Autor: Jing Zhao, ZENGCHAN ZHOU, Yunlong Bu itd. Izvorni mediji: tehnologija poljoprivredne inženjerstva (staklena kuća)

Fabrika biljaka kombinira modernu industriju, biotehnologiju, hrvatsku hidroponiku i informacijsku tehnologiju za implementaciju visoko preciznosti kontrole ekoloških faktora u objektu. Potpuno je zatvoren, ima niske zahtjeve za okolno okruženje, skraćuje razdoblje berbe biljne, štede vodu i gnojivo, a s prednostima proizvodnje ne pesticida i bez otpada, efikasnost korištenja jedinice je 40 do 108 puta otvorene poljske proizvodnje. Među njima, inteligentni umjetni izvor svjetlosti i njezina regulacija svjetlosnog okruženja igraju odlučujuću ulogu u svojoj proizvodnoj učinkovitosti.

Kao važan fizički faktor okoliša, svjetlost igra ključnu ulogu u regulaciji rasta biljaka i metabolizma materijala. "Jedna od glavnih karakteristika tvornice biljne je puni izvor umjetnog svjetla i realizacija inteligentne regulacije svjetlosnog okruženja" postala je opći konsenzus u industriji.

Poklonite potrebu za svjetlom

Svjetlost je jedini izvor energije postrojenja fotosinteze. Intenzitet svjetla, kvaliteta svjetlosti (spektar) i periodične promjene svjetlosti imaju dubok utjecaj na rast i razvoj usjeva, među kojima intenzitet svjetlosti ima najveći utjecaj na fotosintezu biljaka.

■ Intenzitet svjetlosti

Intenzitet svjetlosti može promijeniti morfologiju usjeva, poput cvjetanja, dužine internoda, debljine stabljike i veličine lišća i debljine. Zahtjevi biljaka za intenzitet svjetlosti mogu se podijeliti na biljke za voljenu svjetlost, srednje svjetlosti i slabo-lagane tolerancije. Povrće su uglavnom postrojenja za lagane vode, a njihove svjetlosne kompenzacijske točke i tačke zasićenosti svjetla relativno su visoke. U vještačkim fabrikama biljaka, relevantni zahtjevi usjeva za intenzitet svjetlosti važna su za odabir izvora umjetnih svjetlosti. Razumijevanje laganih zahtjeva različitih postrojenja važno je za osmišljavanje izvora umjetnih svjetla, izuzetno je potrebno za poboljšanje proizvodnih performansi sistema.

■ Kvaliteta svjetlosti

Distribucija kvaliteta (spektralna) (spektralna) također ima važan utjecaj na biljnu fotosintezu i morfogenezu (slika 1). Svjetlost je dio zračenja, a zračenje je elektromagnetski val. Elektromagnetski talasi imaju karakteristike valova i kvantne (čestične) karakteristike. Kvantni od svjetlosti naziva se fotonom u polju vrtlarstva. Zračenje sa rasponom talasne dužine od 300 ~ 800nm ​​naziva se fiziološki aktivnim zračenjem biljaka; I zračenje sa rasponom talasne dužine od 400 ~ 700nm naziva se fotosintetski aktivno zračenje (par) biljaka.

Hlorofil i karoteni su dva najvažnija pigmenata u postrojenju fotosinteze. Slika 2 prikazuje spektralni apsorpcijski spektar svakog fotosintetskog pigmenta u kojem je koncentriran u obliku apsorpcije hlorofila koncentriran u crvenim i plavim trakama. Sistem osvjetljenja zasnovan je na spektralnim potrebama usjeva za umjetno doplaćuje svjetlost, tako da promovira fotosintezu biljaka.

■ Photoperiod
Odnos između fotosjene i fotomorfogeneze biljaka i dnevne dužine (ili fotoperiodija) naziva se fotopernotstvo biljaka. Fotoperiodity je usko povezana sa svjetlosnim satima, što se odnosi na vrijeme iradirano usjev. Različiti usjevi zahtijevaju određeni broj sati svjetlosti da biste dovršili fotoperiod za cvjetanje i urodiranje voća. Prema različitim fotopernocima, može se podijeliti u dugodnevne usjeve, poput kupusa itd., Koji zahtijevaju više od 12-14h svjetlosnih sati u određenoj fazi njegovog rasta; Kratkodnevne usjeve, poput lukova, soje, itd., zahtijevaju manje od 12-14h sati osvjetljenja; Srednje sunčeve usjeve, poput krastavaca, paradajza, paprika, itd., mogu cvjetati i nositi plod pod duže ili kraće sunčevo svjetlo.
Među tri elementa okoliša, intenzitet svjetla važno je za odabir izvora umjetnih svetla. Trenutno postoji mnogo načina za izražavanje intenziteta svjetlosti, uglavnom uključujući sljedeća tri.
(1) Osvetljenje se odnosi na površinski gustoću blistavog fluksa (blistavo fluks po jedinici površine) primljene na osvetljenoj ravnini, u Lux (LX).

(2) fotosintetski aktivno zračenje, par, jedinica: w / m².

(3) Phoskosintetski efikasno PPFD PPFD PPFD ili PPF je broj fotosintetski učinkovitih zračenja koji dostiže ili prolazi kroz jedinicu i jedinicu, jedinicu: μmol / (m² · s). Jedinica se odnosi na intenzitet svjetla 400 ~ 700nm direktno povezan sa fotosintezom. Takođe je najčešće korišteni indikator intenziteta svjetla u polju biljne proizvodnje.

Analiza izvora svjetlosti tipičnog dodatnog svjetla
Doplata umjetnog lampica je povećati intenzitet svjetlosti u ciljeznom području ili produžiti svjetlo vrijeme instaliranjem sustava za doplatu za ispunjavanje svjetlosne potražnje biljaka. Općenito govoreći, dodatni sistem svjetla uključuje dodatnu svjetlosnu opremu, sklopove i njegov upravljački sustav. Dodatni izvori svjetlosti uglavnom uključuju nekoliko zajedničkih tipova poput žarulje sa žarnom niti, fluorescentne lampe, metalne halidene svjetiljke, visokotlačne natrijum lampe i LED. Zbog niske električne i optičke efikasnosti žarulje sa žarnom nikom, niskom fotosintetskom energetskom efikasnošću i ostalim nedostacima, eliminisan je tržištem, tako da ovaj članak ne daje detaljnu analizu.

■ Fluorescentna lampa
Fluorescentne svjetiljke pripadaju vrsti lampica za pražnjenje niskog pritiska. Staklena cijev napunjena je žive parom ili inertnim plinom, a unutrašnji zid cijevi presvučen je fluorescentnim prahom. Boja svetlosti varira od fluorescentnog materijala obložena u cevi. Fluorescentne lampe imaju dobre spektralne performanse, visoku svjetlosnu efikasnost, malu snagu, duži život (12000h) u odnosu na žarulje sa žarnom nikom i relativno niskom cijenom. Budući da sama fluorescentna lampica emitira manje topline, može biti blizu postrojenja za osvjetljenje i pogodna je za trodimenzionalno uzgoj. Međutim, spektralni raspored fluorescentne lampe je nerazuman. Najčešća metoda u svijetu je dodavanje reflektora da maksimiziraju efektivne komponente izvora svjetla usjeva u području kultivacije. Japanska kompanija ADGRI takođe je razvila novu vrstu dodatnog izvora svjetlosti HEFL. HEFL zapravo pripada kategoriji fluorescentnih svjetiljki. To je opći pojam za fluorescentne žarulje hladne katode (CCFL) i fluorescentne lampe za vanjsku elektrodu (EEFL) i je mješovita fluorescentna lampica elektrode. Hefl Tube je izuzetno tanka, promjera od samo oko 4 mm, a dužina se može podesiti sa 450 mm do 1200 mm prema potrebama uzgoja. To je poboljšana verzija konvencionalne fluorescentne lampe.

■ Metalna halidena lampa
Metalna halidena lampa je lampica za pražnjenje visokog intenziteta koja može pobuditi različite elemente za proizvodnju različitih talasnih duljina dodavanjem različitih metalnih halogenika (limenki bromid, natrijum-jodid itd.) U bazi za pražnjenje žive lampe. Halogene svjetiljke imaju visoku svjetlosnu efikasnost, veliku snagu, dobru svijetlu boju, dug životni vijek i veliki spektar. Međutim, jer je svjetlosna efikasnost niža od onog natrijum lampica visokog pritiska, a vijek trajanja je kraći od visokotlačnih natrijum lampica, trenutno se koristi samo u nekoliko tvornica biljnih postrojenja.

■ Natrijum lampica visokog pritiska
Natrijum lampe visokog pritiska pripadaju vrsti lampica za pražnjenje visokog pritiska. Natrijum-lampica visokog pritiska je visokokvalitetna lampica u kojoj se natrijum isparava visokog pritiska ispunjena u ispuhavu cijev, a mala količina ksenona (XE) i Mercury Metal Halide. Budući da visoko pritiske natrijum-lampe imaju visoku elektro-optičku efikasnost pretvorbe sa nižim troškovima proizvodnje, natrijum-lampice visokog pritiska su trenutno najčešće korištene u primjeni dopunskog svjetla u poljoprivrednim objektima. Međutim, zbog nedostataka niske fotosintetske efikasnosti u svom spektru, oni imaju nedostatke niske energetske efikasnosti. S druge strane, spektralne komponente emitirane visokotlačnim natrijumnim svjetiljkama uglavnom su koncentrirane u žuto-narančastoj svjetlosnom pojasu, što nedostaje crveni i plavi spektar potreban za rast biljaka.

■ Svjetlo emitiranje dioda
Kao nova generacija izvora svjetlosti, diode za osvjetljenje (LED-ovi) imaju mnogo prednosti kao što su veća elektro-optička efikasnost pretvorbe, podesivi spektar i visoku fotosintetnu efikasnost. LED može emitirati jednobojnu svjetlost potrebnu za rast biljaka. U usporedbi s običnim fluorescentnim svjetiljkama i drugim dodatnim izvorima svjetlosti, LED ima prednosti uštede energije, zaštite okoliša, dugog života, jednobojnog svjetla, izvora hladnog svjetla i tako dalje. Sa daljnjem poboljšanju elektrooptičke efikasnosti LED-ova i smanjenja troškova uzrokovanih efektom skale, LED rast sustavi osvjetljenja postat će glavna oprema za nadopunu svjetla u poljoprivrednim objektima. Kao rezultat toga, LED WarmpLtle primijenjene su preko 99,9% tvornica postrojenja.

Kroz poređenje, karakteristike različitih dodatnih izvora svjetlosti mogu se jasno razumjeti, kao što je prikazano u tablici 1.

Mobilni uređaj za osvjetljenje
Intenzitet svjetlosti usko je povezan sa rastom usjeva. Trodimenzionalno uzgoj se često koristi u tvornicama biljaka. Međutim, zbog ograničenja strukture nosača uzgoj, neujednačena distribucija svjetlosti i temperature između regala utječe na prinos usjeva i razdoblje za žetvu neće biti sinhronizovan. Kompanija u Pekingu uspješno je razvila uređaj za obradu dizanje (HPS rasvjeta za obradu i LED rasvjeta za osvjetljenje) u 2010. godini. Princip je zakretanje pogonskog vratila i navijaču učvršćenju ručicom za rotiranje malog filma za rotiranje Da bi se postigla svrha povlačenja i odmotavanja žičane konopce. Žičani konopac svjetlosti uzgajanja povezan je sa vinovima lifta kroz više skupova povratnih kotača, tako da postigne učinak podešavanja visine svjetlosti raste. U 2017. godini gore spomenuta kompanija dizajnirala je i razvila novi uređaj za dodatak mobilnog svjetla, koji može automatski prilagoditi visinu dodatka svjetla u stvarnom vremenu u skladu s potrebama rasta usjeva. Uređaj za podešavanje sada je instaliran na trodimenzionalnom stalku za obradu lipnja na 3 sloja za podizanje svjetla. Gornji sloj uređaja je nivo sa najboljim svjetlosnim stanjem, tako da je opremljen natrijum lampicama visokog pritiska; Srednji sloj, a donji sloj opremljeni su LED svjetlima za uzgoj i sustavu za podešavanje podizanja. Može automatski podesiti visinu raste svjetlosti kako bi se osiguralo odgovarajuće osvjetljenje za usjeve.

U usporedbi s uređajem za mobilne uređaje s dodatkom za tridimenzionalno uzgoj, Holandija je razvila vodoravno pokretne LED svjetlosnog uređaja za rastu. Kako bi se izbjegao utjecaj sjene rasta na rast biljaka na suncu, sustav za rast može se gurnuti na obje strane nosača kroz teleskopski kliz u vodoravnom smjeru, tako da je sunce u potpunosti ozračeni na biljke; U oblačnoj i kišnim danima bez sunčeve svjetlosti gurnite sustav za rast u sredinu nosača kako bi svjetlost rastu svjetlosni sustav ravnomjerno napunila biljke; Pomicanje sustava za rast vodoravno kroz klizač na nosaču, izbjegavajte česte demontaže i uklanjanje sustava za rastu i smanjite intenzitet rada zaposlenika, čime se učinkovito poboljšavaju efikasnost rada.

Dizajnerske ideje tipičnog sistema za rast svjetla
Nije teško vidjeti iz dizajna dodatnog uređaja mobilne rasvjete da dizajn dopunskog rasvjetnog sustava tvornice postrojenja obično uzima intenzitet svjetlosti, kvalitetu svjetlosti i fotoperiode različitih razdoblja usjeva kao osnovni sadržaj dizajna , Oslanjajući se na inteligentni sistem kontrole za implementaciju, postizanje krajnjeg cilja uštede energije i visokih prinosa.

Trenutno je dizajn i izgradnja dopunskog svjetla za lisnato povrće postepeno sazreo. Na primjer, lisnato povrće može se podijeliti u četiri faze: scena za sadnice, srednji rast, kasni rast i krajnju fazu; Voćno povrće može se podijeliti u pozornicu sadnica, vegetativni faza rasta, cvjetni fazu i fazu žetve. Od atributa dodatnog intenziteta svjetlosti, intenzitet svjetlosti u fazi sadnica trebao bi biti malo niži, na 60 ~ 200 μmol / (m² · s), a zatim postepeno povećavati. Lisnate povrće može doseći do 100 ° 200 · (m² · s), a voćno povrće može dostići 300 ° 5mol / (m² · s) kako bi se osiguralo zahtjeve za intenzitetu svjetlosti u svakom periodu biljnog fotosinteze u svakom periodu rasta i ispunjavaju potrebe Visok prinos; U pogledu kvaliteta svjetlosti, odnos crvene do plave je vrlo važan. Da bi se povećala kvalitet sadnica i spriječio pretjerani rast u fazi sadnica, odnos crvene do plave boje općenito je postavljen na niskom nivou [(1 ~ 2): 1], a zatim se postepeno smanjuje za ispunjavanje biljaka lagana morfologija. Omjer crvenog do plave do listovnog povrća može se postaviti na (3 ~ 6): 1. Za fotoperiodu, slično intenzitetu svjetlosti, trebao bi pokazati trend povećanja s produžetkom razdoblja rasta, tako da lisnato povrće ima više fotosintetičkog vremena za fotosintezu. Dizajn ploča i povrća svetlosti bit će složeniji. Pored gore spomenutih osnovnih zakona, trebali bismo se fokusirati na postavljanje fotoperioda tokom cvjetničkog perioda, a cvatnje i plod povrća moraju se promovirati, tako da ne da se ne požele.

Vrijedno je spomenuti da bi lagana formula trebala uključivati ​​krajnji tretman za postavke svjetlosnog okruženja. Na primjer, kontinuirano suplementacija svjetla može u velikoj mjeri poboljšati prinos i kvalitet hidroponskih lisnatih sadnica biljnih biljnih lišća ili koristiti UV tretman za značajno poboljšanje klijanja i lisnatog povrća (posebno ljubičaste listove i zelena salata).

Pored optimizacije suplementacije svjetla za odabrane usjeve, sustav kontrole izvora svjetla nekih umjetnih lakih tvornica postrojenja također se brzo razvio posljednjih godina. Ovaj kontrolni sistem se uglavnom temelji na B / S strukturi. Daljinski upravljač i automatska kontrola ekoloških faktora kao što su koncentracija temperature, vlage, svjetlosti i CO2 tijekom rasta usjeva realizirana je putem WiFi-a, a istovremeno se realizuje metoda proizvodnje koja nije ograničena vanjskim uvjetima. Ovakav inteligentni dodatni sistem svjetlosti koristi učvršćivanje LED-a kao dopunski izvor svjetlosti, u kombinaciji s daljinskim inteligentnim upravljačkim sustavom, može udovoljiti potrebama osvjetljenja biljne valne duljine, posebno je pogodna za svjetlosno okruženje biljnog kultivacije i može dobro zadovoljiti potražnju na tržištu .

Zaključne primjedbe
Fabrike biljaka smatraju se važnim načinom rješavanja svjetskih resursa, populacije i ekoloških problema u 21. stoljeću, te važan način za postizanje samodostatnosti hrane u budućim visokotehnološkim projektima. Kao nova vrsta metode poljoprivredne proizvodnje, tvornice biljaka su još uvijek u fazi učenja i rasta, a potrebna su više pažnje i istraživanja i istraživanja. Ovaj članak opisuje karakteristike i prednosti uobičajenih dopunskih metoda osvjetljenja u tvornicama biljaka i uvodi dizajnerska ideja tipičnih sustava za osvjetljenje usjeva. Nije teško pronaći usporedbu, kako bi se nosio s niskim svjetlom uzrokovanim teškim vremenskim prilikama, poput neprekidnog oblačno i izmaglica i osigurati visoku i stabilnu proizvodnju opreme za izradu objekata, najvjerojatnije je u skladu s trenutnim razvojem Trendovi.

Budući razvoj fabrike biljaka trebao bi se fokusirati na novi visoko precizni, niski troškovni senzori, daljinski upravljati, podesivim sistemima uređaja za osvjetljenje spektra i stručni upravljački sustavi. Istovremeno, buduće tvornice biljnih postrojenja i dalje će se razvijati prema jeftinom, inteligentnom i samo-adaptivnom. Upotreba i popularizacija LED-ovih izvora raste pružaju garanciju za visoko precizno kontrolu okoliša fabrike biljaka. LED lampica Uredba o okruženju je složen proces koji uključuje sveobuhvatnu regulaciju kvalitete svjetlosti, intenziteta svjetlosti i fotoperiodija. Relevantni stručnjaci i naučnici moraju provoditi dubinsko istraživanje, promovirati LED dopunska rasvjeta u tvornicama vještačkih postrojenja.