La lampe de culture LED est une source de lumière artificielle qui utilise la LED comme corps lumineux pour répondre aux conditions d'éclairage de la photosynthèse des plantes.. Il en existe de nombreux types, appartenant à la troisième génération de lumière de remplissage végétale.
En l'absence de soleil, ce type de lampe peut jouer le rôle de la lumière du soleil, pour que les plantes puissent pousser normalement ou mieux.
Ce type de lampe a pour fonction de renforcer les racines, réguler la période et la couleur des fleurs, favorisant la maturation et la coloration des fruits, ainsi que améliorer le goût et qualité.
Qu'est-ce que la lumière de croissance?
La lampe de culture est une sorte de lumière électrique pour aider les plantes à pousser. La lumière de croissance fournit soit un spectre similaire à celui du soleil, ou un spectre plus adapté aux besoins de la plante. Les lampes de culture simulent les conditions extérieures en faisant varier sa couleur, température et sortie spectrale, ainsi que l'intensité de la lumière. Nous pouvons ajuster la plage spectrale, efficacité lumineuse et température de couleur de la lampe de culture, selon le type de plante cultivée, la phase de croissance (par exemple, période de germination/végétative ou de floraison/fructification), et la photopériode requise par la plante.
Qu'est-ce que la lumière LED?
La lampe LED ou ampoule LED est une source de lumière électrique qui utilise une diode électroluminescente pour émettre de la lumière.. La lampe LED commerciale la plus efficace a une efficacité de 200 lumens par watt (LM / W). La durée de vie des lampes LED commerciales est plusieurs fois plus longue que celle des lampes à incandescence.
La lampe LED a besoin d'un pilote de LED électronique circuit pour fonctionner à travers la ligne électrique principale. La perte du circuit signifie que l'efficacité de la lampe LED est inférieure à celle de la puce LED. Le circuit pilote peut nécessiter des fonctions spéciales compatibles avec les gradateurs à incandescence. En général, la forme d'onde actuelle contient un certain degré de distorsion, qui dépend de la technologie de la lampe.
Le marché des LED devrait croître aux États-Unis $2 milliards au début 2014 pour nous $25 milliards en 2023.
La LED s'allume immédiatement sans délai de préchauffage. Des commutations fréquentes ne réduisent pas l'espérance de vie comme les lampes fluorescentes. Pendant la durée de vie de la LED, le rendement lumineux diminue progressivement (voir la section « réduction de l'efficacité »).
Certaines lampes LED remplacent directement les lampes à incandescence ou fluorescentes. Les lumières LED peuvent utiliser plusieurs Packs LED pour améliorer la diffusion de la lumière, dissipation thermique, et le coût global. Le texte sur l'emballage LED au détail peut être affiché avec une puissance lumineuse en lumens, consommation électrique en watts, température de couleur en Kelvin, ou une description de la couleur, tel que « blanc chaud », « blanc froid » ou « lumière du jour ».
Principe de fonctionnement de la lumière de croissance LED
La lumière est un facteur nécessaire à la croissance des plantes. Sans lumière, les plantes ne peuvent pas survivre. Contrôler la croissance des plantes grâce à la climatisation est un moyen important en horticulture. La lumière de croissance LED est plus efficace et plus efficace. La lampe de culture LED fournit une source de lumière efficace pour les plantes, favorise la photosynthèse des plantes, raccourcit la période de floraison des plantes, accélère la croissance des plantes, et fournit le rendement des plantes. C'est un élément important pour réaliser le développement intelligent de la modernisation agricole.
Exigences relatives à la lumière des plantes
La durée, quantité, et la qualité de la lumière régulent le développement et la croissance des plantes. En général, Si une plante peut’je n'ai pas assez de lumière, ça peut’je n'ai pas assez de photosynthèse, nutrition, et ça peut’je ne grandis pas normalement. À mesure que le pigment diminue, il commence à se cacher de la lumière. Les plantes qui ne reçoivent pas la bonne qualité de lumière peuvent présenter des différences physiologiques par rapport aux mêmes plantes cultivées dans les meilleures conditions de lumière..
Dans le passé, la quantité et la qualité de l'éclairage des plantes étaient techniquement limitées. Les lampes aux halogénures métalliques et les lampes au sodium haute pression restent des sources lumineuses auxiliaires courantes en raison de leurs propres avantages., en particulier pour les opérations en serre et certaines sources de lumière uniques. L'ancienne lampe de culture à LED se compose uniquement de LED bleues et rouges parce qu'ils convertissent l'énergie électrique en efficacité des photons et en efficacité de conduite de la photosynthèse. Alors que les LED deviennent moins chères et plus efficaces, l'intérêt pour la qualité de la lumière a augmenté dans le domaine de la science végétale.
un. P.rayonnement hotosynthétiquement actif (PAR)
La courbe de pondération des photons est utilisée pour convertir PPFD à YPF; La courbe de pondération énergétique permet de pondérer le par en watts ou en joules.
Les lumens et les lux sont des unités photométriques d'intensité lumineuse, et ils servent à mesurer l'intensité lumineuse perçue par l'œil humain.
Le niveau spectral de lumière mesuré par lumen est similaire mais différent de celui utilisé pour la photosynthèse. La gamme spectrale du rayonnement solaire de 400 à 700 nm est la plage spectrale correspondante de la photosynthèse. Les plantes peuvent utiliser cette gamme de spectre pour la photosynthèse, et la lumière dans cette plage est également un rayonnement photosynthétiquement actif ou par en abrégé. Donc, lors de la mesure de la quantité de lumière que les plantes peuvent utiliser pour la photosynthèse, les botanistes mesurent généralement la quantité de par que les plantes reçoivent.
L'irradiance du PAR peut être exprimée en flux d'énergie (w / m2), qui est lié au bilan énergétique des organismes photosynthétiques. Les botanistes utilisent généralement le nombre de photons ou la densité de flux de photons photosynthétiques compris entre 400 et 700 nm par unité de surface reçus dans un temps donné pour quantifier la valeur normale., parce que la photosynthèse est un processus quantique, et la quantité d'énergie obtenue par la réaction chimique de la photosynthèse dépend plus du nombre de photons que de l'énergie contenue dans les photons. Ceci est généralement mesuré en utilisant mol m-2 s-1, mais la valeur associée à la croissance des plantes est l'intégrale de la lumière du jour (IDD), avec PPFD intégrale sur 24 heures.
La plupart des espèces végétales pousseront bien à l'IDD de 5-15 mole m-2 D-1. Les espèces tolérantes à la lumière peuvent facilement gérer 30-50 mol m -2 jour -1, et les espèces tolérantes à l'ombre peuvent croître à des valeurs DLI de 1-3 mol m -2 jour -1.
b. UNmonture de lumière
La quantité de lumière est la quantité de lumière dont les plantes ont besoin chaque jour pour se développer au mieux.. Historiquement, la quantité de lumière a été exprimée en unités de WM-2, lumen, ou lux. Bien que ces unités puissent être utilisées pour les calculs énergétiques de W M -2 ou illumination humaine (Lumens et Lux), les phytologues préfèrent désormais utiliser la densité de flux de photons photosynthétiques μ (PPFD) mesuré en mol m-2s-1. PPFD est une méthode de mesure efficace, qui peut mesurer avec précision le nombre de photons par mètre carré et par seconde impactant la surface, afin de déduire la coopération directe entre photons et plantes.
L'intégration DLI ou solaire est également un moyen efficace de mesurer la quantité de lumière. L'IDD prend en compte le PPFD et le nombre total d'heures d'exposition des plantes au PPFD pour obtenir la quantité totale de photons par jour en mol m-2 D-1. En supposant que PPFD est une constante, la formule pour convertir PPFD en DLI est la suivante:
IDD (mole m-2 j-1 ) =0,0036 * PPFD ( m Mol m -2 s-1) * temps d'éclairage
En général, les besoins en lumière de certaines cultures sont plus importants pour les cultures qui portent des fruits et fleurissent, mais moins pour les cultures qui préservent la nutrition. On considère généralement les légumes à feuilles vertes comme la laitue, épinard, et le chou frisé comme cultures à faible luminosité, exigeant l'IDD de 12 à 17 mole m-2 D-1. Tomate, concombre, et besoin de poivre 20-30 mol m -2 J-1. La marijuana est l'une des plantes les plus exigeantes en lumière, qui nécessite jusqu'à 40 mol m−2 D−1 DLI.
c. Lbonne qualité
La qualité de la lumière est la distribution spectrale, et la qualité de la lumière qui affecte la croissance des plantes fait référence à la distribution spectrale qui affecte la croissance des plantes.. Nous mesurons généralement les spectres d'absorption de la chlorophylle b libre (rouge) et un (bleu) dans un solvant. Selon l'interaction spécifique pigment-protéine, le spectre d'interaction de la molécule de chlorophylle change légèrement.
Différentes longueurs d'onde de lumière ont des couleurs différentes; 700-750 nm est très rouge, 600-700 nm est rouge, 500-600 nm est vert, 400-500 nm est bleu, et 320-400 nm est UVA. La qualité de la lumière peut également être exprimée par son irradiation maximale, tel que 660 nm rouge et 450 bleu, ou parfois sous forme de ratio, comme un 2:3 rapport bleu/rouge. Les plantes peuvent détecter le spectre grâce à certaines substances spéciales sensibles à la lumière., comme la zéine, phytochrome, cryptochrome, et phototropisme. Chaque substance photosensible a une sensibilité différente à une lumière différente. La photomorphogenèse est une sorte de réaction de la plante au spectre médiée par la lumière.. Spectre peut envoyer différents signaux aux plantes, et les plantes donneront des commentaires différents en fonction de ces signaux, ce qui peut affecter le métabolisme des plantes, l'état de croissance des plantes, comme la floraison et la germination, et la vitesse de croissance des plantes.
d. P.hotopériode
La photopériode est la période d’obscurité et la période de lumière dont les plantes ont besoin. Le changement de photopériode peut déclencher la floraison. Donc, il est nécessaire de régler l'heure d'allumage ou d'extinction de la lumière. Réglez le temps de commutation optimal en fonction des espèces et des préférences des plantes, parce que certaines plantes aiment les longues nuits et les journées courtes, tandis que certaines plantes aiment les nuits courtes et les journées longues, et certaines plantes aiment la même durée de jour et de nuit.
La photopériode est un facteur important dans la croissance et le développement des plantes, et il faut y prêter attention. Cependant, Le temps d’obscurité peut affecter la plante’s jugement de la durée de la journée. En général, « bref soleil » fait référence à un ensoleillement avec une photopériode ne dépassant pas 12 heures" « Long soleil » fait référence au soleil avec une photopériode d'au moins 14 heures. Les plantes de jours longs sont celles qui fleurissent uniquement lorsque la photopériode est supérieure à la durée critique.. Les plantes de jours courts sont celles qui fleurissent lorsque la durée du jour est inférieure à la durée critique.. Les plantes neutres de jour sont celles qui fleurissent quelle que soit la photopériode..
Les plantes qui fleurissent en réponse à la photopériode peuvent avoir des réponses facultatives ou spécifiques. La réponse facultative signifie que quelle que soit la photopériode, la plante finira par fleurir, mais s'il pousse sous une photopériode spécifique, le taux de floraison sera plus rapide. Une réponse spécifique signifie que les plantes ne peuvent fleurir que sous une photopériode spécifique.
Caractéristiques de la lumière de croissance LED
En plus des économies d'énergie et de la protection de l'environnement, La LED présente de nombreuses caractéristiques différentes des autres sources lumineuses. C'est la source d'éclairage de quatrième génération. En raison du riche spectre de longueurs d'onde, la lumière émise par les LED est cohérente avec la gamme spectrale de la morphogenèse et de la photosynthèse de la lumière des plantes, la LED est donc particulièrement adaptée à la culture des plantes.
En réfractant le spectre, l'angle de réfraction des différentes longueurs d'onde de la lumière est différent. De cette façon, nous pouvons obtenir une lumière monochromatique pure et un spectre composite selon les besoins, et peut concentrer la lumière d'une longueur d'onde spécifique pour irradier uniformément les cultures. En contrôlant le changement de lumière de croissance pour réguler la germination, croissance, et fructification des cultures, il peut également contrôler la tendance à la hausse et les nutriments des cultures. La lampe de culture à LED peut être utilisée dans un système de culture combiné tridimensionnel multicouche pour réaliser la miniaturisation de l'espace de production et une faible charge thermique.. En outre, la forte durabilité et la faible puissance des lampes de culture à LED réduisent les coûts d'exploitation. En raison de ces caractéristiques remarquables, Les LED conviennent parfaitement à la culture des plantes, comme la culture de semis, culture de tissus végétaux, installation d'horticulture, et même un système de protection de la vie écologique aérospatial.
Application de la lumière de croissance LED
un. Il peut fonctionner comme éclairage supplémentaire pour la photosynthèse des plantes lorsque la quantité d'ensoleillement est faible ou que la durée d'ensoleillement est courte..
b. Comme l’éclairage induit de la photopériode des plantes et la morphogenèse de la lumière.
- Les LED élèvent la lumière en tant qu'éclairage induit par la morphogenèse de la lumière et la photopériode des plantes.
La longueur d'onde spécifique de la LED affectera le temps de floraison, durée, et le nombre de fleurs. Certaines longueurs d'onde de LED peuvent ajuster la durée de la période de floraison et du pédicelle, certaines longueurs d'onde peuvent réduire le nombre de fleurs, et certaines longueurs d'onde peuvent augmenter le nombre de fleurs et de bourgeons. L'état de floraison et de croissance des plantes peut être régulé par LED, ce qui est propice à la production et à la commercialisation de fleurs et de cultures.
- Recherche sur l'application de la lumière de croissance LED dans l'écosystème aérospatial
Afin de résoudre le problème de survie à long terme des vols spatiaux, la mise en place d’un système écologique contrôlé de support de la vie est un maillon clé, dans lequel la culture de plantes supérieures constitue une part importante, et la lumière est l'un des facteurs clés.
L'environnement spatial est différent de l'environnement intérieur général. La sélection des sources lumineuses pour la culture des plantes spatiales est plus stricte et plus sévère. Les lumières doivent être sûres et fiables, sans pollution de l'environnement, petite taille, léger, longue vie, haute efficacité, et la longueur d'onde de la lumière de sortie convient à la photosynthèse et à la morphogenèse des plantes. Par rapport à d'autres sources lumineuses, La LED peut convertir l'énergie lumineuse en rayonnement photosynthétiquement actif; En outre, La LED a les caractéristiques de légèreté, petite taille, longue vie, et ainsi de suite, qui a beaucoup attiré l'attention dans le domaine de la culture de plantes aérospatiales. Les résultats montrent que ces caractéristiques de l'éclairage LED en font la source lumineuse la plus adaptée à la culture de plantes spatiales.. Peut-être dans un futur proche, nous établirons notre propre système de circulation écologique grâce à la technologie de culture LED dans l'espace et sur la lune.
- Lampe de culture LED comme éclairage supplémentaire pour la photosynthèse des plantes
La source lumineuse traditionnelle produit trop de chaleur. Si la source de lumière auxiliaire du siège gaspille de l'énergie, cela augmentera le coût, et une température trop élevée n'est pas propice à la croissance des cultures. Relativement parlant, la chaleur générée par la LED est relativement faible. Si combiné avec le système hydroponique, l'air peut être utilisé, et la chaleur excessive et l'eau peuvent être éliminées. Parce que la source lumineuse générée par les LED est similaire au spectre de la photosynthèse, l'énergie électrique peut être convertie en rayonnement photosynthétique efficace, et enfin dans la bioénergie. Les résultats montrent que le taux de photosynthèse et le taux de croissance de la laitue augmenteront de plus de 20% en utilisant un éclairage LED. Il est possible d'utiliser des LED dans les usines.
Comparé à la lampe aux halogénures métalliques ordinaire, les tiges et les feuilles des scènes de fruits Capsicum annum et Perilla cultivées sous la longueur d'onde spécifique de la LED ont changé de manière significative, et le taux de photosynthèse augmente avec l'augmentation de la densité lumineuse. La LED à longueur d'onde composite peut augmenter le nombre de stomates de Salvia multirrhiza et de souci.
Les résultats montrent que, par rapport à d'autres sources lumineuses, le source de lumière LED à spectre complet peut améliorer considérablement le taux de croissance de la laitue, épinard, et radis. Il peut maximiser la biomasse de la betterave, L’accumulation d’éléments de betterave dans la racine velue est la plus importante, et produisent la plus grande accumulation de sucre et d'amidon dans la racine poilue.
Conclusion
Avec le développement considérable de l'industrie agricole moderne, la lumière de croissance LED est sans aucun doute une opportunité de régénérer ces entreprises. Cependant, malgré les belles perspectives de croissance des plantes, le développement des usines végétales se heurte encore à certains « goulots d'étranglement ». Par exemple, si l'investissement initial est trop important, une usine de plantes à lumière artificielle avec une production quotidienne de 1000 les plants de laitue nécessitent généralement un investissement initial relativement élevé. Même si le gouvernement subventionne 30%, il faut généralement deux ans pour réaliser des bénéfices. En outre, la technologie de plantation à l'ère de l'agriculture industrielle n'est pas encore mature, et le contrôle de qualité et le mode de vente logistique associés sont encore en phase d'exploration.
