一, Fotobiologijos pagrindai: kaip augalai „mato“ LED šviesą
Augalai gali matyti šviesą dėl fotosintezės pigmentų sistemos ir šviesai jautrių pigmentų bendro poveikio. Chlorofilas a/b geriausiai sugeria šviesą esant 660 nm raudonai ir 450 nm mėlynai, o karotenoidai padeda esant 480 nm mėlynai. Šis natūralus spektrinis selektyvumas leidžia LED technologijai paveikti augalų augimą, atsargiai keičiant spektro komponentus.
Įprastų šviesos diodų (baltos spalvos LED) spektras yra skirtas žmogaus regėjimui, tačiau jis vis dar turi mėlyną šviesą (450–470 nm) ir raudoną šviesą (620–660 nm), kurią augalai turi fotosintezuoti. Tyrimai rodo, kad maždaug 18–25 % baltų šviesos diodų skleidžiamo fotonų srauto patenka į efektyvų augalų fotosintetinės spinduliuotės spektrą (400–700 nm). Šis procentas yra mažesnis nei 80–90 % profesionalių augalų lempų, tačiau jis vis tiek gali patenkinti minimalius papildomos šviesos poreikius. Pavyzdžiui, kai lyja arba kai viduje nėra daug šviesos, įprastos LED lemputės gali išlaikyti augalus šviesoje 14–16 valandų per dieną. Tai sutrumpina žalių maisto produktų, tokių kaip salotos, gyvavimo ciklą 15–20%.
2, taikymo scenarijus: tipiškų LED lempučių asortimentas
1. Trumpalaikis-daugiau šviesos ir augalų su lapais
Augalams su lapais, pavyzdžiui, jackfruit ir chlorophytum comosum, įprastos LED lemputės gali būti naudojamos kaip trumpalaikiai{0}}šviesos šaltiniai. Eksperimentai parodė, kad 6 valandas per dieną švitinant augalus iš 30 cm atstumo, chlorofilo kiekis jų lapuose gali padidėti 12–15%. Tačiau naudojant jį ilgą laiką (daugiau nei tris mėnesius), stiebai gali tapti per ilgi, todėl juos reikės reguliariai karpyti.
2. Sodmenų ir žolinių augalų auginimas
Gaminant žolinius augalus, tokius kaip daigai ir žolelės gamykloje, įprastos LED lemputės ir atspindinti plėvelė gali sunaudoti 80 % šviesos energijos. Šeimos ūkyje Šendžene buvo naudojamas modifikuotas LED lubų šviestuvas (PPFD vertė maždaug 120 μmol/m²/s), todėl baziliko sodinukų įsišaknijimo greitis natūralioje šviesoje padidėjo nuo 65% iki 92%. Tačiau vaisių derliaus (pvz., pomidorų) derliaus dažnis išaugo tik 8 %, o tai yra daug mažiau nei 35 % padidėjimas, kurį sukėlė profesionalus augalų apšvietimas.
3. Avarinis apšvietimas visais metų laikais
Žiemą šiltnamiams apšviesti šiauriniuose rajonuose galima naudoti įprastus LED šviestuvus. Bandymai daržovių bazėje Hebėjaus provincijoje parodė, kad įdėjus įprastą LED lemputę 4 valandas per dieną, net ir esant labai blogam orui ir mažiau nei 4 valandas šviesos, galima išlaikyti 78% įprasto agurkų derliaus. Tačiau vitamino C kiekis vaisiuose yra 19% mažesnis nei profesionalaus papildomo apšvietimo grupėje.
3, techninės problemos: trys pagrindinės problemos, susijusios su įprastomis LED lemputėmis
1. Nesubalansuotos spektrinės dalys
Žalia šviesa (500–570 nm) sudaro 40–50 % įprastų LED šviestuvų, tačiau augalai sugeria tik mažiau nei 5 % jos. Dėl šios „neveiksmingos šviesos“ šviesos energija ne tik tampa mažiau naudinga, bet ir dėl šiluminio poveikio gali pakelti lapų temperatūrą 2–3 laipsniais Celsijaus. Norėdami tai išspręsti, reikia padidinti atstumą tarp lempų (geriausia nuo 40 iki 50 cm).
2. Nepakankamas šviesos intensyvumas
Profesionalių augalų šviestuvų PPFD vertė gali būti 600–1000 μmol/m ²/s, o įprastų LED lempučių PPFD vertė 30 cm atstumu yra tik 80–150 μmol/m ²/s. Pasėliams, kuriems reikia daug šviesos, kad klestėtų (pvz., aitriosios paprikos), įprastos LED lemputės turi degti ilgiau nei 12 valandų, kad 6 valandas būtų sukurtas toks pat efektas kaip ir profesionalios lemputės. Tai sunaudoja 2,3 karto daugiau energijos nei profesionalūs šviestuvai.
3. Nėra dinaminio reguliavimo
Kad augalai augtų, šviesos kokybė turi keistis tarp vegetatyvinio augimo tarpsnio (kai reikia 60 % mėlynos šviesos) ir reprodukcinio augimo periodo (kai reikia 70 % raudonos šviesos). Įprastos LED lemputės turi fiksuotą spektrą ir negali dinamiškai pakeisti šviesos kokybės, kaip gali profesionalūs žibintai. Tai sukelia „lengvos kokybės diskomfortą“ pasėliams, tokiems kaip pomidorai, o tai reiškia, kad mitybos augimo laikotarpiu silpni stiebai ir nepakankamai diferencijuojasi žiedpumpuriai reprodukcinio augimo laikotarpiu.
4, optimizavimo planas: planas, kaip įprastos LED lemputės geriau veiktų
1. Spektro keitimo technologija
Dalį žalios šviesos galima pakeisti raudona šviesa, uždedant fluorescencinius miltelius ant LED karoliukų paviršiaus. Rinkoje jau yra rinkinių, kuriais galima pakeisti įprastus LED žibintus taip, kad jie turėtų 15–30 % daugiau raudonos šviesos ir 18 % didesnį fotosintezės efektyvumą. Pavyzdžiui, auginant sultingus augalus, pritaikytos LED lemputės gali padaryti augalus 25 % kompaktiškesnius, o lapus 12 % storesnius.
2. Refleksijos sistemos sujungimas
Naudojant su aliuminio folijos atšvaitais arba difuzinėmis atspindinčiomis dangomis, šviesos energijos panaudojimo koeficientas gali padidėti nuo 35% iki 58%. Namų laboratorijoje Hangdžou atliktas tyrimas parodė, kad panaudojus atspindinčią sistemą 1 ㎡ sodinimo plote, papildoma šviesa iš įprastų LED šviestuvų yra tik 68 % didesnė nei iš profesionalių šviestuvų, tačiau jie kainuoja tik 1/5 tiek.
3. Išmanusis valdymo modulis
Išorinis šviesai jautrus jutiklis ir laikmatis gali automatiškai keisti šviesos kiekį ir laiką. Pavyzdžiui, jei aplinkos apšvietimo lygis yra mažesnis nei 2000 liuksų, sistema automatiškai įjungia LED užpildymo lemputę tam tikram laikui, kad būtų išvengta šviesos slopinimo dėl per daug šviesos.
5, rinkos tendencija: kaip keičiasi įprastos LED lemputės
Augalų gamykloms persikėlus į namus, įprastų LED šviestuvų keitimas gamykloje{0}} tapo nauja mada. 2024 m. tokios įmonės kaip „Xiaomi“ ir „Philips“ išleis „viso spektro LED lemputes“. Šiose lemputėse naudojama kelių-lustų derinio technologija, skirta visam 400–700 nm diapazonui, jų PPFD vertė yra 200 μmol/m²/s ir kainuoja 60 % mažiau nei profesionalūs šviestuvai. Šis produktas sudaro 32% balkonų sodininkystės rinkos, o iki 2025 m. prognozuojama, kad ji sudarys daugiau nei 50%.
Tuo pačiu metu modulinis dizainas tapo svarbia nauja idėja. IKEA „Augalų augimo šviesos juosta“ gali būti lengvai pridedama prie dabartinių LED lempų. Šviesos spektrą ir ryškumą galite pakeisti mobiliąja programėle, iš karto paversdami įprastas lempas „išmaniosiomis augalų lemputėmis“. Šis „lengvos transformacijos“ metodas padeda žmonėms lengviau steigti namų augalų gamybos įmones.
