1. Технически принцип: LED осветителните тела за растения имат проблем със "студено" и "горещо".
Основните предимства на LED осветителните тела за растения са, че са много точни по отношение на цвета и използват по-малко енергия. Растенията използват предимно червена светлина (620–680 nm) и синя светлина (430–460 nm) за фотосинтеза. LED светлините, от друга страна, фокусират енергията върху пиковата област на абсорбция на растенията, като използват чип с червена светлина (660 nm) и чип със синя светлина (460 nm). Светодиодите са много по-ефективни при преобразуването на светлината в електричество от HPS лампите, които вършат само 30% от работата. Поради това се нарича "източник на студена светлина". Температурата на повърхността му обикновено е под 50 градуса и когато е близо до остриетата (20–50 см), няма да ги изгори. Степента на използване на светлинна енергия достига 95%, въпреки че HPS лампите използват само 35%.
Терминът „източник на студена светлина“, от друга страна, може да накара да изглежда, че управлението на топлината му е по-сложно, отколкото е. Въпреки че светодиодите не отделят много топлина директно, те все пак отделят приблизително 20% от отпадъчната топлина, когато превръщат електрическата енергия в светлина. Например 12-ватова LED светлина има изходна мощност от приблизително 10 вата и около 8 вата ще бъдат превърнати в топлина. Ако дизайнът на разсейване на топлината не е достатъчно добър (например, ако не се използва достатъчно алуминий или топлопроводимостта е слаба), температурата на повърхността на лампата може да надхвърли 65 градуса, което би причинило натрупване на топлина в някои области и би съкратило живота и стабилността на източника на светлина. В допълнение, "студените" свойства на светодиодите могат да влошат загубата на топлина в оранжерията през зимата, когато температурите са ниски на север. Това означава, че е необходимо повече отопление, за да се поддържа температурата на растежа на културите.
2. Практическа употреба: план за LED и HPS да работят заедно, за да осигурят допълнителна светлина
В отговор на „студените“ трудности на LED, индустрията потърси начин за LED и HPS лампи да работят заедно, за да осигурят допълнителна светлина, което доведе до подобрения както в осветлението, така и в температурата. В северните оранжерии топлината, произведена от HPS лампите, е „ключов тласък“. Топлината, която отделят, докато са включени, може да повиши температурата вътре в оранжерията, като същевременно отделя допълнителна светлина, което намалява количеството енергия, необходимо за отопление. LED светлините използват по-малко енергия като цяло, което намалява разходите. Например, в оранжерия в Шоугуанг, Шандонг, която отглежда домати, използвайки както LED, така и HPS светлини за допълнителна светлина, скъси цикъла на растеж с 5–7 дни, повиши продукцията с 15–20%, повиши съдържанието на захар в плодовете с 1–2 процентни пункта и направи цвета по-ярък. При отглеждане на ягоди, топлината от HPS и точната червена и синя светлина от LED могат да увеличат скоростта на втвърдяване на плодовете с повече от 20%, средното тегло на плода с 10%, както и времето, необходимо на плодовете да узреят, което улеснява брането и продажбата.
Научната валидност на този съвместен метод се корени в точното му съответствие с изискванията на културите. LED светлините могат да променят спектъра: листните зеленчуци се нуждаят от 30% синя светлина, за да направят хлорофил, цветята и плодовете се нуждаят от 70% червена светлина, за да ускорят натрупването на въглехидрати, а лечебните растения се нуждаят от 10% ултравиолетова светлина, за да повишат съдържанието на вторичен метаболит. Топлинната добавка в HPS лампите е предназначена да работи в студената северна зима, където само LED светлините може да не са достатъчно топли. Например интегрираната фабрика за съхранение на светлина в пустинята Улан Бух, Вътрешна Монголия, използва комбинация от LED и земна термопомпа, за да съхранява 42 килограма въглероден диоксид на квадратен метър всяка година и да спестява разходи за енергия с 40%.
3. Контрол на температурата: отделен начин за подобряване на LED осветлението за растенията
Дори когато помощта на HPS светлината не е необходима, LED лампите за растения все още могат да получат перфектен контрол на температурата чрез технологични подобрения. Основните части на неговата стратегия са:
Подобряване на дизайна за разсейване на топлината: Температурата на повърхността на лампата се поддържа под 50 градуса чрез използване на материали с отлична топлопроводимост (като медни субстрати) и структури за разсейване на топлината. Например системата Philips GrowWise използва технология за течно охлаждане, за да издържи LED чиповете с 50 000 часа по-дълго и намалява ефектите от топлинното излъчване върху културите.
Интелигентен начин за управление на светлините: Използвайки сензори и IoT технология, той автоматично променя интензитета и спектралното съотношение на светлината в зависимост от етапа на растеж на културата и температурата на околната среда. „Регулируемата спектърна LED лампа за тъканни култури“, направена от Нанкинския селскостопански университет, например, следи температурата в оранжерията в реално време чрез облачна платформа. Той автоматично намалява количеството синя светлина, когато температурата падне под 15 градуса (степента на поглъщане на синята светлина пада с падането на температурата) и повишава количеството червена и далечна червена светлина (730 n), за да помогне на културите да изразят гени, устойчиви на студ-.
Подреждане на осветлението с помощта на слоеве: Във вертикална ферма, LED светлинни ленти се поставят над всяка растяща стойка, а разстоянието между слоевете е само 0,8 метра. Слоевият контрол на температурата се възползва максимално от зоната. Например горният слой на интелигентната камера за култивиране на Phalaenopsis във ферма Yuntai в Lianyungang използва червена светлина с висок-интензитет (800 μ mol/m²/s), за да насърчи цъфтежа, докато долният слой използва синя светлина с нисък-интензитет (300 μ mol/m²/s) за отглеждане на разсад. Климатична система поддържа температурата на всеки слой съответно 25 градуса и 20 градуса. Това съкращава цикъла на цъфтеж с 15 дни.
