温室园艺LED照明研究与应用现状

LED作为设施园艺光环境调控的优选光源和手段,节能、精准、长寿命且光效率高,可通过光质及其光强和光周期等光照属性的控制,调控植物光合作用和光形态建成,调节设施园艺作物生长发育、生物量和果实产量、开花及农产品品质,获得温室补光的效益。而且,基于时空光环境调控带来的显著效益,动态照明和立体照明应运而生,方兴未艾,应用前景广阔。本文总结了温室LED照明产品和应用领域,提出了动态照明和立体照明技术概念,总结了光质、光强和光周期植物调控的研究进展,重点阐述了光质调控植物园艺作物生长发育、产量、开花及农产品品质的研究进展,对未来温室LED补光产业发展前景进行了展望。

针对垂直农场的高效高均匀度LED植物生长灯设计

现代设施农业补光灯的配光控制,尤其是提高冠层的光合光子照度均匀度(Photosynthetic Photon Flux Density,PPFD),降低无效照明所占能量比例的设计,对于节约能源、降低种植成本和提高管理效率均有实际意义。本文基于数字照明光场理论,针对植物生长灯的LED光源,设计了自由曲面透镜,使用该透镜,采用在中心单灯管的布灯方式,即可在灯具下方的种植区域形成横向和纵向两个方向的高均匀度光场分布,且LED发出的光合光子几乎全部落入到种植区内,对于垂直农业及育种具有较高的实用价值。

基于多光质灯珠的光配方动态可调LED植物灯及其控制器设计

基于不同植物在不同阶段需求的光配方差异,本文设计了一种光配方动态可调的LED植物灯,采用多芯片集成的LED灯珠作为光源,具备红、蓝、暖白和远红光四种独立可调节的光质,对LED植物灯进行了光分布优化,减少了光斑现象。采用DSP控制的Buck电路以可调恒流方式驱动LED植物灯,四种光质的驱动电流可独立调节。DSP及其外部数据存储、计时和通信模块能够完成光配方的预存、修改和动态调整,使LED植物灯的光质、光强和光周期能够依据植物生长的需要进行实时调节。最后,设计了LED植物灯及其控制器的实验样机,测试了不同光质比的光谱、光分布和驱动电路的效率。本设计能够精准调控光照环境,在有效促进植物生长的同时,节省电能消耗,能够为不同种类植物的最优光配方研究提供基础,具有广泛的应用价值。

基于LED的植物生长光谱拟合算法

主要讨论和分析了基于LED的特定光谱拟合算法,该算法以非线性最小二乘和高斯函数模型为基础,通过光谱拟合确定LED的种类及其所需的驱动电流值。在仿真实验中,对植物光合作用中叶绿素吸收光谱400~700nm波段进行拟合,采用等间隔和非等间隔峰值波长的LED进行拟合,结果发现LED的数目越多拟合的精度越高,非等间隔方法对光谱波峰或波谷位置的识别能力强,拟合精度较高,为植物生长灯的工程设计提供理论依据。

面向无土栽培的LED灯板制作和特性研究

植物生长灯是目前精准农业和人工光合作用的研究热点问题。研制人工光源、改进植物生长环境是植物工厂发展的一个至关重要的环节。本文从LED光源设计出发,设计了适合绿色叶菜植物生长的LED照明灯板,并结合植物光合作用光谱分析手段,改进了LED灯板配光比,经过两轮实验,获得7∶1的红蓝光强比是适合油麦菜培育的配光方式。

LED植物生长灯的设计

基于LED的发光原理和植物生理活动特性,本研究设计了一种LED植物生长灯。经过对比,本设计采用圆环形阵列组合,配置DD312作为恒流源的控制芯片,利用脉冲宽度调制技术来进行光亮调节,满足不同植物在不同时段的光照需求,以期提升植物产量,缩短生长周期。

LED植物生长光照系统的研制

随着人们生活水平提高,越来越多的人看重在营养摄取方面的补给,特别是蔬菜、水果等绿色植物方面。温室大棚蔬菜、水耕种植、无土栽培技术更是在强大市场需求下技术急剧升温。LED植物生长灯更是搭乘着市场需求的高速列车车迅猛发展,越来越多数LED企业纷纷在研制LED植物照明灯具。本文针对以上问题紧紧围绕LED灯具波长选择、电源设计、控制逻辑关系展开介绍与讨论,为相关研制人员或机构提供了一些有价值的参考。

高压钠灯与LED灯在植物补光中的应用特性分析

随着现代农业的高速发展,温室大棚、植物工厂、智慧农业等新型现代农业已经逐渐兴起,光作为植物生长必不可少的重要环境因素,植物补光已经变得越来越普遍。高压钠灯和LED植物灯是目前比较常用的植物补光灯,本文主要对比分析高压钠灯和LED植物灯的功能特性,选择出更适用于现代农业植物补光的植物补光灯。

基于多光质灯珠的LED植物灯光照均匀性优化设计方法

基于植物生长对光质与光分布的需求,本文设计了一种能够实现光质对称分布、光分布均匀性高的LED植物灯。在红、蓝、暖白、远红四芯片LED灯珠基础上改进,新的LED灯珠由红、蓝、暖白三种独立可调节的光质组成,并进行二次光学设计和LED阵列设计实现了X方向的光质高均匀度分布与Y方向的光质对称。通过Tracepro软件进行光仿真,得到各光质的光照分布,在实验中测量了各光质的实际光照分布,将两种灯珠的光照分布进行对比。建立了二次光学设计下LED灯珠的光照分布模型,提出了光照强度均匀性的评价函数。最后,根据各光质的光照强度分布对光照均匀度进行计算。本文设计的LED植物灯能精准实现X方向光质分布高均匀性、Y方向光质对称分布,整体光照强度均匀性较高,能够对植物实现高均匀照明。

植物灯性能的对比研究

文章针对荧光灯型植物灯和LED型植物灯[3],通过专业仪器对其主要参数、性能等方面性能进行了测量和对比分析。分别测量了两种植物灯的光效和光通量、红绿蓝色光占有比率和相对光谱图及其他参数。通过对比分析发现,LED型植物灯的各方面实际效果更优,更利于植物生长,适合大量投入实际生产。

LED单波长杀虫灯对玉米—大豆套作共生期主要昆虫的诱杀效果

以LED单波长杀虫灯为研究对象,研究5个不同波长LED杀虫灯对玉米-大豆套作共生期害虫及其天敌的诱捕效果。结果表明,共生期主要害虫以鳞翅目草螟类(以桃蛀螟为主)、鞘翅目金龟类、半翅目叶蝉类和蝽类等为主,筛选获得395 nm、401 nm和405 nm波长LED杀虫灯对害虫防治效果好,且对天敌种群影响较小。同时发现,不同波长LED杀虫灯下主要害虫的诱集动态存在差异。

LED植物灯高均匀性照明鳞甲透镜设计

针对现有植物灯照度均匀性不高和效率低下的问题,本团队设计了一种LED鳞甲透镜植物灯。首先研究了红光和蓝光LED的配比和排列方法,采用9点法进行光谱测量,研究了光谱分布的均匀性;然后根据光学原理和非成像光学原理设计了一款鳞甲透镜,利用鳞甲透镜的鳞甲弧度将LED发出的光线均匀化,增加光线的耦合程度,进而提高出光面的光学效率和均匀性;最后将14颗1 W三星3535蓝光LED灯珠(型号为LH351H 450 nm L4A4B)和70颗1.6 W三星3535红光LED灯珠(型号为LH351H 660 nm V2 E7W410)作为植物灯光源,在尺寸为380 mm×220 mm的植物灯中均分为7行,每行12颗LED,通过TracePro软件进行仿真实验。仿真结果表明,当红光与蓝光光子数比8∶1时,红光LED和蓝光LED均匀排列方式的光谱均匀性优于蓝光LED均分两列排列方式的光谱均匀性。最后制作LED植物灯,整灯测试结果表明,当鳞甲透镜长为22 mm,宽度为16 mm,最大高度为6.68 mm,内表面的底面直径为6.26 mm,内表面高为2.98 mm,鳞甲凸起高度为0.1 mm,鳞甲宽度为0.35 mm,两个LED中心列间距为25 mm时,植物灯的光束角为90°,接收面距植物灯出光面0.5 m,在500 mm×500 mm的照明区域上可以得到光量子通量密度(PPFD)均匀性为93.12%、光学效率为90%的植物照明面光源。

不同补光灯具对多肉植物橙梦露生长的影响

为探究室内全人工光照环境下,3种补光灯具对多肉植物橙梦露生长的影响,本试验以多肉植物橙梦露为试验材料,用3种不同的补光灯具,通过T1、T2、T3处理(T1为红蓝光子数比7∶1的100 W LED灯条,悬挂高度0.3 m,光照强度500μmol/(m^(2)·s),T2为红蓝光子数比7∶1的150 W LED灯筒,悬挂高度0.3 m,光照强度1000μmol/(m^(2)·s),T3为红蓝光子数比7∶1的630 W陶瓷金卤灯,悬挂高度1.2 m,光照强度150μmol/(m^(2)·s),同时通过观察比较多肉植物橙梦露生长发育过程的颜色及形态变化情况来判断多肉品质。研究结果表明,与T3处理相比,T1和T2处理后的多肉植物橙梦露转色效果更好,饱满度更高,生长形态更好。而T1和T2处理后的多肉植物橙梦露在转色和形态上没有明显区别。

基于CFD的LED补光灯模型构建与验证

为明确植物工厂CFD环境模拟中LED补光灯的边界条件设置,构建单层LED补光栽培架(原型),并根据原型在CFD软件中建立规格一致的栽培架三维模型,对三维模型进行模拟分析,将得到的模拟值与原型实测值进行对比分析,验证LED灯边界条件设置的可行性。在模型中将LED补光灯分为反应器和灯罩两部分,反应器为LED补光灯的灯板,设置为热源边界条件,根据红、蓝灯珠数量及其对应的电光转化效率计算其单位体积散热量,灯罩为LED补光灯表面的塑料壳,起保护灯珠的作用,设置为导热材料,将三维模型的风速、温度模拟值与栽培架原型的实测风速值、温度值进行对比,结果表明:1)栽培架三维模型中LED补光灯的散热量为34166 W/m^(3);2)通过模拟值与实测值对比,30个测点实测风速值与CFD模拟风速值的均方根误差为0.06,46个测点实测温度值与CFD模拟温度值的均方根误差为2.63,模拟值与实测值吻合良好。在植物工厂CFD模拟中,可以将LED补光灯反应器设置为热源、灯罩设置为导热材料。

植物工厂中光照效率提升途径简述

介绍了人工光植物工厂内的能量转换概况,指出了植物工厂中影响人工照明效率的主要因素,基于植物光合作用对光照的需求,从光源的光合有效辐射效率、植物冠层光能截获率、植物叶片的光吸收率方面阐述了改善光照效率的基本途径。