1. Spektralni kod fotosinteze u biljkama
Kloroplasti imaju fotosistem I i II, koji su prilično izbirljivi u pogledu spektra koje koriste za pretvaranje svjetlosne energije u kemijsku energiju. Klorofil a/b najbolje apsorbira svjetlost u 660nm crvenim i 450nm plavim svjetlosnim trakama. Ovi pojasevi čine više od 90% konverzije svjetlosne energije. Karotenoidi pomažu u apsorpciji plave-ljubičaste svjetlosti između 400 i 500 nm, stvarajući sistem koji hvata dvije vrste svjetlosti. Kada je količina crvene svjetlosti 80%, eksperimenti pokazuju da se stopa fotosinteze u paradajzu 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 boje.
Biljke mogu reflektirati do 60% zelene svjetlosti (520-610nm), međutim ovo svjetlo može povećati fotosintetičku efikasnost donjih listova za 18% kada prođe kroz krošnju. Proba Mitsubishi Chemical-a u Japanu otkrila je da dodavanje 5% zelenog svjetla crveno-plavom kompozitnom svjetlu povećava proizvodnju salate za 12%. Ovim je riješen problem gubitka svjetlosti u-visokoj gustini sadnje. "Efekat sjene" dalekog crvenog svjetla (730 nm) zaustavlja stabljike da rastu duže i potiče cvjetne pupoljke da se razlikuju. Ovo 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 natrijumske lampe visokog-pritiska pretvaraju samo 12% električne energije u fotosintetski aktivno zračenje, spektri fluorescentnih lampi su do 40% niži od onoga što je potrebno biljkama, a metal-halogene lampe emituju previše daleko-infracrvenog zračenja, zbog čega biljke rastu prebrzo. A LED je omogućio precizno prilagođavanje spektra osmišljavanjem novih poluvodičkih materijala:
Tehnologija monohromatskog optičkog čipa: može da šalje netaknute spektre sa vršnom greškom talasne dužine od ± 2nm zahvaljujući kombinaciji materijala InGaN/GaN. Osram u Njemačkoj proizvodi čipove serije OSLON Square, koji su 300% efikasniji od običnih izvora svjetlosti u opsegu crvene svjetlosti od 660 nm.
Dinamička kontrola spektra: Koristeći IoT tehnologiju, Philips GrowWise sistem mijenja spektralne omjere na osnovu faza rasta biljaka. Da bi se zaustavilo produžavanje hipokotila, količina plave svjetlosti se povećava na 30% u fazi sadnje. Kako bi se cvjetni pupoljci razlikovali, količina crvene svjetlosti se povećava na 85% tokom faze cvjetanja. Korištenje dalekog crvenog svjetla tokom perioda plodonošenja povećava plodove.
Proboj u upravljanju toplotom: Korištenje keramičkih podloga i tehnika hlađenja tekućinom za održavanje temperature LED dioda ispod 45 stepeni. Proizvodi 60% manje topline od običnih izvora svjetlosti, tako da se svjetla mogu postaviti samo 15 cm od krošnje biljke, a prostor se koristi 4 puta.
3. "Era kontrolisane svetlosti" poljoprivrede
Inteligentni staklenik u Shouguangu, Shandong, koristi LED svjetla za uzgoj paradajza. Ova tehnologija proizvodi 60 kg/m² paradajza godišnje, što je tri puta više od tradicionalnih metoda. Postavljanje "trodimenzionalnih polica" omogućeno je korištenjem omjera crvene i plave svjetlosti 6:1. Ovo povećava izlaznu efikasnost po jedinici površine za 500%. Pustinjski staklenik u Unutrašnjoj Mongoliji daje krastavcima 4 do 6 dodatnih sati svjetlosti svakog dana u oblačnim i snježnim danima (sa intenzitetom od 200 μmol/m² · s). To čini da krastavci rastu 25% više nego inače, čime se rješava problem niske produktivnosti po lošem vremenu.
LED tehnologija mijenja način na koji se stvari prave u tvornicama biljaka. Kompanija Mirai u Japanu koristi LED svjetla punog spektra (uključujući UV-A 380nm i daleko crveno svjetlo 730nm) kako bi povećala sadržaj vitamina C u zelenoj salati za 18% i nivo antocijana za 25%. Kontrolom fotoperioda (16 sati crvenog svjetla i 8 sati mraka) vrijeme koje je potrebno jagodama da sazri skraćuje se na trećinu vremena potrebnog za redovnu sadnju. To znači da su jagode dostupne tokom cijele godine.
4. Promjene u tehnologiji i trendovi u industriji
Sadašnja LED rasvjeta je sada u svojoj trećoj iteraciji razvoja:
LED kvantne tačke: Korištenje nanokristalnih materijala za postizanje kontinuirane spektralne prilagodljivosti u cijelom rasponu valnih dužina od 380 do 850 nm, sa svjetlosnom efikasnošću većom od 4 μmol/J.
Biofeedback sistem: ugrađeni senzor fluorescencije klorofila, praćenje u stvarnom-vremenskom vremenu stvarne fotohemijske efikasnosti PSII i dinamička optimizacija svjetlosne formule.
Modeliranje AI svjetlosnog okruženja: Koristeći tehnike dubokog učenja, kreirajte digitalni model blizanaca okruženja spektra rasta biljaka tako da možete napraviti precizna predviđanja i kontrolu.
MarketsandMarkets kaže da će se globalno tržište rasvjete biljaka povećavati po stopi od 22,5% godišnje, dostići 18,6 milijardi dolara do 2027. Kina je najveći proizvođač i izgradila je cijeli industrijski lanac koji ide od proizvodnje čipova do sklapanja sistema. Kompanije kao što su Huawei i Sanan Optoelectronics zalažu se za korištenje 5G+LED pametnih rješenja za poljoprivredu.
5. Problemi i šta dalje
Iako tehnologija postaje sve bolja, sektor i dalje ima tri velika problema s kojima se treba nositi:
Početni trošak: Mala i srednja{0}}preduzeća manje će koristiti LED sisteme punog spektra jer im je potrebno 3 do 5 godina da se isplate.
Bez standarda: Ne postoji globalni sistem sertifikacije za laku formulu, što dovodi do različitih rezultata kada se koristi.
Usko grlo energetske efikasnosti: Efikasnost fotoelektrične konverzije u dalekom pojasu crvene svjetlosti (700–800 nm) je manja od 60% one u crvenom svjetlu. To znači da nauka o materijalima treba da napravi veliki napredak.
Industrija će se fokusirati na tri glavna područja inovacija u narednih pet godina:
Uređivanje gena spektra: Korištenje CRISPR tehnologije za uzgoj vrsta usjeva koji bolje reagiraju na određene spektre.
Photo-Co₂ Collaborative Regulation: Kreiranje sistema koji povezuje količinu svjetlosti i ugljičnog dioksida u zraku radi boljeg korištenja svjetlosne energije.
Svemirske poljoprivredne aplikacije: Stvorite jedinstveno rješenje spektra za atmosferu Marsa, koja sadrži 95% CO₂, kako biste osigurali sigurnost hrane za istraživanje dubokog svemira.
6. -Primjeri iz stvarnog života i finansijski dobici
Sadnja paradajza u Shandong Shouguangu: Sa LED sistemom koji je imao omjer crveno-plave svjetlosti od 8:1, broj plodova po biljci je porastao sa 12 na 18, sadržaj šećera je porastao za 1,5 stepeni, a vrijednost proizvodnje po hektaru bila je više od 500.000 juana.
Yunnan Flower Base: Korištenjem plave svjetlosti za promjenu debljine stabljika ruže, postotak cvjetova A-nivoa je porastao sa 65% na 82%, a cijena po jedinici za izvoz je porasla za 30%.
Usred pustinjskog staklenika Mongolije: Kada je zimi -20 stepeni, LED svjetla pomažu krastavcima da rastu 2,3 puta više nego u običnim staklenicima i bolje koriste vodu i đubrivo za 40%.
