1. Technikai elv: A LED-es növényi lámpáknak a "hideg" és "meleg" problémája van.
A LED-es növényi lámpák fő előnye, hogy nagyon pontosak a színek és kevesebb energiát fogyasztanak. A növények többnyire vörös fényt (620–680 nm) és kék fényt (430–460 nm) használnak a fotoszintézishez. A LED-lámpák viszont a növényi abszorpciós csúcsterületre fókuszálják az energiát egy piros fényű chip (660 nm) és egy kék fény chip (460 nm) használatával. A LED-ek sokkal hatékonyabban alakítják át a fényt elektromos árammá, mint a HPS lámpák, amelyek a munka mindössze 30%-át végzik el. Emiatt "hideg fényforrásnak" nevezik. Felületi hőmérséklete általában 50 fok alatt van, és ha közel van a pengékhez (20-50 cm), nem égeti meg azokat. A fényenergia-felhasználás aránya eléri a 95%-ot, bár a HPS lámpák csak 35%-ot.
A "hideg fényforrás" kifejezés viszont azt a látszatot keltheti, hogy a hőkezelés bonyolultabb, mint amilyen. Bár a LED-ek nem adnak ki közvetlenül sok hőt, mégis leadják a hulladékhő nagyjából 20%-át, amikor az elektromos energiát fénnyé alakítják. Például egy 12 wattos LED-lámpa teljesítménye nagyjából 10 watt, és körülbelül 8 watt hővé alakulna. Ha a hőelvezetési kialakítás nem elég jó (például ha nem használunk elég alumíniumot, vagy gyenge a hővezető képesség), a lámpa felületi hőmérséklete 65 fok fölé emelkedhet, ami egyes területeken hőképződést okozhat, és lerövidíti a fényforrás élettartamát és stabilitását. Ezenkívül a LED-ek „hideg” tulajdonságai ronthatják az üvegházhatású hőveszteséget télen, amikor északon alacsony a hőmérséklet. Ez azt jelenti, hogy több fűtésre van szükség a termény hőmérsékletének megőrzéséhez.
2. Gyakorlati felhasználás: a LED és a HPS együttműködési terve, hogy extra fényt biztosítsanak
A LED „hideg” nehézségeire reagálva az ipar megvizsgálta a LED és a HPS lámpák együttműködésének módját, hogy extra fényt biztosítsanak, ami a világítás és a hőmérséklet javulásához vezetett. Az északi üvegházakban a HPS lámpák által termelt hő "kulcsfontosságú lökést" jelent. A bekapcsolt állapotban leadott hő növelheti az üvegházban a hőmérsékletet, miközben extra fényt bocsát ki, ami csökkenti a fűtéshez szükséges energia mennyiségét. A LED-lámpák összességében kevesebb energiát fogyasztanak, ami csökkenti a költségeket. Például a Shandong állam Shouguangban egy paradicsomot termesztő üvegházban LED-es és HPS-lámpákat is használva extra fényként 5-7 nappal lerövidítette a növekedési ciklust, 15-20%-kal növelte a kibocsátást, 1-2 százalékponttal növelte a gyümölcs cukortartalmát, és világosabbá tette a színét. Szamóca termesztése során a HPS-ből származó hő és a LED pontos piros-kék fénye több mint 20%-kal növelheti a gyümölcs kötési sebességét, 10%-kal az átlagos gyümölcstömeget és a gyümölcs beérési idejét, ami megkönnyíti a szedést és értékesítést.
Ennek az együttműködési módszernek a tudományos érvényessége abban gyökerezik, hogy pontosan igazodik a növényi követelményekhez. A LED-lámpák megváltoztathatják a spektrumot: a leveles zöldségeknek 30% kék fényre van szükségük a klorofill előállításához, a virágoknak és gyümölcsöknek 70% vörös fényre van szükségük a szénhidrát felhalmozódásának felgyorsításához, a gyógynövényeknek pedig 10% ultraibolya fényre van szükségük a másodlagos metabolittartalom növeléséhez. A HPS lámpák hőkiegészítője a hideg északi télen működik, ahol a LED-lámpák önmagukban nem biztos, hogy elég melegek. A belső-mongóliai Ulan Buh sivatagban található integrált fénytároló üzem például LED-es és talajhőszivattyú kombinációjával évente 42 kilogramm szén-dioxidot tárol négyzetméterenként, és ezzel 40%-kal csökkenti az energiaráfordítást.
3. A hőmérséklet szabályozása: külön módszer a LED-es növényi lámpák fejlesztésére
Még akkor is, ha nincs szükség HPS-fény segítségére, a technológiai fejlesztéseknek köszönhetően a LED-es növényi lámpák tökéletes hőmérséklet-szabályozást biztosítanak. Stratégiájának fő részei a következők:
Hőelvezetési tervezés fejlesztése: A lámpa felületi hőmérsékletét kiváló hővezető képességű anyagok (például rézhordozók) és hőleadó bordaszerkezetek alkalmazásával 50 fok alatt tartják. Például a Philips GrowWise rendszer folyadékhűtési technológiát használ, hogy a LED chipek élettartama 50 000 órával hosszabb legyen, és csökkentse a terményre gyakorolt hősugárzás hatását.
Intelligens módja a lámpák vezérlésének: Szenzorok és IoT technológia segítségével automatikusan megváltoztatja a fény intenzitását és spektrális arányát a növény növekedési szakaszától és a környezet hőmérsékletétől függően. A Nanjing Mezőgazdasági Egyetem által gyártott „Állítható spektrumú LED szövetkultúra lámpa” például egy felhőplatformon keresztül valós időben figyeli az üvegház hőmérsékletét. Automatikusan csökkenti a kék fény mennyiségét, ha a hőmérséklet 15 fok alá esik (a kék fény elnyelési sebessége a hőmérséklet csökkenésével csökken), és növeli a vörös és a távoli vörös fény mennyiségét (730 nm), hogy segítse a növényekben a hidegrezisztens géneket kifejezni.
Világítási elrendezés rétegekkel: Függőleges farmon minden termesztőállvány fölé LED-es fénycsíkokat helyeznek el, a rétegek közötti távolság mindössze 0,8 méter. A réteges hőmérsékletszabályozás a legtöbbet hozza ki a területből. Például a lianyungangi Yuntai Farmon a Phalaenopsis intelligens termesztőkamrájának felső rétege nagy-intenzitású vörös fényt (800 μmol/m²/s) alkalmaz a virágzás ösztönzésére, míg az alsó réteg alacsony-intenzitású kék fényt (300 μs mol/m²d/m²). Egy légkondicionáló rendszer az egyes rétegek hőmérsékletét 25 fokon, illetve 20 fokon tartja. Ez 15 nappal lerövidíti a virágzási ciklust.
