED的光子能量

LED发光是能量的转换现象,电子与空穴复合时多余的能量会发光,产生光子,波长越短,产生光子的能量越高,光子是光传递能量过程中的最小单位,植物光合作用吸收的是这种带能量的光子,光合作用是在光子能量包驱动进行,而不是一般的光能量作用,这就是植物光合作用需要光子去表达的原因。

5. 植物灯光谱的参数与单位

5.1 摩尔量(mol)

在描述物质构成的基本单位如分子、离子、光量子等的时候,通常采用摩尔量表示,摩尔量是由6.022EXP(23)个物质的基本粒子构成一个基本量,单位是:摩尔(mol),在植物光合作用里光子的数量也是采用摩尔量表示,一个光子摩尔(mol)里包含有6.022EXP(23)个光子,由于在植物光合里摩尔的单位大,许多参数采用微摩尔表示。

1摩尔(mol) = 1000000微摩尔(umol)。

1微摩尔(umol)包含有6千万个亿的光子。


5.2 PAR:光合有效辐射(Photosynthetic Active Radiation)


植物用于光合作用的特定波长范围(400-700nm)的辐射称作光合有效辐射,标注单位有两种,一是用光合辐照度表示(w/m2),主要用于太阳光的光合作用的广义研究,二是用光合光子通量密度PPFD表示(umol/m2s),主要用于人造光源和太阳光对植物光合作用的研究,采用每秒辐射到植物表面的光子流量的这个方法表示辐射源的辐射能力,称为PPF_PAR法。(注:m2表示平方米)

PAR约占太阳总辐射的50%,需要注意的是,光合辐照度这个单位体现不出波长的影响


5.3 PPF:光合光子通量(Photosynthetic Photon Flux)

是指波长在400-700nm波段里,太阳光或人造光源每秒辐射出光子的微摩尔数量,单位umol/s。


5.4 PPFD:光合光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density)

与PPF相对应的是每平方米每秒光源辐射出的微摩尔数量,单位umol/m2s ,是密度的概念。

PPFD是表示在一平方米范围里的PPF

PPFD是个与辐射距离相关的物理量,与照射距离的平方成反比。

1 PPFD 表示每秒1微摩尔的光子数量辐射在1平方米的表面。

1umol/m2s(PPFD)在微观层面表示10平方纳米里有6个光子。


5.5 YPF:产生的光子通量(Yield Photon Flux)

是指在人造光源所发出的波长范围里,每秒辐射出的光子微摩尔数量,单位umol/s。通常认为的波段是360-760nm,对于LED光源,波长范围设定为380-800nm。

YPF与PPF的区别是YPF的波长范围更大。


5.6 YPFD:产生的光子通量密度(Yield Photon Flux Density)

与YPF相对应的是每平方米每秒辐射的微摩尔数,单位umol/m2s ,是密度的概念。


YPFD是表示在一平方米范围里的YPF。

YPFD是个与辐射距离相关的物理量,与照射的距离的平方成反比。

YPFD更能准确的表达LED植物灯光质的光量。

对于单色的红光与蓝光谱,YPF=PPF,其他光谱PPF<YPF。

PAR与PPFD的区别,PAR是个物理概念,而PPFD的这个物理概念的单位。


PPFD(YPFD)与PPF(YPF)的关系:

PPFD(YPFD)是由种植工艺参数得出的基本量,PPF(YPF)是灯具制造的主要参数。

为了清晰了解辐射、照明、植物光合作用的三个概念,我们制作了下面的表格。

   人造光源的辐射、照明、植物光合作用这三个概念对比表:


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