top of page
vertical_farming_LED_light_rack_mj.png

Lighting 環控農業的光控

光控是環控農業中最重要的科技之一
光控針對植物的光合作用掉節質物的快速生長以及營養成分的構成

光的介入,改變了成長速度、縮短收成時間、並且得到品質一致的產品


以下針對光的特性以及習慣術語一一說明

CCT: Correlated Color Temperature  色溫 (Kelvin)


色溫(CCT)是指光源的顏色外觀,以K為單位。
換句話說,CCT描述了燈光的「暖」或「冷」外觀。
例如,像2700K這樣的較低的CCT描述了一個溫暖的黃色光。 更高的CCT,如6500K,描述了涼爽的、帶有的綠色光。

CCT是植物照明的一個重要因素,因為它可以影響植物在各種生長階段的特性,如開花和果實生產、葉子大小和厚度以及植物的整體形狀和結構

太陽的CCT全天變化,從日出和日落時的暖紅橙色光(2000-3000K)到中午的較冷白光(5500-6500K)不等。 這種自然循環是由於太陽位置的變化及其光透過的大氣氣體量而發生的。

cct_edited.jpg

Luminous Flux (Lumen) : 光通量(流明)

 

光源的總光輸出被描述為光通量或光功率。 它以流明(lm)為單位。

請注意,照度會根據您離燈的距離而變化,而光通量只有在改變燈的功率(例如透過調光)時才會發生變化。

流明是人類的測量值,光是人類眼睛感知到的。 植物照明非「可見」照度,一般以PPE爲照度,見PPE說明.

Lighting Intensity光強度

 

在物理學中,強度描述了單位面積的能量。 光強度是指照射到給定區域的光量。 DLI、PPFD和照度都是光強度的測量值。

Photoperiod  光周期 (h)

 

光週期描述了植物每天接受的照明持續時間。 它通常用於描述生長燈的時間表,即每天開啟生長燈的小時數。
這就是為什麼我們以小時(h)為單位測量光週期。

光合作用

 

光合作用是植物將光、水和二氧化碳轉化為氧氣和糖的能量的過程。 這是植物實際生長的關鍵。

光合作用與照明關係在PPFD說明中詳述.

Spectrum : 光譜

 

光的光譜描述了構成發射光的不同波長(或顏色)的比率。

植物「看」光與人眼不同,光合作用等生化過程需要更多的波長。 為了正確量化正確光譜內的光量,光合作用活性輻射(PAR)——意思是「植物的光」——被測量為PPFD。

Wave Length : 波長 λ(nm)

 

我們所知道的「光」實際上是我們眼睛可以看到的不同波長的電磁輻射。 波長決定了光的顏色。
白色(或自然)光由彩虹的所有顏色組成。

電磁輻射(包括光)以波為單位傳播。 波長描述了這些波的重複之間的距離,因此最終定義了其顏色。 波長是距離的單位,以米為單位。 由於可見光的波長相對較短,我們使用奈米(nm),即十億分之一米,作為通用的測量單位。
有時也會使用千分尺(μm)或毫米(mm)。

McCree Curve 麥克里曲線

 

根據Keith McCree 博士的研究,McCree曲線(下圖中的🌱)代表了植物對不同波長光的平均光合作用反應。
雖然它表明植物通常對紅光和藍光的反應更有效,但實際的光合作用反應因植物物種、生長階段和環境條件而異。

由於這種可變性和實際測量考慮,科學界廣泛採用PAR(植物可用光量)作為標準度量。 PAR簡單地平均計算400-700奈米之間的所有光子,為光合作用提供了更直接和普遍適用的光度量。見PAR說明.

mcgree_edited.jpg

光譜相對營養的區間

各種營養素的生成大多都落在藍光區和紅光區。

■ 315-400nm(紫外線):葉綠素吸收少,影響光周期效應,阻止莖徒長。

■ 400-520nm(藍):葉綠素與胡蘿蔔素吸收比例最大,對光合作用影響最大,可幫助植物根、莖發展。

■ 520~610nm(綠):色素的吸收率不高。但是花青素需要,會保護植物免於遭受過多光照的損害,使昆蟲因不易偽裝而受到其天敵的掠食。除此,花青素的產生也會使葉綠素不會因過度氧化而遭受破壞,同時花青素也具有保溫的作用,讓植物在秋冬季節裡仍不畏懼寒冷,依然絢爛開放。

■ 610~720nm(紅):葉綠素吸收率低,但對光合作用與光周期效應還有生長速度有顯著影響。

■ 720~1000nm(遠紅):吸收率低,刺激細胞延長,影響開花與種子發芽。

nutrient1_edited.jpg
nutrient2_edited.jpg

PPF:Photosynthetic Photon Flux (µmol/s) 光合作用光通量(µmol/s)

 

光合作用光子通量(PPF)以微摩爾/秒為單位。 它描述了PAR光譜中光源的總輸出。 雖然燈的PPF保持不變,但表面相對於光源越近,PPFD就越大。 只有當PPF的輸入被修改(例如透過調光)或燈光的效率發生變化(例如由於老化)時,PPF才會發生變化。

PPFD:光合作用光通量密度(μmol/m²/s)

 

到達植物葉子等表面的PAR強度被量化為光合作用光通量密度(PPFD)。 PPFD通常以每平方米每秒(微摩爾/立方米/秒)的微摩爾光子來衡量。
這意味著PPFD專門測量植物可用於光合作用的光,從而影響其生長。 因此,這是與植物照明最相關的指標。

ppfd.png

PPE:光合作用光效率(µmol/J)

 

光合作用光效率(PPE)以µmol/J為單位。 它描述了每瓦特(W = J/s)所用電的PAR光譜(µmol/s)中的生長光的輸出。 PPE越高,你用電的支出就越少,產量相同。

YPF : Yield Photon Flux:光子總通量(µmol/s)

 

光子總通量(YPF)測量由麥克里曲線定義的總光源反應到加權的光輸出。
更常見的度量是光合作用光子通量(PPF),它在每個波長下對光的權重都相同。

YPFD:光子總通量密度(μmol/m²/s)

 

光子通量密度(YPF)以微摩爾/平方米/秒(μmol/m²/s)為單位,由McCree曲線定義的植物的光反應加權。
更常見的度量是PPFD,它在每個波長下都對光的稱重相等。

 PAR: 光合有效輻射 Photosynthetically Active Radiation

 

植物用於光合作用的光被稱為光合有效輻射輻射(PAR)。 PAR由波長在400到700奈米(nm)之間的光子(即光粒子)組成。

到達植物葉子等表面的PAR強度被量化為光合作用光子通量密度(PPFD)。 PPFD通常以每平方米每秒(微摩爾/立方米/秒)的微摩爾光子來衡量。 這意味著PPFD專門測量植物可用於光合作用的光,從而影響其生長。

光合作用光子通量(PPF)以微摩爾/秒為單位。
它描述了PAR光譜中光源的總輸出。 雖然燈的PPF保持不變,但表面相對於光源越近,PPFD就越大。
只有當PPF的輸入被修改(例如透過調光)或燈光的效率發生變化(例如由於老化)時,PPF才會發生變化。

PAR Maps : PAR 覆蓋範圍(或稱PAR地圖)

 

除了光譜變化、光的照度與覆蓋範圍定義了生長燈有效照亮區域的能力。 它通常使用PAR地圖(也稱為PPFD足跡圖或PPFD地圖)進行比較,該地圖包含生長光一定高度區域的不同測量值。

PPFM1_edited.jpg
PPFM2_edited.jpg
PPFM3_edited.jpg

DLI:Day Light Integrl 累積光量(μmol/m²/s)

 

DLI將光強度(PPFD)與24小時視窗的照明持續時間(光週期)相結合,並以mol/m²/d為單位測量,即每天每個區域的光照。

DLI_edited.jpg

植物捕獲光粒子,並在葉綠素和類胡蘿蔔素這兩個光子捕獲分子的幫助下將其轉化為能量。
這些分子對光的使用與人眼捕捉的不同,因此並非所有可見光都同樣有助於植物生長。
為了測量植物實際用於光合作用的光,使用PAR計測量植物可用光量(PAR)。

PAR強度,或到達植物葉子的可用光量,以微摩爾/立方米/秒為單位的光合作用光子密度(PPFD)來衡量,即每秒每個面積的光。 就實際照明持續時間而言,每日光累積量將每秒的PPFD測量量擴充到全天24小時。
在戶外環境中,PPFD和由此產生的DLI因天氣、位置、季節和植物位置而有很大差異。 在有人工照明的室內環境中,光的強度和開啟的時間變得可控。

自然陽光的PPFD全天都在變化,而只要燈亮著,生長光PPFD就會保持不變,從而產生易於計算的DLI

大多數室內種植非常耗能。 所有植物都有最佳(或最大)的DLI水準。 當知道植物的最佳DLI要求時,可以調整照明,以確保照明不會過大或過小。 換句話說,DLI可以節省種植照明和因為密閉空間因照明產生過熱使用冷卻系統的額外電力。

DLI1_edited.jpg

​範例
 

情境模擬

日光 LUX 與全光譜 PPFD 換算公式為 1PPFD = 56.3 lux

假設下午 2~3 點的是陽光照度是 25230LUX 除 56.3=447.8 PPFD

如果你的植物是半日照 447.8 PPFD*50%=223.9PPFD (是要遮蔽光通量、不是曬半天)

loghtsample_edited.jpg

Call 

123-456-7890 

Email 

Follow

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Instagram
bottom of page