- 傳統(tǒng)照明系統(tǒng)充當(dāng)人造太陽光
- 采用最新固態(tài) LED(即大功率 LED)的新設(shè)計(jì)
當(dāng)今的食品供應(yīng)已成為世界上最重要的問題之一。 由于世界人口增速超過食品生產(chǎn)速度,因此熱帶森林的許多新土地被開發(fā)為農(nóng)業(yè)用地,以增加主要食品供應(yīng)。這一行動(dòng)對我們的環(huán)境非常有害,將加速全球變暖。
一些現(xiàn)代科學(xué)方法得以實(shí)施,以在溫室中培育蔬菜和花卉以及在建筑中栽培農(nóng)作物。這些實(shí)施工作受到鼓勵(lì),以幫助減少全球變暖并以更加有效的方式提高食品供應(yīng)生產(chǎn)率。
在室內(nèi)作物培育中,傳統(tǒng)照明系統(tǒng)充當(dāng)人造太陽光,例如高壓納燈、金屬鹵化物燈和組織培養(yǎng)熒光燈被廣泛使用。這些傳統(tǒng)人造燈類型具有高功耗、高熱輻射、高維護(hù)成本的特點(diǎn),且易于吸引昆蟲。這使得構(gòu)建和研究固態(tài)照明的新領(lǐng)域產(chǎn)生,該照明將 LED 用作光源生成器以替換傳統(tǒng)燈具。 固態(tài)照明的優(yōu)點(diǎn)包括僅產(chǎn)生適合作物光合作用的單色波長,消耗較少的電能,以及最大限度地減少熱輻射以幫助減慢全球變暖。
相關(guān)人員已經(jīng)使用普通的典型 LED(例如 5mm SMD)或定制 LED 陣列進(jìn)行許多研究,以通過連續(xù)或脈沖 LED 光源培育作物。 然而,這些 LED 固態(tài)照明需要大量 LED 來產(chǎn)生作物光合作用所需的充足光能,因?yàn)槠淞髅鬏敵鲚^低,這將降低 LED 光輸出性能并產(chǎn)生高熱阻和低工作結(jié)溫問題。
因此,LED 固態(tài)照明需要使用龐大而優(yōu)質(zhì)的散熱器,在一定程度上,需要采用風(fēng)扇冷卻來散去眾多 LED 產(chǎn)生的大量熱量;因此,對于商業(yè)用途,此方法不太可行,也不太實(shí)際。
的確,采用最新固態(tài) LED(即大功率 LED)的新設(shè)計(jì)可以通過產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式的流明輸出提供更高能效,使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)方式的 LED 即可產(chǎn)生作物培育所需的充足光合作用光子通量 (PPF),并且熱阻非常低,以便更好地散熱。
圖 (a) - 在大功率 LED 固態(tài)照明系統(tǒng)下培育的實(shí)驗(yàn)樣品
圖 (b) - 在普通太陽光下培育的實(shí)驗(yàn)樣品
圖 (c) - 左側(cè)調(diào)色板中的實(shí)驗(yàn)樣品在大功率 LED 固態(tài)照明下培育,右側(cè)調(diào)色板中的實(shí)驗(yàn)樣品在普通太陽光下培育。
在此新設(shè)計(jì)中,采用了用于固態(tài)照明的大功率 LED,此外,它還采用了成本低廉的自然散熱方法來代替主動(dòng)式冷卻的使用及維護(hù)大功率 LED 性能的可靠性(大功率 LED產(chǎn)生大量傳導(dǎo)熱浪費(fèi)的地方)。
在研究工作中,我采用了大功率 LED 制造商先驅(qū) PhilipsLumileds 的紅色和品藍(lán)色大功率 LED 來制作固態(tài)照明燈具,以便為作物生長產(chǎn)生 PPF。 完整系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)已被開發(fā)出來,使這項(xiàng)研究獲得成功;這包括 LED 驅(qū)動(dòng)器、熱量管理和光輸出分布。
嫩萵苣(萵筍)被選為實(shí)驗(yàn)樣品,因?yàn)槠渚哂休^高的商業(yè)價(jià)值、較短的實(shí)驗(yàn)周期且易于生長,另外,還方便我從本地農(nóng)民那里輕松獲取。 基于大功率 LED 固態(tài)照明系統(tǒng)的培育實(shí)驗(yàn)獲得了成功,將樣品作物培育起來且重復(fù)了一次。 下圖顯示了實(shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。