چگونه چراغ های رشد LED را انتخاب و طراحی کنیم؟

به عنوان یکی از شاخه های مهم کشاورزی مدرن، مفهوم کارخانه های گیاهی بسیار رایج شده است. در محیط کاشت سرپوشیده، نور گیاه یک منبع انرژی ضروری برای فتوسنتز است.چراغ رشد LED دارای مزایای بسیار زیادی است که چراغ‌های مکمل سنتی ندارند، و مطمئناً اولین انتخاب برای چراغ‌های اصلی یا تکمیلی در کاربردهای تجاری بزرگ مانند مزارع عمودی و گلخانه‌ها خواهد بود.

گیاهان یکی از پیچیده ترین اشکال حیات در این سیاره هستند. کاشت گیاهان ساده، اما دشوار و پیچیده است. علاوه بر نورپردازی، متغیرهای زیادی بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند، متعادل کردن این متغیرها هنر فوق‌العاده‌ای است که پرورش‌دهندگان باید آن را درک کنند و بر آن مسلط شوند. اما از نظر نورپردازی گیاه، هنوز فاکتورهای زیادی وجود دارد که باید به دقت در نظر گرفته شوند.

ابتدا بیایید طیف خورشید و جذب این طیف توسط گیاهان را درک کنیم. همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود، طیف خورشیدی یک طیف پیوسته است که در آن طیف آبی و سبز قوی تر از طیف قرمز هستند و طیف نور مرئی بین 380 تا 780 نانومتر است. چندین عامل جذب کلیدی در رشد گیاه وجود دارد و طیف جذب نور چندین اکسین کلیدی که بر رشد گیاه تأثیر می‌گذارند به طور قابل توجهی متفاوت است. بنابراین، کاربردنور رشد LEDموضوع ساده ای نیست، اما بسیار هدفمند است. در اینجا لازم است مفاهیم دو عنصر مهم رشد گیاه فتوسنتزی معرفی شود.

فتوسنتز گیاهان متکی بر کلروفیل موجود در کلروپلاست برگ است که یکی از مهم ترین رنگدانه های مرتبط با فتوسنتز است. در همه موجوداتی که می توانند فتوسنتز ایجاد کنند، از جمله گیاهان سبز و گیاهان پروکاریوتی وجود دارد. جلبک های سبز آبی (سیانوباکتری ها) و جلبک های یوکاریوتی. کلروفیل انرژی نور را جذب می کند و دی اکسید کربن و آب را به هیدروکربن سنتز می کند.

کلروفیل a سبز آبی است و عمدتا نور قرمز را جذب می کند. کلروفیل b زرد مایل به سبز است و عمدتا نور آبی-بنفش را جذب می کند. عمدتاً برای تشخیص گیاهان سایه از گیاهان خورشیدی. نسبت کلروفیل b به کلروفیل a در گیاهان سایه دار کوچک است، بنابراین گیاهان سایه دار می توانند از نور آبی به شدت استفاده کنند و با رشد در سایه سازگار شوند. دو جذب قوی از کلروفیل a و کلروفیل b وجود دارد: ناحیه قرمز با طول موج 630 تا 680 نانومتر و ناحیه آبی-بنفش با طول موج 400 تا 460 نانومتر.

کاروتنوئیدها (کاروتنوئیدها) یک اصطلاح کلی برای دسته ای از رنگدانه های طبیعی مهم است که معمولاً در رنگدانه های زرد، نارنجی-قرمز یا قرمز در حیوانات، گیاهان عالی، قارچ ها و جلبک ها یافت می شوند. بیش از 600 کاروتنوئید طبیعی تاکنون کشف شده است. کاروتنوئیدهای تولید شده در سلول‌های گیاهی نه تنها انرژی را برای کمک به فتوسنتز جذب و انتقال می‌دهند، بلکه وظیفه محافظت از سلول‌ها را در برابر تخریب توسط مولکول‌های اکسیژن پیوند تک‌الکترونی برانگیخته دارند. جذب نوری کاروتنوئیدها محدوده 303 تا 505 نانومتر را پوشش می دهد. رنگ غذا را فراهم می کند و بر دریافت غذای بدن انسان تأثیر می گذارد. در جلبک‌ها، گیاهان و میکروارگانیسم‌ها، رنگ آن به دلیل پوشیده شدن توسط کلروفیل قابل ارائه نیست.

در فرآیند طراحی و انتخاب ازچراغ‌های رشد LED، چندین سوء تفاهم وجود دارد که باید از آنها اجتناب شود، عمدتاً در جنبه های زیر.

1. نسبت طول موج قرمز به آبی طول موج نور

به عنوان دو منطقه اصلی جذب برای فتوسنتز دو گیاه، طیف ساطع شده توسطنور رشد LEDباید عمدتا نور قرمز و نور آبی باشد. اما نمی توان آن را به سادگی با نسبت قرمز به آبی اندازه گیری کرد. به عنوان مثال، نسبت قرمز به آبی 4:1، 6:1، 9:1 و غیره است.

گونه های گیاهی مختلفی با عادات مختلف وجود دارد و مراحل مختلف رشد نیز نیازهای تمرکز نور متفاوتی دارند. طیف مورد نیاز برای رشد گیاه باید یک طیف پیوسته با عرض توزیع معین باشد. بدیهی است که استفاده از منبع نور ساخته شده از دو تراشه با طول موج مشخص قرمز و آبی با طیف بسیار باریک نامناسب است. در آزمایش‌ها مشخص شد که گیاهان مایل به زرد، ساقه‌های برگ بسیار سبک و ساقه‌های برگ بسیار نازک هستند. مطالعات زیادی در مورد واکنش گیاهان به طیف های مختلف در کشورهای خارجی انجام شده است، مانند تأثیر قسمت مادون قرمز بر دوره نوری، تأثیر قسمت زرد-سبز بر اثر سایه و تأثیر قسمت بنفش بر مقاومت در برابر آفات و بیماری ها، مواد مغذی و غیره.

در کاربردهای عملی، نهال ها اغلب سوخته یا پژمرده می شوند. بنابراین طراحی این پارامتر باید با توجه به گونه گیاهی، محیط رشد و شرایط طراحی شود.

2. نور سفید معمولی و طیف کامل

اثر نور "دیده شده" توسط گیاهان با چشم انسان متفاوت است. لامپ‌های نور سفید رایج ما قادر به جایگزینی نور خورشید نیستند، مانند لوله‌های نور سفید سه اولیه که در ژاپن استفاده می‌شود و غیره. به خوبی منبع نور ساخته شده توسط LED ها. .

برای لوله های فلورسنت با سه رنگ اصلی که معمولاً در سال های گذشته استفاده می شد، اگرچه رنگ سفید سنتز می شود، طیف های قرمز، سبز و آبی از هم جدا می شوند و عرض طیف بسیار باریک است و قسمت پیوسته طیف نسبتاً ضعیف است. در عین حال، قدرت در مقایسه با LED ها هنوز نسبتاً زیاد است و 1.5 تا 3 برابر مصرف انرژی است. طیف کامل ال‌ای‌دی‌هایی که به‌طور خاص برای نورپردازی گیاهی طراحی شده‌اند، طیف را بهینه می‌کنند. اگرچه جلوه بصری هنوز سفید است، اما حاوی بخش های نوری مهمی است که برای فتوسنتز گیاه لازم است.

3. پارامتر شدت روشنایی PPFD

چگالی شار فتوسنتز (PPFD) یک پارامتر مهم برای اندازه گیری شدت نور در گیاهان است. می توان آن را با کوانتای نور یا انرژی تابشی بیان کرد. این به چگالی شار تابشی موثر نور در فتوسنتز اشاره دارد که نشان دهنده تعداد کل کوانتای نوری است که روی ساقه برگ گیاهان در محدوده طول موج 400 تا 700 نانومتر در واحد زمان و واحد سطح فرو می‌رود. واحد استμE·m-2·s-1 (μمول·m-2·s-1). تابش فعال فتوسنتزی (PAR) به کل تابش خورشیدی با طول موج در محدوده 400 تا 700 نانومتر اشاره دارد.

نقطه اشباع جبران نور گیاهان که نقطه جبران نور نیز نامیده می شود، به این معنی است که PPFD باید بالاتر از این نقطه باشد، فتوسنتز آن می تواند بیشتر از تنفس باشد و رشد گیاهان بیشتر از مصرف قبل از رشد گیاهان است. گیاهان مختلف نقاط جبران نور متفاوتی دارند و نمی توان آن را به سادگی به عنوان رسیدن به یک شاخص خاص مانند PPFD بیشتر از 200 در نظر گرفت.μمول·m-2·s-1.

شدت نور منعکس شده توسط روشنایی سنج مورد استفاده در گذشته میزان روشنایی است، اما از آنجا که طیف رشد گیاه به دلیل ارتفاع منبع نور از گیاه، پوشش نور و اینکه آیا نور می تواند از آن عبور کند تغییر می کند. برگها و غیره به عنوان نور هنگام مطالعه فتوسنتز استفاده می شود. شاخص های قوی به اندازه کافی دقیق نیستند و PAR اکنون بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

به طور کلی، گیاه PPFD مثبت > 50μمول·m-2·s-1 می تواند مکانیسم فتوسنتز را شروع کند. در حالی که گیاه سایه PPFD فقط به 20 نیاز داردμمول·m-2·s-1. بنابراین هنگام نصب چراغ گیاهی LED می توانید آن را با توجه به این مقدار مرجع نصب و تنظیم کنید، ارتفاع نصب مناسب را انتخاب کنید و به مقدار ایده آل PPFD و یکنواختی روی سطح برگ دست یابید.

4. فرمول سبک

فرمول نور مفهوم جدیدی است که اخیراً ارائه شده است که عمدتاً شامل سه عامل است: کیفیت نور، کمیت نور و مدت زمان. به سادگی درک کنید که کیفیت نور مناسب ترین طیف برای فتوسنتز گیاهان است. مقدار نور مقدار مناسب و یکنواختی PPFD است. مدت زمان مقدار تجمعی تابش و نسبت روز به شب است. کشاورزان هلندی کشف کرده اند که گیاهان از نسبت نور مادون قرمز به قرمز برای قضاوت در مورد تغییرات روز و شب استفاده می کنند. نسبت مادون قرمز در غروب خورشید به طور قابل توجهی افزایش می یابد و گیاهان به سرعت به خواب پاسخ می دهند. بدون این فرآیند، چندین ساعت طول می کشد تا گیاهان این فرآیند را تکمیل کنند.

در کاربردهای عملی، باید از طریق آزمایش، تجربه جمع آوری کرد و بهترین ترکیب را انتخاب کرد.