温室用半導体照明サプリメントの利点の分析- Universelite Co., Ltd

温室用半導体照明サプリメントの利点の分析

光源の利点の分析白熱灯は長時間太陽光を作り出すための一般的な光源ですが、電気効率が低く、赤色光と遠赤色光の比率が低いため茎の伸長を改善できないため、徐々に販売が禁止され、販売が禁止されています。使用。コンパクト型蛍光灯と HPS はエネルギー効率が高く、R:FR 比が高くなります。 HPSは400W、600W、1000Wの3種類があります。 HPS などの従来の光源は低出力製品を発売できず、その用途は限られています。同じ光強度を達成するために必要なランプの数が少なくて済むため、1000W の方が一般的です。温室の補助照明の実践では、ランプの数を減らすことで、ランプの反射板によって遮られる自然光の程度を効果的に減らすことができます。自然光を省エネかつ効率的に制御するには、自然光の強度に応じて人工光の量を調整するインテリジェントな制御システムが必要です。

これに対し、HPSの光電変換効率は30%であるのに対し、白熱電球はわずか6%、LEDランプの光電変換効率は40%です。他の電気エネルギーは熱エネルギーに変換され、温室の周囲温度を加熱します。実際、電気加熱を使用するのは不経済であり、穏やかな気象条件では高温は生産に良くないため、冷却するためにファンやその他の機器を作動させる必要があります。 HPS スペクトルには、黄色光、オレンジ色光、赤色光の合成光が含まれます。より効果的な光の質を得るには、青色光を追加する必要があります。植物は正常な発育と形態のために一定量の青色光を必要とします。さらに、遠赤色光も形態形成に重要であり、赤色光、青色光、遠赤色光の比率を調整する必要があります。

LED ライトやモジュールは、光の品質、防水性能、コンパクトさ、遮光表面積の削減などについて審査する必要があります。放熱方式には、水冷 LED、パッシブガス冷却 LED、アクティブガス冷却 LED があります。 LEDの熱放散は常に真剣に解決する必要がある問題です。 HPS の放熱と加熱により植物を温め、呼吸を増加させることができます。次に、呼吸により葉の温度が下がります。

2007 年、オランダのいくつかの企業が温室産業向けに特別な LED モジュールを導入しました。 2008年から2009年にかけて、バラ、トマト、ピーマン、キュウリ、薬用植物に対して大規模なLED照明実験が行われました。実験の結果はまちまちでした。 LED は、温室内での光周期の調節や補助光の用途に利用できる可能性を秘めていますが、園芸作物に関する研究は比較的少なく、コストが高いため、その用途は特殊な植物生産に限定される可能性があります (Runkle et al., 2011)。温室の LED 補助照明は、より優れた植物の光合成を効果的に捕捉し (赤色 LED は HPS よりも高い)、特殊な植物の反応を開始したり、植物のプロセスを誘導したり、LED の特殊な光品質変調を通じてバランスをとったりできる、非常に有望な技術です (Nederhoff、2010)。

照明技術の分析

フィルライトの方法には、トップフィルライト、インターラインフィルライト、マルチレイヤフィルライト、その他の形式が含まれます。従来の光源と比較して、LED光源ランプのサイズ、形状、電力設計は自由に拡大でき、吊り下げ方法は柔軟で、重量は軽いです。それは、温室の植栽方法、作物の種類、林冠の形状によく適応する、さまざまな補助光技術モードを導き出しました。多様な実務ニーズ。

照明効果の分析

植物成長照明技術は急速に進歩しており、温室内の補助照明に多くのオプションが提供されています。 Nelson and Bughee (2014) は、2 種類の両面 HPS デバイス、5 種類のモーグルベース HPS デバイス、10 種類の LED デバイス、3 種類のサーメットの光合成量子 (400 ～ 700nm) 効率と光子放射分布特性を報告しています。ランプと蛍光灯2種類。 2 つの最も効率的な LED と 2 つの最も効率的な両面受光型 HPS デバイスの効率は、1.66 ～ 1.7 μmol/J でほぼ同じです。これら 4 つのデバイスの効率は、一般的に使用されているサーメットランプの効率 1.02μmol/J よりも大幅に高くなります。最高の金属セラミックランプと蛍光ランプの効率は1.46および0.95μmol/Jでした。

著者は、デバイスが発する光量子ごとに初期投資コストを計算し、LEDデバイスのコストがHPSデバイスの5～10倍であることを明らかにしました。 5 年間の電気料金とフォトンデバイスのモルあたりのコストを加算すると、LED デバイスの 2.3 倍になります。電気料金に関しては、長期的なメンテナンスコストが非常に小さいことが分析結果からわかります。生産システムに広い隙間スペースがある場合、LED デバイスのユニークな機能は、光量子を特定の部分に効果的に集中させることができるため、植物の樹冠がより多くの光量子を捕捉できるようになります。しかし、分析の結果、光子放射はすべての照明器具にとってコストがかかることがわかりました。照明システムのコストを最も低く抑えることができるのは、高効率の発光デバイスと効率的なキャノピー光子捕捉を組み合わせた場合のみです。

照明技術と照明器具の効率の進歩により、多くの LED 照明器具を含む、温室の補助照明に多くのオプションが提供されています。ランプ（電球）、光源（リフレクター）とバラスト（バラスト）。電子バラストと両面バルブを備えた HPS は、モーグルベースの HPS デバイスの HPS の 1.7 倍です。分析には、ランプ効率、つまりジュールあたりの光合成光子数 (光子) の決定と、到達する光子の一部である樹冠内の光合成量子流 (400 ～ 700nm) の捕捉効率の 2 つのパラメーターが含まれます。植物の葉。植物の成長の電気効率は、ジュールあたりの光合成光子の数で測定されます。

照明器具の電気効率は、多くの場合、人間の光の知覚 (ワットあたりに放射されるルーメン) またはエネルギー効率 (電気入力のワットあたりに放射される放射線のワット数) の単位で表されます。ただし、光合成と植物の成長は光の量子モルで測定されます。したがって、光量子効率に基づく光効率の比較では、エネルギー入力のジュールごとに生成される光合成量子量の単位を使用する必要があります。電気的に効率の良い光の色は深赤色と青色の波長領域にあるため、これは LED にとってさらに重要です。赤色の光子は放射エネルギー容量が低く、単位エネルギー入力あたりにより多くの光子を供給できます（放射エネルギーは波長に反比例します、プランクの方程式）。逆に、青色光は赤色光よりもエネルギー効率が 53% 高くなりますが (49% および 32%)、光子量子効率は赤色光よりわずか 9% (1.87/1.72) 高くなります。植物の成長に対する光の質の影響については誤解があり、多くの製造業者は光の質が植物の成長を促進すると主張しています1 (単色光のスペクトル分布と比率)。

植物の光合成に対する光の品質の影響の評価は、光量子収量 (YPF) 曲線から広く得られます。この曲線は、600 ～ 660mm の赤オレンジ色の光が青緑や青色よりも 20% ～ 30% 高いことを示しています。光合成に必要な400～460nmの光。 YPF 曲線に基づいて光の品質を分析する場合、HPS は、600nm 付近の光子出力が高く、青、青緑、緑の光領域では出力が低いため、より優れた LED 照明器具と同等以上のパフォーマンスを発揮します。

量子中絶のスペクトル曲線は、単一葉および低光強度の条件下での短期間の測定データに基づいて作成されました (Nelson and Bugbee、2014)。ただし、YPF 曲線は、低照度条件下での個々の葉の短期間の測定から描画されます。クロロフィルとクロロフィルの色素は緑色光を吸収する能力が弱い（Terashima et al., 2009）が、Terashima et al. (2009) は、強い白色光が混合された緑色光によって駆動されるヒマワリの葉の光合成効率が赤色光よりも高いことを指摘しました。したがって、緑色光は植物の成長には効果がないと考えられがちですが、明るい光条件下では緑色光が植物の成長に効果がある可能性があります。高輝度緑色 LED は植物の成長を効果的に改善でき、特に短波長の緑色光は植物の成長により効果的です (Johkan et al., 2012)。

過去 30 年にわたり、高光強度条件下で植物全体を対象とした多くの長期研究により、光の質は光の強度よりも植物の成長速度に与える影響がはるかに小さいことが示されています (Cope et al., 2014; Johkan et al., 2012) ）。光の質、特に青色光は、いくつかの植物の細胞と葉の拡大速度 (Dougher と Bug-bee、2004)、草丈、植物の形態 (Cope と Bug-bee、2013; Dougher と Bug-bee、2001) を変える可能性があります。 Yorio et al.、2001)。しかし、光合成に対するブルーライトの直接的な影響は最小限です。植物全体の乾燥重量および生鮮重量に対する光の質の影響は、一般に、自然光への曝露がないかまたは少ない場合に、成長初期の葉の展開および放射線捕捉の変化により発生します（Cope et al., 2014）。

ジュールあたりの光合成光量子モル数に基づいて、LED光の電気効率が最も高い光の色は青色光、赤色光、冷白色光であるため、通常、LEDランプを組み合わせてこれらの色を生成します。他の色の LED 光品質を使用して、特定の波長の光品質を向上させ、単色光の特性によって植物の成長の特定の側面を制御できます (Ya2012; Morrow and Tibbitts、2008)。 UV-LED による LED 照明器具の UV 放射の不足は、照明器具の効率を大幅に低下させます。太陽光には PPF の 9% を占める UV が含まれており、標準的な電気光源には 0.3% ～ 8% の UV 放射が含まれています。 UV の欠如は、日光条件下でいくつかの植物障害を引き起こします (イントゥメッセンス、Morrow および Tibbitts、1988)。光合成補助光用の LED ランプの遠赤色放射 (710 ～ 740nm) の欠如により、いくつかの光周期植物の開花時間が短縮されます (GraigRungle、2013)。緑色光 (530 ～ 580nm) は、LED 照明器具に欠けているか存在しませんが、樹冠を透過し、より効率的に下の葉に届けられます (Kim et al., 2004)。つまり、各入射光量子の波長は、低光強度（150μmol/㎡）下での1枚の葉の相対的な光合成に影響を与えます。