选择LED园艺照明系统时需考虑哪些因素?如何实现能源效率?

时间:2021-05-23作者:佚名

  事实上,园艺灯具将电能转换成可用光供植物生长的效力对受控环境农业(CEA)能否成功至关重要。图1为受控环境农业(CEA)的一个垂直农场范例。

选择LED园艺照明系统时需考虑哪些因素?如何实现能源效率?

  图1. 将照明解决方案安装在离农作物冠层几英寸以内是垂直农业应用的突破。 与设计不佳的LED解决方案和其他照明技术(如HPS和荧光灯)相比,正确设计的LED解决方案可实现每平方英尺更高的产量。

  园艺的相关指标

  植物主要利用波长在400-700nm的可见光进行光合作用(图2),因此,此区段通常也被称为光合成有效辐射(PAR)。光合光子通量(PPF)测量照明系统每秒产生的PAR总量。测量时,使用积分球,用于捕获并测量照明系统发射的几乎所有光子。PPF的单位为每秒每平方米光子的摩尔数(μmol/s)。

选择LED园艺照明系统时需考虑哪些因素?如何实现能源效率?

图2. 植物对光合有效辐射(PAR)的平均响应

  光合光子通量密度(PPFD)测量到达植物冠层的PAR量。PPFD表示单位时间面积上在可见光波长范围的光量子数,单位為μmol/m2/s。 PPFD 也表示光量子的数量与光合作用间的相关性。

  最后,我们讨论光子功效。光子功效指园艺照明系统将电能转换为PAR光子的效率。如果光的PPF与输入功率都已知的情况,就可以轻松计算园艺照明系统的光子功效。给定PPF的单位为μmol/ s,测量瓦特的单位是每秒焦耳(J/s),分子和分母中的秒数消除,得到的单位为μmol/ J,这个单位就用于表示功效。这个数字越高,就表示照明系统将电能转换成PAR光子就越有效。

  园艺照明的常见方法

  接下来,我们要了解灯具设计的细微差别,以及园艺照明系统节能的原因。世界上最常用的园艺照明系统是基于高强度放电(HID)照明和高压钠灯(HPS)。高压钠灯本来不是专门设计用于种植植物的,是设计给轻轨和停车库。但是,现成可用性和高输出水平导致被广泛应用于园艺,原因是它们提供非常高的光强度,大部分发射的光在565-700 nm范围内,这一有效的波段可以加速光合作用。

  使用高压钠灯进行园艺照明的一个缺点是产生大量的辐射热。高压钠灯的表面温度可以达到高于800°F的温度(约430 ℃),因此植物冠层和高压钠灯之间必须有足够的距离,以避免损坏植物组织。增加灯具的安装高度时,反平方定律开始起作用,这可以降低照明率。随着时间的推移,高压钠灯的能量效率增加,而双端HPS灯具的出现,能够实现1.7μmol/J的光子效能。

  转向LED

  我们回顾一下LED在园艺照明使用的过程。在2014年,效率最高的LED园艺照明系统与双端高压钠灯效率一样。与高压钠灯相比,LED的使用寿命长(L70≥50,000小时)令许多种植者转而使用LED。然而,与高压钠灯相比,LED园艺照明系统的成本相对较高,限制了向LED灯的过渡。

  LED芯片制造商在过去几年中已经提高了目前已有组件的功效,使得他们能够显著提高光子效能,并且每年都会持续改进。事实上,基于LED的园艺照明系统现在能够实现比双端高压钠灯大45%的光子效率。虽然单个组件的效率提高了LED园艺照明的效率,但它也只是LED超过高压钠灯技术的一个变量。

  LED系统热量

  谈到LED照明产生的热量时,有一个常见的误解。许多种植者认为LED比高压钠灯产生的热量更少,这在LED灯具以较低瓦数驱动时才是真的。如果有一个600W LED灯具和一个600W双端高压钠灯,从宏观角度来看,它们产生的热量在相同的大致范围内。

  LED和高压钠灯的主要区别在于这两个600W产生的PAR能量有多少,热量如何从灯具中散发的。来自高压纳气灯的大多数热量向下辐射到作物冠层,而LED的大部分热量是在部件与印刷电路板(PCB)的连接部位产生的,热量通常被传导到PCB,也可能是散热片,并通过向上对流去除。

相关阅读

深圳大学李秀婷团队:利用电化学方法研究量子点的液相配体交换过程

近日,深圳大学高等研究院李秀婷研究员课题组在国际知名期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》(影响因子:6.795,中科院JCR一区)上发表一篇题为“Probing Dynamics of Lead(II) Sulfide Quantu...
2021-06-29
深圳大学李秀婷团队:利用电化学方法研究量子点的液相配体交换过程

工程师笑了:有了这个863成果 LED路灯亮度计算变得如此简单

2016年4月,《照明工程学报》第27卷第2期刊登了《直线道路的r(x,y)反射表和亮度计算》的技术论文。 文章介绍的计算方法是国家863计划--“十城万盏”半导体照明应用研究及示范--“标...
2021-05-23
工程师笑了:有了这个863成果 LED路灯亮度计算变得如此简单

低压接地系统解析:TN-C、TN-S、TN-C-S结构、优劣与现场选型判定

如果分不清TN-C、TN-S、TN-C-S三类低压接地系统,厂房改造时混用系统、PEN与PE线二次搭接,就会容易引起设备外壳带电、漏电保护器失效、人员触电等一系列重大安全隐患。 结合GB...
2026-06-29
低压接地系统解析:TN-C、TN-S、TN-C-S结构、优劣与现场选型判定

沟槽填充p型氮化镓可增加InGaN LED输出功率

韩国首尔国立大学和三星电子有限公司已经使用填充有p型氮化镓的沟槽来增加InGaN LED的输出功率。 沟槽的目的是使孔更有效地进入多量子阱(MQW)结构。在传统的LED中,来自顶部p-Ga...
2021-05-23
沟槽填充p型氮化镓可增加InGaN LED输出功率

潘建伟等国际首次实现综合性能最优单光子源

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等近日在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源,综合性能达到国际最优,为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信...
2021-05-23

热销商品

热浸锌电缆光伏桥架热镀锌槽式室外防水耐腐蚀大跨距梯式线槽定制

热浸锌电缆光伏桥架采用先进的热镀锌工艺,表面锌层均匀厚实,具备优异的耐腐蚀性能,特别适用于室外恶劣环境。该产品为槽式设计,能有效防水防潮,保护内部电缆安全运行。...
10

店铺商用COB超亮服装店轨道灯led射灯婚纱20W30W40W明装导轨射灯

店铺商用COB超亮服装店轨道灯LED射灯婚纱20W30W40W明装导轨射灯,专为商业照明设计,提供均匀而集中的光线输出,确保服装展示和拍摄场景的亮度需求。采用高效能LED光源...
6.46

公牛官方旗舰店奶油风空调16A开关插座五孔面板肤感哑光g12米绒白

公牛官方旗舰店推出的奶油风空调16A开关插座五孔面板,以其独特的设计和实用的功能,成为现代家居的完美选择。这款插座采用肤感哑光G12米绒白设计,表面柔和细腻,触感舒...
11.8

橡胶密封圈o型圈o形胶圈丁腈油封密封圈垫圈大全防水耐高温修理盒

橡胶密封圈O型圈(O形胶圈)是一种广泛应用于机械、液压、气动及管道系统的关键密封元件,具有结构简单、密封性能可靠、安装便捷等优点。本产品采用优质丁腈橡胶(NBR)材...
1.18

德力西电气活动扳手万用多功能活口小板子工具大全正品大开口板手

德力西电气活动扳手是一款集多功能、高耐用性与精准调节于一体的专业手动工具。采用优质合金钢锻造,经热处理工艺强化,具备出色的抗磨损和抗腐蚀性能。其大开口设计...
6.2

网站栏目