如果你以为LED只能应用在信息产品与一般日常生活,你可就低估了LED的发展潜力,有研究显示将LED照明应用在农业上,将有效提升农作物产量,究竟这是如何做到的,本文将为您探讨这个有趣的应用。
更聪明的人造太阳 提高植物生长速度
我们都知道,农作物主要是依赖太阳光来进行光合作用,并得以成长茁壮,如果能过通过人工照明来补强日照的效果,将可加快农作物的成长速度。农业照明不是近年来才有的新事物,传统的植物补光通常采用氙灯、荧光灯、高压钠灯或金卤灯等。不过,这些照明方式的效率仍然不高,加上植物生长补光或者全人工光种植的植物都需要消耗大量的照明用电,而过多的光辐射或是无法被植物利用的光辐射都是能源的浪费。
随着LED照明技术的快速发展,由于LED相较于传统光源更为省电,将LED照明应用在农业上,将可有效地降低能源的浪费,除此之外,LED能够调节不同的颜色与光谱,可以针对农作物在不同时期对光谱的不同需求,灵活地调整LED光源,加速植物的生产速度,也可更有效地利用能源。
植物在生长的过程中,对于光谱的需求是有选择性的,植物的光合作用在可见光光谱(380 ~ 760nm)范围内所吸收的功能约在六成,其中以波长610 ~ 720nm(波峰为660nm)的红橙光,以及400 ~ 510nm(波峰为450nm)的蓝紫光为吸收峰值区域,这两个波段便成为植物的“光肥”。植物对于510~610nm的黄绿光吸收较少,因此若能针对这两个主要波段来开发人工光源,将能够提高植物的光能利用效率。
此外,在植物生长的不同阶段,对于光谱的需求也有所不同,例如波长在450nm前后的蓝光,可以促进植物的萌芽,而波长在630nm前后的红光则可以促进植物的光合作用、萌芽、开花及结果。也因为此种特性,不同种类的植物,对于光谱的需求也会不同,例如多肉植物与根茎类植物对于蓝光的需求更高,而开花结果类植物,则更偏爱红光,其他通用均衡类的植物,则对红蓝光谱都有需求。
LED照明具有省电的特性,更特别的是光线的颜色与光谱可以进行编程与调节,让LED照明更适合农业照明的需求。由艾睿电子推出的30W农业照明解决方案,采用了Cree XP-G3与XP-E LED,搭配飞兆半导体的FL7734 LED驱动器,支持180-264 Vac输入电压,输入功率则为30W,驱动电压为33V,驱动电流为750 mA,具有2500 lm的流明输出,光合作用光子通量(Photosynthetic Photon Flux, PPF)达到42.3 μmol/s,光合作用光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density, PPFD)则达到62 μmol/m2/s,测试条件为光线角度50度,距离高度则为一公尺。此外,艾睿电子也推出了30W农业照明T8灯管解决方案,其采用了Lumileds Luxeon C的LED,同样采用飞兆半导体的FL7734 LED驱动器,支持180-264 Vac输入电压,输入功率则为33W,驱动电压为36V,驱动电流为750 mA,具备全光谱光源,适合用于各种农作物栽培。
LED智能照明系统的推广促进了农业照明的二次发展,但仍然受限于LED植物补光系统成本太高,导致LED农业照明的推广受到一些阻力,农业照明系统牵涉到光源、灯具、控制,这些技术手段可难可易,只要成本控制在农民可接受范围内,这些问题都是可解决的。
农业植物补光照明这一特殊应用产业正方兴未艾,市场亟待开发,结合上物联网还可以增强LED照明系统的控制功能,使得农作物的栽培可以不受到四季光照的限制与影响,也可以完全在室内栽种,降低病虫害的威胁,这将对提高现代化农业生产水平具有积极意义,其蕴藏的市场潜力更将无可限量。