¿Cómo elegir y diseñar luces de crecimiento de plantas de iluminación LED para plantas?

2021-01-06

Como rama importante de la agricultura moderna, el concepto de fábricas de plantas se ha vuelto muy popular. En el entorno de plantación de interiores, la iluminación de las plantas es una fuente de energía esencial para la fotosíntesis. Las luces LED para plantas tienen ventajas abrumadoras que las luces complementarias tradicionales no tienen, y seguramente se convertirán en la primera opción para luces principales o complementarias en grandes aplicaciones comerciales, como granjas verticales e invernaderos.


Las plantas son una de las formas de vida más complejas de este planeta. La plantación de plantas es sencilla, pero difícil y compleja. Además de la iluminación de la planta, muchas variables se afectan entre sí, y equilibrar estas variables es un arte excelente que los productores deben comprender y dominar. Pero en términos de iluminación de plantas, todavía hay muchos factores que deben considerarse cuidadosamente.


Primero, entendamos el espectro del sol y la absorción del espectro por las plantas. Como puede verse en la figura siguiente, el espectro solar es un espectro continuo, en el que el espectro azul y verde es más fuerte que el espectro rojo, y el espectro de luz visible varía de 380 a 780 nm. Hay varios factores clave de absorción en el crecimiento de las plantas, y los espectros de absorción de luz de varias auxinas clave que afectan el crecimiento de las plantas son significativamente diferentes. Por lo tanto, la aplicación de luces LED para el crecimiento de plantas no es un asunto simple, sino muy específico. Aquí es necesario introducir los conceptos de los dos elementos fotosintéticos más importantes del crecimiento de las plantas.


La fotosíntesis de las plantas se basa en la clorofila de los cloroplastos de las hojas, que es uno de los pigmentos más importantes relacionados con la fotosíntesis. Existe en todos los organismos que pueden crear la fotosíntesis, incluidas las plantas verdes y las plantas procariotas. Algas verdiazules (cianobacterias) y algas eucariotas. La clorofila absorbe la energía de la luz y sintetiza el dióxido de carbono y el agua en hidrocarburos.


La clorofila a es azul verdosa y absorbe principalmente la luz roja; La clorofila b es de color amarillo verdoso y absorbe principalmente la luz azul violeta. Principalmente para distinguir las plantas de sombra de las plantas solares. La proporción de clorofila b a clorofila a de las plantas de sombra es pequeña, por lo que las plantas de sombra pueden usar la luz azul fuertemente y adaptarse a crecer en la sombra. Hay dos fuertes absorciones de clorofila ay clorofila b: la región roja con una longitud de onda de 630 ~ 680 nm y la región azul violeta con una longitud de onda de 400 ~ 460 nm.


Carotenoides (carotenoides) es un término general para una clase de pigmentos naturales importantes, que se encuentran comúnmente en pigmentos amarillos, rojo anaranjado o rojos en animales, plantas superiores, hongos y algas. Hasta ahora se han descubierto más de 600 carotenoides naturales. Los carotenoides producidos en las células vegetales no solo absorben y transfieren energía para ayudar a la fotosíntesis, sino que también tienen la función de proteger las células para que no sean destruidas por moléculas de oxígeno excitadas por enlace de un solo electrón. La absorción de luz de los carotenoides cubre el rango de 303 ~ 505 nm. Proporciona el color de los alimentos y afecta la ingesta de alimentos del cuerpo humano; en algas, plantas y microorganismos, su color no se puede presentar porque está cubierto de clorofila.


Las luces LED entre plantas se utilizan para llenar la luz dentro de las plantas.


En el proceso de diseño y selección de luces LED para plantas, existen varios malentendidos que deben evitarse, principalmente en los siguientes aspectos.


Relación de longitud de onda roja y azul de la longitud de onda de la luz


Como las dos regiones de absorción principales para la fotosíntesis de dos plantas, el espectro emitido por las luces LED de las plantas debe ser principalmente luz roja y luz azul. Pero no se puede medir simplemente por la proporción de rojo a azul. Por ejemplo, la proporción de rojo a azul es 4: 1, 6: 1, 9: 1 y así sucesivamente.


Hay muchas especies de plantas diferentes con diferentes hábitos y las diferentes etapas de crecimiento también tienen diferentes necesidades de enfoque de la luz. El espectro requerido para el crecimiento de las plantas debe ser un espectro continuo con un cierto ancho de distribución. Obviamente, es inapropiado usar una fuente de luz hecha de dos chips de longitud de onda específicos de rojo y azul con un espectro muy estrecho. En experimentos, se encontró que las plantas tienden a ser amarillentas, los tallos de las hojas son muy ligeros y los tallos de las hojas son muy delgados. Ha habido un gran número de estudios sobre la respuesta de las plantas a diferentes espectros en países extranjeros, como el efecto de la parte infrarroja sobre el fotoperíodo, el efecto de la parte amarillo-verde sobre el efecto de sombreado y el efecto de la parte violeta sobre la resistencia a plagas y enfermedades, nutrientes, etc.


En aplicaciones reales, las plántulas a menudo se queman o se marchitan. Por lo tanto, el diseño de este parámetro debe diseñarse de acuerdo con la especie vegetal, el entorno de crecimiento y las condiciones.



2. Luz blanca ordinaria y espectro completo


El efecto de luz "visto" por las plantas es diferente al del ojo humano. Nuestras lámparas de luz blanca de uso común no pueden reemplazar la luz solar, como los tubos de luz blanca de tres primarios ampliamente utilizados en Japón, etc. El uso de estos espectros tiene un cierto efecto en el crecimiento de las plantas, pero el efecto no es tan bueno como la fuente de luz hecha por LED. .


Para los tubos fluorescentes con tres colores primarios comúnmente utilizados en años anteriores, aunque se sintetiza el blanco, los espectros rojo, verde y azul están separados, y el ancho del espectro es muy estrecho y la parte continua del espectro es relativamente débil. Al mismo tiempo, la potencia sigue siendo relativamente grande en comparación con los LED, 1,5 a 3 veces el consumo de energía. El espectro completo de LED diseñados específicamente para la iluminación de plantas optimiza el espectro. Aunque el efecto visual sigue siendo blanco, contiene importantes partes de luz necesarias para la fotosíntesis de las plantas.


3. Parámetro de intensidad de iluminación PPFD


La densidad de flujo de la fotosíntesis (PPFD) es un parámetro importante para medir la intensidad de la luz en las plantas. Puede expresarse mediante cuantos de luz o energía radiante. Se refiere a la densidad de flujo radiante efectivo de la luz en la fotosíntesis, que representa el número total de cuantos de luz incidentes en los tallos de las hojas de las plantas en el rango de longitud de onda de 400 a 700 nm por unidad de tiempo y unidad de área. La unidad es μE · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). La radiación fotosintéticamente activa (PAR) se refiere a la radiación solar total con una longitud de onda en el rango de 400 a 700 nm.


El punto de compensación de luz de la planta, también llamado punto de compensación de luz, significa que el PPFD debe ser más alto que este punto, la fotosíntesis puede ser mayor que la respiración, el crecimiento de la planta es mayor que el consumo y la planta puede crecer. Diferentes plantas tienen diferentes puntos de compensación de luz, y no se puede considerar simplemente que alcance un cierto índice, como PPFD mayor que 200 μmol · m-2 · s-1.


La intensidad de la luz reflejada por el medidor de iluminancia utilizado en el pasado es el brillo, pero debido a que el espectro de crecimiento de la planta cambia debido a la altura de la fuente de luz de la planta, la cobertura de la luz y si la luz puede pasar a través del hojas, etc., se utiliza como luz al estudiar la fotosíntesis. Los indicadores sólidos no son lo suficientemente precisos, y ahora se usa principalmente PAR.


Generalmente, la planta positiva PPFD> 50 µmol · m-2 · s-1 puede iniciar el mecanismo de fotosíntesis; mientras que la planta de sombra PPFD solo necesita 20 µmol · m-2 · s-1. Por lo tanto, al instalar luces LED para plantas, puede instalarlas y configurarlas de acuerdo con este valor de referencia, seleccionar la altura de instalación adecuada y lograr el valor ideal de PPFD y la uniformidad en la superficie de la hoja.


4. Fórmula ligera


La fórmula de luz es un nuevo concepto propuesto recientemente, que incluye principalmente tres factores: calidad de luz, cantidad de luz y duración. Simplemente comprenda que la calidad de la luz es el espectro más adecuado para la fotosíntesis de las plantas; la cantidad de luz es el valor y la uniformidad apropiados de PPFD; la duración es el valor acumulativo de la irradiación y la relación entre el tiempo diurno y el nocturno. Los agricultores holandeses han descubierto que las plantas utilizan la relación entre la luz infrarroja y la luz roja para juzgar los cambios de día y de noche. La proporción de infrarrojos aumenta significativamente al atardecer y las plantas responden rápidamente al sueño. Sin este proceso, las plantas tardarán varias horas en completar este proceso.


En aplicaciones prácticas, es necesario acumular experiencia a través de pruebas y seleccionar la mejor combinación.