1. Teknisk princip: LED-växtlamporna har problem med "kallt" och "varmt".
De främsta fördelarna med LED-växtlampor är att de är mycket exakta när det gäller färg och använder mindre energi. Växter använder mestadels rött ljus (620–680nm) och blått ljus (430–460nm) för fotosyntes. LED-lampor, å andra sidan, fokuserar energi på växtabsorptionstoppområdet genom att använda ett rött ljuschip (660nm) och ett blåttljuschip (460nm). Lysdioder är mycket effektivare på att omvandla ljus till elektricitet än HPS-lampor, som bara gör 30 % av arbetet. På grund av detta kallas det en "kall ljuskälla". Dess yttemperatur är normalt under 50 grader, och när den är nära bladen (20–50 cm) kommer den inte att bränna dem. Ljusenergianvändningen är så hög som 95 %, även om HPS-lampor bara använder 35 %.
Termen "kall ljuskälla" å andra sidan kan få det att verka som att det är mer komplicerat att hantera sin värme än vad det är. Även om lysdioder inte avger mycket värme direkt, avger de ändå ungefär 20 % av spillvärmen när de omvandlar elektrisk energi till ljus. Till exempel har en 12-watts LED-lampa en uteffekt på ungefär 10 watt, och cirka 8 watt skulle omvandlas till värme. Om värmeavledningsdesignen inte är tillräckligt bra (till exempel om inte tillräckligt med aluminium används eller om värmeledningsförmågan är svag), kan lampans yttemperatur gå över 65 grader, vilket skulle få värme att byggas upp i vissa områden och förkorta ljuskällans livslängd och stabilitet. Dessutom kan lysdiodernas "kalla" egenskaper göra att värmeförlusten i växthuset blir värre på vintern när temperaturen är låg i norr. Det betyder att det krävs mer uppvärmning för att hålla temperaturen på grödorna växande.
2. Praktisk användning: en plan för LED och HPS att samverka för att ge extra ljus
Som svar på den "kalla" svårigheten med LED har industrin tittat på ett sätt för LED- och HPS-lampor att samverka för att ge extra ljus, vilket har lett till förbättringar av både belysning och temperatur. I norra växthus är värmen som produceras av HPS-lampor en "nyckelboost". Värmen de avger medan de är på kan höja temperaturen inne i växthuset samtidigt som den avger extra ljus, vilket drar ner på mängden energi som behövs för uppvärmning. LED-lampor drar totalt sett mindre energi, vilket håller kostnaderna nere. Till exempel, i ett växthus i Shouguang, Shandong, som odlar tomater, med hjälp av både LED- och HPS-lampor för extra ljus, minskade tillväxtcykeln med 5–7 dagar, höjde produktionen med 15–20 %, höjde sockerhalten i frukten med 1–2 procentenheter och gjorde färgen ljusare. När man odlar jordgubbar kan värmen från HPS och det exakta röda och blåa ljuset från LED öka fruktsättningshastigheten med mer än 20 %, den genomsnittliga fruktvikten med 10 % och tiden det tar för frukten att mogna, vilket gör det lättare att plocka och sälja.
Den vetenskapliga giltigheten av denna samarbetsmetod är rotad i dess exakta anpassning till grödans krav. LED-lampor kan förändra spektrumet: bladgrönsaker behöver 30 % blått ljus för att göra klorofyll, blommor och frukter behöver 70 % rött ljus för att påskynda kolhydratackumuleringen, och medicinalväxter behöver 10 % ultraviolett ljus för att öka innehållet av sekundära metaboliter. Värmetillskottet i HPS-lampor är tänkt att fungera i den kalla norra vintern, där LED-lampor ensamma kanske inte är tillräckligt varma. Till exempel använder den integrerade ljuslagringsfabriken i Ulan Buh-öknen, Inre Mongoliet, en kombination av LED och bergvärmepump för att lagra 42 kg koldioxid per kvadratmeter varje år och spara energiutgifter med 40 %.
3. Kontroll av temperaturen: ett separat sätt att förbättra LED-plantljus
Även när HPS-ljushjälp inte behövs, kan LED-växtlampor fortfarande få perfekt temperaturkontroll genom tekniska förbättringar. Huvuddelarna i dess strategi är:
Förbättring av designen för värmeavledning: Lampans yttemperatur hålls under 50 grader genom att använda material med utmärkt värmeledningsförmåga (sådana kopparsubstrat) och värmeavledningsfenstrukturer. Till exempel använder Philips GrowWise-systemet flytande kylningsteknik för att få LED-chips att hålla 50 000 timmar längre och minskar effekterna av värmestrålning på grödor.
Ett smart sätt att styra ljusen: Med hjälp av sensorer och IoT-teknik ändrar den automatiskt ljusets intensitet och spektrala förhållande beroende på växtstadiet och temperaturen i omgivningen. Den "Justerbara Spectrum LED Tissue Culture Lamp" tillverkad av Nanjing Agricultural University, till exempel, håller ett öga på temperaturen i växthuset i realtid genom en molnplattform. Den sänker automatiskt mängden blått ljus när temperaturen sjunker under 15 grader (absorptionshastigheten för blått ljus sjunker när temperaturen sjunker) och höjer mängden rött och långt rött ljus (730 nm) för att hjälpa grödor att uttrycka köld-resistenta gener.
Belysningsarrangemang med lager: I en vertikal gård sätts LED-ljusremsor ovanför varje odlingsställ, och avståndet mellan lagren är endast 0,8 meter. Skiktad temperaturkontroll gör det mesta av området. Till exempel använder det övre lagret av den intelligenta odlingskammaren för Phalaenopsis på Yuntai Farm i Lianyungang hög-intensivt rött ljus (800 μ mol/m²/s) för att uppmuntra blomning, medan det nedre lagret använder blått ljus med låg-intensitet (300 μs/s mol/m) för att växa ² plantor. Ett luftkonditioneringssystem håller temperaturen på varje lager på 25 grader respektive 20 grader. Detta förkortar blomningscykeln med 15 dagar.
