植物生长灯——各种植物灯技术的选择

发布者:网站管理员
发布时间:2019-06-01 22:05
分类:LED方案 全部资讯 植物生长灯 百科城农


   室内水耕栽培硬件里最大的开销之一就是是照明设备和所耗的电力。 照明对植物生长和质量有着重大影响。光源不仅会影响成本,更因为种植者同时要考虑照明硬件的成本,还要考虑牵扯到与照明技术配合的环境控制,系统设计和替换成本等种种附加成本。

基本知识:

  当比较灯具之间的光质(Quality)时,我们要测量光所产生的光谱输出或PAR输出。

  当比较灯具之间的光量(Quantity)时,我们要测量每秒有多少光子(光子photon是辐射能量的最小单位)从光源落到一平方米的面积上。光子是非常小的量测单位,通常用微摩尔microMol(μmol)来表示有多少光子从光源发射抵达到植物表面。以夏季的太阳光作为参考,约是2000μmol。

PAR光合作用有效辐射量Photosynthetically Active Radiation

  植物藉由吸收光或光合作用有效辐射量(PAR)来行光合作用,PAR描述了可用于植物生长的太阳辐射光谱范围——从400nm到700nm(深蓝色到深红色),并且大约是人肉眼可见的光的范围。虽然400nm以下的波长(特别是UV-A和UV-B)和大于700nm(远红外光)的波长不被包含在PAR的量测范围中,但是植物也使用PAR范围外的光。 这些范围外的光线可以增加荷尔蒙激素的辅助以及光合作用效率(艾默生效应)。 UV光对植物的天然色素和防御机制物质的形成有着重要的作用。 用于量测PAR的最常见单位是PPF(Photosynthetic Photon Flux 光合作用光子通量)和PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density 光合作用光子通量密度)。



PPF光合作用光子通量Photosynthetic Photon Flux

  PPF量测每秒有多少PAR范围内的光子从灯光光源射出的重要单位,以µmol/s(micromoles per second)表示。1µmol等于602,214,150,000,000,000个光子(6.022x1017)。但PPF不能代表有多少光子确实落在植物上,它只是灯具的累积光子总输出量。

PPFD光合作用光子通量密度Photosynthetic Photon Flux Density

PPFD通常用来表示光的强度,表示每秒有多少光子照射在1平方公尺的面积上,用 µmol/m2/s作为单位。PPFD对种植者而言是最重要的数字,它能告诉你有多少光子照到植物上。PPFD会依灯具的大小和灯到植物的距离长短而异。距离越长,强度密度越低。测量多个生长区域的PPFD值并加以平均,以得知植物灯是否足够有效是非常基本且必要的。想要比较各种植物灯时,也要多点测量PPFD才能帮助你做出决定。

相对量子效率Relative Quantum Efficiency

  但PPFD值也不能给出特定波长的相对强度的完整讯息。植物生长灯的PPF/PPFD数字很高也不代表植物就会长的好。相对量子效率曲线也被称作有效光量子通量Yield Photon Flux (YPF)曲线或McCree曲线,被广泛用来评估光合作用的有效光质与光量。曲线显示在600-630nm之间的橙色和红色光子比400-540nm之间的蓝色光子多出25%的光合作用效率。 所以评估光的有效性时,需要考虑到光谱的分配。



为了整体生长的效率,在植物的营养阶段vegetative stage(长叶子以利行光合作用制造营养)会准备大量的根系生长和植株架构(枝节间距和整体茎干强度)。光源要在这个阶段为植物提供的能量以帮助植物做好未来开花结果的准备。种植者在这个阶段可选择许多人工光源技术来调整植物以提高产量,促进营养阶段的光照就跟促进开花跟结果阶段的光照一样重要。因为人工光源就是我们给到植物所有生长阶段的唯一能量来源,所以要怎么选就变得至关重要。以下帮大家介绍并比较几种常用于促进营养阶段的灯,每种灯都有各自的优缺点。大部分种植者对 HID (金属卤灯Metal Halide与高压钠灯High Pressure Sodium lamps)和 LED较为熟悉,但还有许多可用于室内栽培的不同型态与技术的灯大家也该来了解一下。

高强度气体放电灯High Intensity Discharge (HID)

   HID从室内栽培的最初期就被开始使用了,HID借着特殊设计、内部布涂石英或铝的灯管,并透过两端钨电极打出来的加压电弧,通过灯管后而发出光线。有HID还有多种形式:金属卤素灯(MH),陶瓷金属卤化灯(CMH)和高压钠灯(HPS)等。种植高大树状作物的种植者通常会选用HID灯来提供营养阶段的光源,其他种类的植物灯比较没有让高大植株的枝节生长更紧凑的效果。



金属卤素灯Metal Halide (MH)——MH灯发出的光有大量的蓝色光谱。 蓝色光谱光比较不太会拉伸并形成细长的节点间距,植物的生长态样会较倾向矮而浓密。



高压钠灯High Pressure Sodium (HPS)——HPS灯发出的光有大量的红色光谱,是开花与结果阶段较喜爱的光谱。HPS是HID中效率最高的灯,HPS的灯泡使用寿命较其他如MH之类的更久,且每瓦的输出光亮更多。HID照明技术的进步——更具体地说,灯本身的设计和构造——目前已经制造出能有输出更多全光谱的光HPS灯泡。

陶瓷金属卤素灯Ceramic Metal Halide (CMH)——CMH是使用陶瓷作为电弧管的改良金属卤素灯,比一般的金属卤素灯更节能。CMH所照射出来的光谱较自然,较接近于晴朗天气的太阳光。CMH灯也会产生能够刺激植物增加天然油脂和风味的UV-B光。但CMH灯泡的光与植物之间最好不要有任何阻隔,传导才能达到最佳效果,反光装置和光罩若有玻璃的话,会格挡掉UV-B光。



优点:

HID光的强度与穿透性较佳,能够穿透高且壮的植物的受光面。

光谱分布较为完整,适合作物的一般成长阶段。

缺点:

光散射——所有光能量都从单一的灯管焦点发出,这导致光能在场域中的传播不一致。反光设备有助于让光线更均匀分布,但越靠近灯具才能获得更多的光能。让作物轮替移动或让灯具位置变成可移动的话可以帮助解决这一问题。

热——HID使用电弧来产生光,同时也会产上大量的热,必须想办法把热从生长空间内排出。

T5荧光灯——T5荧光灯的高输出荧光能给植物非常好的生长能量



优点:

高输出和光散射——植物生长专用的T5荧光灯有2尺和4尺两种规格。灯管能跨过整个灯具的距离并发出均匀的光能。在T5灯具下生长的所有植物都能获得相同均匀的光能,使生长也整齐均匀,整齐且标准化也能带来更高的回报。

散热——与HID灯具相比,荧光灯的温度较低。灯可以放置在靠近植物顶部,让更多的光能可以被植物所利用。使植物会有更紧密的节点间距,低矮而茂盛的作物在室内园艺里比那些高瘦稀疏的作物更受欢迎,且产量也会更高。

缺点:

缺乏开花与结果所需的光谱——T5植物灯对于开花结果阶段而言不是最有效的选择。

穿透力有限——T5灯的强度较弱,必须足够接近植物表面才能达到最佳效果。

需要反光设备——T5灯管有360度的光照角度,所以需要高质量的反光设备来使光线指向植物。

寿命较短——T5灯的电极寿命和能量输出会随着使用时间而衰退。

 

LED——发光二极管Light Emitting Diodes——固态半导体光源



优点:

它们具有热量非常低的特征——植物可以被放置到很靠近光源的地方。

光谱客制化容易——可以为各种植物和生长阶段设计制造特定的灯具以产生特定的光谱。

LED光可以使植物产生更紧密的节点间距和并保证植物冠层的均匀性。

与HID或荧光灯相比,LED具有非常长的使用寿命。

缺点:

价格昂贵——LED目前还是比HID或荧光灯贵,但做为长期投资,LED的节能、低功耗与长寿优势将会逐渐使你回本。

电磁感应灯(无极灯)Induction Light——荧光感应和等离子感应

  电磁感应灯运用电磁场转换能量变成光源。是一种没有电极和灯丝的照明设备,它通过灯管外的磁环产生电磁波激发灯管内的物质工作,灯泡完全密封且无污染物质。

  荧光感应灯——使用磷来发光的低压灯泡。 能量通过感应传输到灯管中, 在灯管的内部,电子通过电磁发射而活跃,使得灯管中的磷发光。



优点:从许多方面来说,荧光感应灯都是完美的植物成长灯。

不需预热——可立即启动和再启动,多次开关不会有普通带电极放电灯中的光衰现象

电气性能优良——电流谐波低,恒电压供电,输出恒定的光通量。

没有电极,发热量低。

使用寿命长达15年以上,或6万~10万小时。

缺点:

使用磷作为发光体以产生光谱输出——有些磷光体取得不易,会限制灯光的亮度,光谱的完整性和压缩度。

等离子灯Plasma lighting (LEP) 

  LEP是这几年新出现的园艺栽培光源科技。LEP光是尼古拉•特斯拉在19世纪末所发明出来的。LEP是一种固态照明,和LED不同,LEP产生光是利用一个固态器件透过电磁RF(射频)能量使密闭室里的气体产生等离子体光源。LEP产生的光谱比任何人工光源都还接近太阳光,对营养生长、开花和结果阶段都很理想。灯泡里的气体色温是6,000K,太阳的表面色温则是5,777K。目前LEP的开发多是用于园艺栽培用途,LEP最终极有可能会成为室内栽培的标准光源设备。





优点:

完整的PAR光谱——适合营养生长阶段(靠近5500K)。

有能刺激植物生成天然油脂和增加风味的UV-A和UV-B光。

使用寿命可达3~4小时,甚至5万小时。

比HID的流明密度和光效更高——更低的维护成本,与LED同属于绿色环保光源。

比其他荧光灯和LED更高的穿透力。

比HID更省电。

缺点:

穿透力低于HID生长光。

目前而言初始投资金额最高的人工光源。

热量输出较大,需要排风扇或散热设备来将热从灯具和种植空间排走。

LEP与HID光源比较:

LEP是使用固态电子组件,非常可靠且可以精准操控。

LEP没有能量消耗在金属电极上,灯组可以完全密封,无污染和持久的灯泡寿命。减少早期失效以及光衰问题。

LEP光源是定向点光源,定向光源避免了灯具内部由于光线反射等因素引起的浪费。

可控制的固态驱动器和反应灵敏的光源发射器使LEP光源能够在几秒内通过数字或模拟方式调光dimming。

LEP维护和运作成本较低,能源效率较高。

每瓦的流明度比标准MH或HPS灯泡。

LEP与LED光源比较:

LED目前仍缺乏全PAR光谱的输出,LEP光却有比PAR范围更多的光谱。

LEP灯的温度较高,必须离作物距离较远,以避免植物受伤。LED灯的输出就比较多元可调整,让使用者可以自行决定灯与作物间的空间距离。

LEP与其他感应灯(无极灯)比较:

流明密度更高

灯体更紧凑。

更有效率

比其他无电极的光源的演色指数更高。

LEP的点光源具有很大的优势,定向性极大地提高了灯具的效率,能够输送更多流明到目标区域。

文章来源: OnHydroponics http://t.cn/Ai9ZeKqv
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