1. Spektralni kod fotosinteze u biljaka
Kloroplasti imaju fotosustav I i II, koji su prilično izbirljivi po pitanju spektra koje koriste za pretvaranje svjetlosne energije u kemijsku. Klorofil a/b najbolje apsorbira svjetlost u 660nm crvenom i 450nm plavom svjetlosnom pojasu. Ove trake čine više od 90% pretvorbe svjetlosne energije. Karotenoidi pomažu apsorbirati plavo-ljubičasto svjetlo između 400 i 500 nm, stvarajući sustav koji hvata dvije vrste svjetla. Kada je količina crvenog svjetla 80%, eksperimenti pokazuju da se stopa fotosinteze u rajčicama može povećati za 50%, a težina jednog ploda može porasti za 14% do 30%. Baza za sadnju ruža Yunnan koristi plavo svjetlo kako bi stabljike bile 20% deblje, a latice 35% postojanije u boji.
Biljke mogu reflektirati do 60% zelene svjetlosti (520–610nm), međutim ta svjetlost može povećati fotosintetsku učinkovitost donjeg lišća za 18% nakon što prođe kroz krošnju. Ispitivanje tvrtke Mitsubishi Chemical u Japanu otkrilo je da dodavanje 5% zelenog svjetla crveno plavom kompozitnom svjetlu povećava proizvodnju salate za 12%. Ovo je riješilo problem gubitka svjetla kod-gustoće sadnje. "Efekt sjene" dalekog crvenog svjetla (730 n) zaustavlja stabljike da rastu duže i potiče cvjetne pupoljke na diferencijaciju. To može učiniti da faza plodonošenja u proizvodnji jagoda traje 7 do 10 dana duže.
2. Spektralna revolucija LED tehnologije
Tri glavna problema s tradicionalnim izvorima svjetlosti su da visoko{0}}natrijeve svjetiljke pretvaraju samo 12% električne energije u fotosintetski aktivno zračenje, spektri fluorescentnih lampi su do 40% manji od onoga što biljke trebaju, a metalhalogene žarulje emitiraju previše infracrvenog-zračenja, zbog čega biljke rastu prebrzo. A LED je omogućio točnu prilagodbu spektra osmišljavanjem novih poluvodičkih materijala:
Tehnologija monokromatskog optičkog čipa: može poslati netaknute spektre s vršnom pogreškom valne duljine od ± 2nm zahvaljujući kombinaciji materijala InGaN/GaN. Osram u Njemačkoj proizvodi čipove OSLON Square serije, koji su 300% učinkovitiji od uobičajenih izvora svjetlosti u pojasu crvene svjetlosti od 660 nm.
Dinamička spektralna kontrola: Koristeći IoT tehnologiju, Philips GrowWise sustav mijenja spektralne omjere na temelju faza rasta biljaka. Kako bi se zaustavilo produženje hipokotila, količina plavog svjetla se povećava na 30% tijekom faze klijanja. Kako bi se cvjetni pupoljci lakše razlikovali, količina crvenog svjetla se povećava na 85% tijekom faze cvatnje. Korištenje dalekog crvenog svjetla tijekom razdoblja plodonošenja povećava povećanje plodova.
Proboj u upravljanju toplinom: korištenje keramičkih podloga i tehnika tekućeg hlađenja za održavanje temperature LED dioda ispod 45 stupnjeva. Proizvodi 60% manje topline od običnih izvora svjetlosti, pa se rasvjeta može postaviti samo 15 cm od krošnje biljke, a prostor se iskorištava 4 puta bolje.
3. "Era kontrolirane svjetlosti" poljoprivrede
Inteligentni staklenik u Shouguangu, Shandong, koristi LED svjetla za pomoć u uzgoju rajčica. Ova tehnologija proizvodi 60 kg/m² rajčice godišnje, što je tri puta više od tradicionalnih metoda. Postavljanje "tro-polica" omogućeno je korištenjem omjera 6:1 crvenog i plavog svjetla. Ovo povećava izlaznu učinkovitost po jedinici površine za 500%. Pustinjski staklenik u Unutrašnjoj Mongoliji daje krastavcima 4 do 6 dodatnih sati svjetla svaki dan tijekom oblačnih i snježnih dana (s intenzitetom od 200 μ mol/m² · s). Zbog toga krastavci rastu 25% više nego što bi inače, što rješava problem niske produktivnosti u lošem vremenu.
LED tehnologija mijenja način na koji se stvari izrađuju u carstvu tvornica biljaka. Tvrtka Mirai u Japanu koristi LED svjetla punog spektra (uključujući UV-A 380 nm i daleko crveno svjetlo 730 nm) za povećanje sadržaja vitamina C u salati za 18% i razine antocijana za 25%. Kontrolom fotoperioda (16 sati crvenog svjetla i 8 sati mraka) vrijeme sazrijevanja jagoda skraćuje se na trećinu vremena potrebnog za redovitu sadnju. To znači da su jagode dostupne tijekom cijele godine.
4. Promjene u tehnologiji i trendovi u industriji
Trenutna LED rasvjeta za biljke sada je u trećoj iteraciji razvoja:
Kvantna LED dioda: korištenje nanokristalnih materijala za postizanje kontinuirane spektralne prilagodljivosti u cijelom rasponu valnih duljina od 380 do 850 nm, sa svjetlosnom učinkovitošću većom od 4 μ mol/J.
Biofeedback sustav: ugrađen senzor fluorescencije klorofila,-praćenje stvarne fotokemijske učinkovitosti PSII u stvarnom vremenu i dinamička optimizacija svjetlosne formule.
AI Light Environment Modeling: Koristeći tehnike dubinskog učenja, stvorite digitalni dvostruki model okruženja spektra rasta biljaka kako biste mogli napraviti precizna predviđanja i kontrolu.
MarketsandMarkets kaže da će globalno tržište rasvjete za biljke rasti po stopi od 22,5% godišnje, dosegnuvši 18,6 milijardi dolara do 2027. Kina je najveći proizvođač i izgradila je puni industrijski lanac koji ide od proizvodnje čipova do sastavljanja sustava. Tvrtke kao što su Huawei i Sanan Optoelectronics zalažu se za korištenje 5G+LED rješenja za pametnu poljoprivredu.
5. Problemi i što dalje
Iako tehnologija stalno postaje sve bolja, sektor još uvijek ima tri velika problema s kojima se mora nositi:
Početni trošak: manja je vjerojatnost da će male i srednje{0}}poduzeća koristiti LED sustave punog spektra jer im treba 3 do 5 godina da se isplate.
Nema standarda: Ne postoji globalni sustav certificiranja za laganu formulu, što dovodi do različitih rezultata kada se koristi.
Usko grlo energetske učinkovitosti: Učinkovitost fotoelektrične pretvorbe u dalekom pojasu crvene svjetlosti (700–800 nm) manja je od 60% one u crvenoj svjetlosti. To znači da znanost o materijalima mora napraviti veliki napredak.
Industrija će se u sljedećih pet godina usredotočiti na tri glavna područja inovacija:
Uređivanje gena spektra: korištenje CRISPR tehnologije za uzgoj vrsta usjeva koji bolje reagiraju na određene spektre.
Fotografija-CO₂ suradnička regulativa: Stvaranje sustava koji povezuje količinu svjetlosti i ugljičnog dioksida u zraku kako bi se bolje iskoristila svjetlosna energija.
Primjene u svemirskoj poljoprivredi: Stvorite jedinstveno rješenje spektra za Marsovu atmosferu, koja je 95% CO₂, kako biste osigurali sigurnost hrane za istraživanje dubokog svemira.
6. -Primjeri iz stvarnog života i financijski dobici
Sadnja rajčica u Shandong Shouguangu: s LED sustavom koji je imao omjer crvene-plave svjetlosti od 8:1, broj plodova po biljci porastao je s 12 na 18, sadržaj šećera porastao je za 1,5 stupnjeva, a izlazna vrijednost po jutru iznosila je više od 500.000 juana.
Yunnan Flower Base: korištenjem plavog svjetla za promjenu debljine stabljika ruže, postotak cvjetova A-razine porastao je sa 65% na 82%, a cijena po jedinici za izvoz porasla je za 30%.
U pustinjskom stakleniku usred Mongolije: kada je zimi -20 stupnjeva, LED svjetla pomažu da krastavci narastu 2,3 puta više nego u običnim staklenicima i bolje iskoriste vodu i gnojivo za 40%.
