Autor: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu atď. Zdrojové médiá ： Technológia poľnohospodárskeho inžinierstva (záhradníctvo v skleníku)

Továreň rastlín kombinuje moderný priemysel, biotechnologiu, hydroponiu výživy a informačné technológie na implementáciu vysoko presnej kontroly environmentálnych faktorov v zariadení. Je plne uzavretý, má nízke požiadavky na okolité prostredie, skracuje obdobie zberu rastlín, šetrí vodu a hnojivo a s výhodami výroby nepiticídov a bez vypúšťania odpadu je účinnosť využívania jednotky 40 až 108 krát Open Field Production. Medzi nimi zohrávajú inteligentný umelý zdroj svetla a jeho regulácia ľahkého prostredia rozhodujúcu úlohu pri svojej výrobnej efektívnosti.

Ako dôležitý faktor fyzického prostredia zohráva svetlo kľúčovú úlohu pri regulácii rastu rastlín a metabolizmu materiálu. „Jednou z hlavných čŕt továrne rastlín je úplný umelý zdroj svetla a realizácia inteligentnej regulácie ľahkého prostredia“ sa stala všeobecným konsenzom v tomto odvetví.

Potreba rastlín svetla

Svetlo je jediný zdroj energie fotosyntézy rastlín. Intenzita svetla, kvalita svetla (spektrum) a periodické zmeny svetla majú hlboký vplyv na rast a rozvoj plodín, medzi ktorými má intenzita svetla najväčší vplyv na fotosyntézu rastlín.

■ Intenzita svetla

Intenzita svetla môže zmeniť morfológiu plodín, ako je kvitnutie, dĺžka interódov, hrúbka stonky a veľkosť listu a hrúbka. Požiadavky rastlín pre intenzitu svetla sa dajú rozdeliť na rastliny milujúce svetlo, so stredne osvetlením a nízkym osvetlením. Zelenina sú väčšinou rastliny milujúce svetlo a ich body kompenzácie svetla a body saturácie svetla sú relatívne vysoké. V továrňach na rastliny umelých svetla sú príslušné požiadavky plodín pre intenzitu svetla dôležitým základom pre výber umelých zdrojov svetla. Pochopenie ľahkých požiadaviek rôznych rastlín je dôležité na navrhovanie umelých zdrojov svetla, je mimoriadne potrebné zlepšiť výrobnú výkonnosť systému.

■ Kvalita svetla

Distribúcia kvality svetla (spektrálne) má tiež dôležitý vplyv na fotosyntézu rastlín a morfogenézu (obrázok 1). Svetlo je súčasťou žiarenia a žiarenie je elektromagnetická vlna. Elektromagnetické vlny majú vlnové charakteristiky a kvantové (častice) charakteristiky. Kvantium svetla sa nazýva fotón v záhradníckom poli. Žiarenie s rozsahom vlnových dĺžok 300 až 800 nm sa nazýva fyziologicky aktívne žiarenie rastlín; a žiarenie s rozsahom vlnovej dĺžky 400 až 700 nm sa nazýva fotosynteticky aktívne žiarenie (PAR) rastlín.

Chlorofyl a karotény sú dva najdôležitejšie pigmenty vo fotosyntéze rastlín. Obrázok 2 zobrazuje spektrálne absorpčné spektrum každého fotosyntetického pigmentu, v ktorom je absorpčné spektrum chlorofylu koncentrované v červených a modrých pásmach. Systém osvetlenia je založený na spektrálnych potrieb plodín na umelo doplnenie svetla, aby sa propagovala fotosyntéza rastlín.

■ Fotoperiod
Vzťah medzi fotosyntézou a fotomorfogenézou rastlín a dĺžkou dňa (alebo časom fotoperiódy) sa nazýva fotoperiodita rastlín. Fotoperiodita úzko súvisí s ľahkými hodinami, ktoré sa týka času, keď je plodina ožarovaná svetlom. Rôzne plodiny vyžadujú určitý počet hodín svetla na dokončenie fotoperiódy, aby kvitli a prinášali ovocie. Podľa rôznych fotoperiódy sa dá rozdeliť na dlhé plodiny, ako je kapusta atď., Ktoré si v určitom štádiu svojho rastu vyžadujú viac ako 12-14 hodín svetla; Krátkodobé plodiny, ako napríklad cibuľa, sójové bôby atď., Vyžadujú menej ako 12-14 hodín osvetľovacieho času; Stredne-sonky, ako sú uhorky, paradajky, paprika atď., Môžu kvitnúť a priťahovať ovocie pod dlhším alebo kratším slnečným žiarením.
Medzi tromi prvkami životného prostredia je intenzita svetla dôležitým základom pre výber umelých zdrojov svetla. V súčasnosti existuje mnoho spôsobov, ako vyjadriť intenzitu svetla, najmä vrátane nasledujúcich troch.
（1） Osvetlenie sa týka povrchovej hustoty svetelného toku (svetelný tok na jednotku plochy) prijatej na osvetlenej rovine v Lux (LX).

（2） fotosynteticky aktívne žiarenie, par ， jednotka ： w/m²。

（3） Fotosynteticky účinná hustota toku fotónov PPFD alebo PPF je počet fotosynteticky efektívneho žiarenia, ktoré dosahuje alebo prechádza jednotkovým časom a jednotkovou plochou, jednotka ： μmol/(m² · s) priamo súvisí s fotosyntézou. Je tiež najbežnejšie používaným ukazovateľom intenzity svetla v oblasti výroby rastlín.

Analýza zdrojového zdroja typického doplnkového svetelného systému
Doplnok umelého svetla je zvýšenie intenzity svetla v cieľovej oblasti alebo predĺženie času svetla inštaláciou systému doplnkového svetla na splnenie dopytu po rastlinách svetla. Všeobecne povedané, doplnkový svetelný systém obsahuje doplnkové ľahké vybavenie, obvody a jeho riadiaci systém. Doplnkové zdroje svetla zahŕňajú hlavne niekoľko bežných typov, ako sú žiarovky, žiarivky, kovové halogenidové žiarovky, vysokotlakové sodíkové žiarovky a LED diódy. V dôsledku nízkej elektrickej a optickej účinnosti žiaroviek, nízkej fotosyntetickej energetickej účinnosti a iným nedostatkom, bol trhom eliminovaný, takže tento článok nevykonáva podrobnú analýzu.

■ Fluorescenčná lampa
Fluorescenčné žiarovky patria k typu nízkotlakových vybíjacích žiaroviek plynu. Sklenená trubica je naplnená ortuťou parou alebo inertným plynom a vnútorná stena trubice je potiahnutá fluorescenčným práškom. Svetlá farba sa mení s fluorescenčným materiálom potiahnutým v trubici. Fluorescenčné žiarovky majú dobrý spektrálny výkon, vysokú svetelnú účinnosť, nízku energiu, dlhšiu životnosť (12 000 h) v porovnaní s žiarovkami a relatívne nízke náklady. Pretože samotná fluorescenčná lampa vyžaruje menej tepla, môže byť blízko rastlín na osvetlenie a je vhodná na trojrozmernú kultiváciu. Spektrálne usporiadanie fluorescenčnej lampy je však neprimerané. Najbežnejšou metódou na svete je pridanie reflektorov, aby sa maximalizovala efektívne komponenty plodín v oblasti kultivácie. Japonská spoločnosť Adv-Agri Company tiež vyvinula nový typ doplnkového zdroja Light Source HEFL. HEFL v skutočnosti patrí do kategórie fluorescenčných žiaroviek. Je to všeobecný termín pre žiarivky studenej katódovej (CCFL) a externé žiarovky elektród (EEFL) a je to zmiešaná elektródová žiarovka. HEFL trubica je extrémne tenká, s priemerom iba asi 4 mm a dĺžka je možné upraviť od 450 mm do 1200 mm podľa potrieb kultivácie. Je to vylepšená verzia konvenčnej fluorescenčnej lampy.

■ kovová halogenta
Kovová halidová žiarovka je výbojová žiarovka s vysokou intenzitou, ktorá môže excitovať rôzne prvky, aby vytvorila rôzne vlnové dĺžky pridaním rôznych halogenidov kovov (cínový bromid, jodid sodný atď.) Do výtokovej trubice na základe vysokotlakovej ortuťovej žiarovky. Halogénové žiarovky majú vysokú svetelnú účinnosť, vysokú energiu, dobrú farbu svetla, dlhú životnosť a veľké spektrum. Pretože však svetelná účinnosť je nižšia ako účinnosť vysokotlakových sodíkových žiaroviek a životnosť je kratšia ako účinnosť vysokotlakových sodíkových žiaroviek, v súčasnosti sa používa iba v niekoľkých rastlinných továrňach.

■ Vysokotlakový sodný žiarovka
Vysokotlakové sodíkové žiarovky patria k typu vysokotlakových vybíjacích žiaroviek plynu. Vysokotlaková sodná žiarovka je vysokoúčinná žiarovka, v ktorej sa do výtokovej trubice vyplní vysokotlaková sodná para, a pridá sa malé množstvo xenónu (XE) a halogenidu ortuťového kovu. Pretože vysokotlakové sodíkové žiarovky majú vysokú účinnosť elektromoptickej konverzie s nižšími výrobnými nákladmi, vysokotlakové sodné žiarovky sú v súčasnosti najčastejšie používané pri aplikácii doplnkového svetla v poľnohospodárskych zariadeniach. Avšak kvôli nedostatkom nízkej fotosyntetickej účinnosti v ich spektre majú nedostatky nízkej energetickej účinnosti. Na druhej strane sú spektrálne komponenty emitované vysokotlakovými sodíkovými žiarovkami koncentrované hlavne v žltozoranžovom svetelnom pásme, ktorý nemá červené a modré spektrá potrebné na rast rastlín.

■ Dióda emitujúca svetlo
Ako novú generáciu zdrojov svetla majú diódy emitujúce svetlo (LED) mnoho výhod, ako je vyššia účinnosť elektromoptickej konverzie, nastaviteľné spektrum a vysoká fotosyntetická účinnosť. LED môže emitovať monochromatické svetlo potrebné na rast rastlín. V porovnaní s bežnými žiarivkami a inými doplnkovými zdrojmi svetla má LED výhody úspory energie, ochrany životného prostredia, dlhej životnosti, monochromatického svetla, zdroja studeného svetla atď. S ďalším zlepšením elektrooptickej účinnosti LED diód LED a znížením nákladov spôsobených účinkom rozsahu sa systémy LED Grow Lighting Systems stanú hlavnými zariadeniami na doplnenie svetla v poľnohospodárskych zariadeniach. Výsledkom je, že LED rastové svetlá sa aplikovali na 99,9% továrňach na rastliny.

Prostredníctvom porovnania môžu byť charakteristiky rôznych doplnkových zdrojov svetla jasne pochopené, ako je uvedené v tabuľke 1.

Mobilné osvetlenie
Intenzita svetla úzko súvisí s rastom plodín. Trojrozmerná kultivácia sa často používa v rastlinných továrňach. V dôsledku obmedzenia štruktúry kultivačných stojanov však nerovnomerné rozdelenie svetla a teploty medzi stojanmi ovplyvní výťažok plodín a obdobie zberu nebude synchronizovať. Spoločnosť v Pekingu v roku 2010 úspešne vyvinula manuálne zdvíhacie zariadenie na doplnkové zariadenie (svietidlá HPS a svietidlá LED). Princípom je otočiť hnací hriadeľ a navíjač pripevnený na ňu otočením rukovä na dosiahnutie účelu stiahnutia a odvíjania drôteného lana. Drôtové lano pestovateľského svetla je spojené s kľukatým kolesom výťahu cez viaceré sady reverzných kolies, aby sa dosiahol účinok nastavenia výšky rastového svetla. V roku 2017 vyššie uvedená spoločnosť navrhla a vyvinula nové mobilné doplnkové zariadenie, ktoré dokáže automaticky upraviť výšku doplnku svetla v reálnom čase podľa potrieb rastu plodín. Nastavovacie zariadenie je teraz nainštalované na trojvrstvovom zdvihu trojrozmerného kultivačného stojana na zdvíhanie. Horná vrstva zariadenia je úroveň s najlepším svetlom, takže je vybavená vysokotlakovými sodíkovými žiarovkami; Stredná vrstva a spodná vrstva sú vybavené svetlami LED a systémom nastavenia zdvíhania. Môže automaticky upraviť výšku pestovateľského svetla tak, aby poskytla vhodné prostredie osvetlenia pre plodiny.

V porovnaní s mobilným doplnkovým zariadením prispôsobeným na trojrozmernú kultiváciu Holandsko vyvinulo horizontálne pohyblivé LED svetlo na pestovanie svetla. Aby sa predišlo vplyvu tieňa rastúceho svetla na rast rastlín na slnku, môže byť systém Grow Light tlačený na obidve strany konzoly cez teleskopický sklíčko v horizontálnom smere, takže slnko je úplne ožarované na rastlinách; V oblačno a daždivých dňoch bez slnečného žiarenia zatlačte systém Grow Light do stredu konzoly, aby sa rastliny rovnomerne vyplnili svetlo systému Grow Light; Pohybujte systémom Grow Light vodorovne cez sklíčko na zátvorke, vyhnite sa častej demontáži a odstránenie systému Grow Light a znížte intenzitu pracovnej sily zamestnancov, čím sa efektívne zlepšuje efektívnosť práce.

Navrhnite nápady typického systému Grow Light System
Z návrhu mobilného doplnkového zariadenia nie je ťažké vidieť, že návrh doplnkového osvetľovacieho systému v továrni na rastliny zvyčajne berie intenzitu svetla, kvalitu svetla a parametre fotoperiódy rôznych období rastu plodín ako jadro obsahu návrhu , spoliehajúc sa na inteligentný systém riadenia na implementáciu a dosiahnutie konečného cieľa úspory energie a vysokého výnosu.

V súčasnosti sa konštrukcia a konštrukcia doplnkového svetla pre listovú zeleninu postupne dozrieva. Napríklad listová zelenina je možné rozdeliť do štyroch etáp: fáza sadeníc, stredný rast, neskorý rast a konečná fáza; Ovocie, ktoré sa dajú rozdeliť do štádia sadeníc, vegetatívneho stupňa rastu, štádium kvitnutia a zberu zberu. Z atribútov doplnkovej intenzity svetla by intenzita svetla v štádiu sadeníc mala byť mierne nižšia, pri 60 až 200 μmol/(m²) a potom sa postupne zvyšovať. Listová zelenina môže dosiahnuť až 100 ~ 200 μmol/(m² · s) a ovocná zelenina môže dosiahnuť 300 až 500 μmol/(m² · s), aby sa zabezpečilo požiadavky na intenzitu svetla v každom rastovom období a spĺňa potreby potrieb potrieb vysoký výnos; Pokiaľ ide o kvalitu svetla, pomer červenej k modrej je veľmi dôležitý. Aby sa zvýšila kvalita sadeníc a zabránila nadmernému rastu v štádiu sadeníc, pomer červenej k modrej farbe je všeobecne nastavený na nízku úroveň [(1 ~ 2): 1] a potom sa postupne znižuje tak, aby vyhovoval potrebám rastlín Morfológia svetla. Pomer červenej k modrej k listovej zelenine je možné nastaviť na (3 ~ 6): 1. Pokiaľ ide o fotoperiódu, podobnú intenzite svetla, malo by vykazovať trend zvýšenia s predĺžením rastového obdobia, takže listnatá zelenina má viac fotosyntetického času na fotosyntézu. Dizajn doplnkov svetla ovocia a zeleniny bude komplikovanejší. Okrem vyššie uvedených základných zákonov by sme sa mali zamerať na nastavenie fotoperiódy počas obdobia kvitnutia a musí sa propagovať kvitnutie a plodenie zeleniny, aby sa nezbavil.

Za zmienku stojí, že svetlo vzorca by mal obsahovať konečné ošetrenie nastavení ľahkého prostredia. Napríklad nepretržité doplňovanie svetla môže výrazne zlepšiť výťažok a kvalitu hydroponických listových zeleninových sadeníc, alebo použiť UV ošetrenie na významné zlepšenie klíčkov a listovej zeleniny (najmä fialových listov a šalátu červeného listu) výživovej kvality.

Okrem optimalizácie suplementácie svetla pre vybrané plodiny sa v posledných rokoch rýchlo vyvíjal aj systém riadenia zdrojov zdrojov svetla niektorých tovární na rastliny umelých svetla. Tento riadiaci systém je všeobecne založený na štruktúre B/S. Diaľkové ovládanie a automatické riadenie faktorov životného prostredia, ako je teplota, vlhkosť, svetlo a koncentrácia CO2 počas rastu plodín, sa realizujú prostredníctvom WiFi a zároveň sa realizuje výrobná metóda, ktorá nie je obmedzená vonkajšími podmienkami. Tento druh inteligentného doplnkového svetelného systému využíva svietidlá LED svetlo ako doplnkový zdroj svetla v kombinácii so vzdialeným inteligentným riadiacim systémom, môže uspokojiť potreby osvetlenia vlnovej dĺžky rastlín, je obzvlášť vhodný pre prostredie kultivácie rastlín kontrolovaného svetlom a môže dobre vyhovieť trhu dopytu po trhu .

Záverečné poznámky
Továrne rastlín sa považujú za dôležitý spôsob riešenia svetových zdrojov, obyvateľov a environmentálnych problémov v 21. storočí a za dôležitý spôsob, ako dosiahnuť sebestačnosť potravín v budúcich špičkových projektoch. Ako nový typ metódy poľnohospodárskej výroby sa rastlinné továrne stále nachádzajú vo fáze učenia a rastu a je potrebná väčšia pozornosť a výskum. Tento článok popisuje charakteristiky a výhody bežných doplnkových metód osvetlenia v továrňach na rastliny a predstavuje návrhy nápadov typických systémov doplnkových osvetlenia plodín. Nie je ťažké nájsť porovnanie, aby sa vyrovnalo s nízkym svetlom spôsobeným nepriaznivým počasím, ako je nepretržitý zakalený a opar, a zabezpečiť vysokú a stabilnú výrobu plodín zariadenia, vybavenie LED Grow Light Source Equipment je najviac v súlade so súčasným vývojom Trendy.

Budúci rozvojový smer tovární na rastliny by sa mal zamerať na nové vysoko presné, nízkonákladové senzory, na diaľkovo ovládateľné, nastaviteľné systémy osvetľovacieho zariadenia spektra a systémy riadenia odborníkov. Budúce továrne na rastliny sa zároveň budú naďalej vyvíjať smerom k lacným, inteligentným a sebadôvere. Použitie a popularizácia zdrojov LED Grow Light poskytuje záruku vysokej precíznej environmentálnej kontroly tovární na rastliny. Regulácia LED svetla prostredia je komplexný proces zahŕňajúci komplexnú reguláciu kvality svetla, intenzity svetla a fotoperiódy. Relevantní odborníci a vedci musia vykonávať hĺbkový výskum a podporovať doplnkové osvetlenie LED v továrňach na rastlinné továrne na umelé svetlo.