双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计

在植物照明领域,由于培养系统受照面随植物的生长不断变化,植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果,使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单,并且只针对某一具体参考平面进行优化,无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题,以整个植物培养架的照明空间为研究对象,以空间照明理论为依据,以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源,通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程,变异数分析精细优化关键结构参数,更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后,最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%,混色均匀度分别为90%和87.13%,种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。

高空间照明均匀度植物光源系统的设计

传统的植物照明设计只针对单一参考面均匀度进行评价,难以满足植物在整个生长过程中对均匀光照环境的需求。针对这一问题,首先提出了空间照明均匀度评价体系,并基于该体系设计了一种复合光源模块的立体化照明系统,以期构建照明均匀的植物生长空间。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,在结合ANOVA分析的基础上,获得了最优结构参数。最后对所得最优解进行灯珠形状分析和植物生长过程中的照明效果测试。实验结果表明:最优结构可提供一个水平参考面照度均匀度为87.22%,混色均匀度为90.11%;竖直参考面照度均匀度93.02%,混色均匀度91.43%的均匀照明空间。该植物光源系统可满足植物生长过程中对均匀空间照明环境的需求。

立体化高空间照明均匀度LED植物光源的设计

传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究了结构参数对照明效果的影响。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,并结合ANOVA分析,获得了最佳方案的最优结构参数。然后,基于所得最优解,对植物生长过程中的照明效果进行了测试。最后,介绍了立体化光源系统相对传统阵列式LED光源的技术优势。实验结果表明:最优结构可提供一个均匀照明空间,该空间内的水平面照明均匀度和垂直面照明均匀度分别为92.00%和83.12%,并且两个空间参考平面上的红蓝光混色均匀度分别达到94.19%和90.70%。该植物光源系统可为植物提供其生长过程中所需的均匀空间照明环境。

多光源模块植物光源系统的设计

针对现有植物光源系统架构难以提供优质的照明环境,提出空间照明均匀度理论。采用多光源模块的植物光源系统实现植物生长空间内的高空间照度均匀度以及色度均匀度,多光源模块由倒置光源、直下式光源以及在生长空间的中部光源组成。通过多光源模块的立体化混光方式达到设计的目的,根据Taguchi理论简化实验过程并结合变异数分析深入优化关键因子,从而找到植物光源系统的最优解。进一步优化LED灯珠的形状和间距,最终获得水平面和竖直面的照度均匀度分别为91.35%和89.71%,混色均匀度分别为87.67%和88.54%的立体化植物光源系统。对植物生长进行模拟和实物测试,实验结果表明植物光源系统能够在整个植物生长空间提供高质量的照明效果。