1. Kvantinis{1}}fotosintezės lygio valdymas: kombinuoti raudonos, mėlynos ir šviesos receptorių veiksmai
Chloroplastai yra augalų dalys, kurios atlieka fotosintezę. Jie sugeria ir keičia tam tikras šviesos bangas. Tyrimai rodo, kad chlorofilo a/b sugerties efektyvumas yra didžiausias 660 nm raudonos ir 450 nm mėlynos šviesos spektruose, o karotenoidai padidina 400-500 nm mėlynai violetinės šviesos sugertį. Ši įgimta spektro pirmenybė suteikia LED technologijai labai konkretų intervencijos laikotarpį.
Pagrindinis LED augalų žibintų veikimo būdas yra dirbti kartu valdant šviesai jautrius pigmentus ir kriptochromą. Fitochromas kontroliuoja, kada sėklos dygsta, kada gėlės žydi ir kada keičiasi kūno laikrodis, pajutęs raudoną šviesą ties 660 nm ir tolimą raudoną šviesą ties 730 nm. Pavyzdžiui, Vidinės Mongolijos šiltnamiai apniukusiomis ir snieguotomis dienomis augalams suteikia 4–6 valandas papildomos šviesos kiekvieną dieną (200 μmol/m² · s). Tai nutraukia jų ramybės būseną, padidindama raudonos šviesos apšvitą, dėl kurios agurkų gamyba, palyginti su tendencija, padidėja 25 %. Kriptochromas reaguoja į mėlyną ir ultravioletinę šviesą, dėl kurios keičiasi stomos atidarymas ir uždarymas bei biologinis laikrodis. Yunnan Flower Base naudoja mėlynos šviesos reguliavimą, kad rožių stiebai būtų 20% storesni ir sustabdytų hipokotilų pailgėjimą, todėl lapai (pvz., salotų lapai) tampa 15% storesni ir augalams suteikiama kompaktiška forma.
Dinaminės šviesos formulės technologinė pažanga padidina šį reguliavimo pajėgumą. Shouguang, Shandong, pomidorams auginti naudoja LED lemputes su 80% raudonos šviesos. Tai padidina fotosintezės greitį 50%, o derlių - nuo 14% iki 30%. Tačiau „Xinnuofei“ lapinių salotų dažymo receptas padidino antocianino kiekį raudonosiose lapinėse salotose 2,3 karto, sumažino nitratų kiekį 41% ir padidino galiojimo laiką 6 dienas, pakeitus spektrinį santykį prieš derliaus nuėmimą. Šis pakeitimas nuo „energijos tiekimo“ prie „morfologinio programavimo“ rodo, kad LED technologija pasiekė tikslaus reguliavimo molekuliniu lygmeniu stadiją.
2. Energijos vartojimo efektyvumo revoliucija: šuolis nuo didelio energijos naudojimo iki mažo anglies kiekio
Pagrindinis LED augalų šviestuvų pranašumas yra tai, kad jie naudoja energiją taip, kad tai labai trikdo. Lyginamieji duomenys rodo, kad LED sistemų fotoelektrinės konversijos efektyvumas siekia 40%. Tai reiškia, kad jos sunaudoja 75 % mažiau energijos nei aukšto slėgio natrio lempos ir veikia daugiau nei 30 000 valandų. 50 akrų šiltnamyje įrangos kaina yra nuo 40 000 iki 60 000 juanių, o elektros grąžinimo santykis yra didesnis nei 1:5. Šis energijos vartojimo efektyvumo šuolis yra tiesiogiai atsakingas už pramonės pokyčius. Apskaičiuota, kad iki 2031 m. pasaulinės LED augalų šviesos rinkos vertė sieks daugiau nei 4,99 mlrd. USD, o bendras metinis augimas Kinijoje sieks 21%.
Raktas į efektyvesnį energijos naudojimą yra technologinis šilumos valdymo proveržis. Kai naudojate įprastas aukšto slėgio{1}}natrio lempas, 65 % jų skleidžiamos energijos paverčiama šiluma. Tai reiškia, kad norint palaikyti temperatūrą patalpoje, reikia atskiros aušinimo sistemos. LED augalų lemputė turi aliuminio šilumą{5}}sklaidantį korpusą ir IP65 vandeniui atsparią konstrukciją. Ašmenų temperatūra pakyla tik 2–3 laipsniais, todėl nėra terminio nudegimo pavojaus. Ši maža šilumos galia Dubajaus dykumos vertikalioje fermoje sumažina tarpą tarp daugiasluoksnių sodinimo lentynų sluoksnių iki 30 cm. Vieneto ploto derlius yra 350 kartų didesnis nei įprastinės dirbamos žemės.
Dar labiau pabrėžiama spektrinio lankstumo ekonominė reikšmė. Viso spektro LED naudoja fluorescencinės dangos technologiją, kuri imituoja visą saulės spindulių spektrą. Tai apima UV (280–400 nm) ir tolimųjų infraraudonųjų spindulių (720–1000 nm) šviesą, kuri gali kontroliuoti antrinių augalų metabolitų, pvz., ginsenozidų ir antocianinų, kaupimąsi. Philips GreenPower serija nustato skirtingą raudonos ir mėlynos šviesos kiekį pomidorų daigams skirtinguose augimo etapuose. Eksperimentinės grupės derlius beveik dvigubai didesnis nei kontrolinės, likopeno ir vitamino C kiekis gerokai didesnis.
3. Pramonės restruktūrizavimas: perėjimas iš laboratorijų į pasaulines rinkas
LED augalų žibintai keičia žemės ūkio pramonės grandinę dėl savo technologinės naudos. Augalų auginimo lempų rinka Kinijoje 2022 m. siekė daugiau nei 1,6 mlrd. juanių, o parduota 15,141 mln. vienetų, ty 19,09% daugiau nei praėjusiais metais. LED technologija laužo erdvinius apribojimus, todėl jas galima naudoti vis daugiau. Pavyzdžiui, juo galima apšviesti šiltnamius, augalų gamyklas ir net kosmines ekosistemas, skirtas sodinti erdvėje. Jis taip pat gali būti naudojamas balkonų ūkiams kurti namų sodininkystei.
Geras efektyvumo revoliucijos pavyzdys – vertikalūs ūkiai. „AeroFarms“ JAV naudoja išmaniąją pritemdymo sistemą, kuri keičia spektrinį santykį pagal augalų augimo stadiją. Pavyzdžiui, sėjinukų tarpsniu mėlynos šviesos kiekis padidinamas iki 30%, o žydėjimo laikotarpiu raudonos šviesos kiekis padidinamas iki 85%. Šis tikslus valdymas perpus sumažina salotų augimo ciklą 40%, sunaudoja 90% daugiau vandens ir gaunamas penkis kartus didesnis derlius iš standartinio sodinimo ploto vieneto.
Konkurencija technologijų eksporto rinkoje yra tokia pat sunki. Kinijos įmonės, tokios kaip Yaorong Technology, išgarsėjo pasaulinėje rinkoje dėl savo mažų darbo sąnaudų ir gebėjimo atlikti profesionalius tyrimus ir plėtrą. Įmonės gaminiai yra gavę ir EU CE, ir JAV UL sertifikatus. Eksportas sudaro 65% visų įmonės pajamų. Šiaurės Amerikoje 85 % legalių marihuanos augintojų perėjo prie LED sistemų, kurios sumažino energijos sąnaudas 62 % ir padidino THC lygį 18 %.
