一, Basisprincipes van fotobiologie: hoe planten licht absorberen en erop reageren
Chloroplasten in planten bevatten fotosynthetische pigmenten waarmee ze bepaalde golflengten van licht kunnen absorberen. De belangrijkste banden die de fotosynthese aansturen zijn rood licht (600–700 nm) en blauw licht (400–500 nm). Rood licht regelt de morfogenese van licht door lichtgevoelige pigmenten te gebruiken om stengels langer te laten groeien en koolhydraten te maken; Blauw licht voorkomt dat stengels te veel groeien, zorgt ervoor dat chlorofyl en eiwitten zich ophopen via cryptochroom, en zorgt ervoor dat stengels langer groeien. Wanneer de verhouding tussen rood en blauw licht 4:1 is, hebben experimenten aangetoond dat de drogestofophoping van sla met 30% stijgt in vergelijking met monochromatisch licht, en het chlorofylgehalte met 22%.
De verhouding tussen verrood licht (700–800 nm) en rood licht (R/FR) is ook erg belangrijk voor de manier waarop planten groeien. Planten zullen de stengelknopen verlengen en het bladoppervlak vergroten door de "schaduwvermijdingsreactie" om te concurreren om lichtbronnen wanneer de R/FR-verhouding daalt. Deze techniek is zeer essentieel voor gewassen die dicht bij elkaar worden geplant, zoals verticaal geteelde tomaten, waarbij het veranderen van de R/FR-verhouding de planthoogte met 18% kan verlagen en de vruchtopbrengst met 15% kan verhogen.
2, Voordelen van LED-technologie: nauwkeurige regeling en een revolutie in energie-efficiëntie
1. Spectrale afstembaarheid: een grote stap voorwaarts van monochromatisch licht naar het volledige spectrum
Conventionele lichtbronnen, zoals hogedruknatriumlampen (HPS), richten hun spectra op geel-groen licht (550–600 nm). Planten daarentegen absorberen slechts minder dan 5% groen licht. LED-technologie kan het lichtspectrum heel nauwkeurig veranderen door de rode, blauwe en witte lichtchips afzonderlijk aan te sturen. De LED-groeilamp uit de FloraFlex-serie maakt bijvoorbeeld gebruik van 660 nm dieprood licht, 450 nm blauw licht en 5000K wit licht. Het heeft een fotosynthetische fotonenfluxdichtheid (PPFD) van 1200 μmol/m²/s, wat 40% energie--efficiënter is dan HPS-lampen.
2. Kenmerken van een koudlichtbron: geografische grenzen overschrijden
LED's zijn meer dan 200 lm/W helder en produceren slechts 1/5 zoveel warmte als HPS-lampen. Vanwege deze eigenschap kan het LED-lichtbord dicht bij het bladerdak worden geplaatst (op 10-30 cm afstand), waardoor de lichtintensiteit per oppervlakte-eenheid 3-5 keer sterker wordt. In een verticale boerderij in Shenzhen wordt een meer{9}}laags driedimensionaal LED-teeltsysteem gebruikt. Deze technologie gebruikt land 8 keer efficiënter dan typische boerderijen en gebruikt 92% minder water.
3. Controle van een dynamische lichtomgeving die natuurlijke ritmes nabootst
LED kan de helderheid, kleur en duur van het licht dynamisch veranderen met behulp van een slim besturingssysteem. Tijdens de slazaailingsfase kan een cyclus van 16 uur blauw licht en 8 uur rood licht bijvoorbeeld de kiemkracht van zaden verhogen van 78% naar 92%. Bovendien kan het verhogen van de hoeveelheid verrood licht tijdens de bloeiinductieperiode van 5% naar 15% ervoor zorgen dat chrysanten 7 dagen eerder bloeien.
3, Use cases in de industrie: van laboratorium tot commerciële productie
1. Fabrieksfabriek: een standaard voor het maken van dingen in fabrieken
Mirai Corporation runt 's werelds grootste fabriek in Japan, die een oppervlakte beslaat van 23.000 vierkante meter en uitsluitend LED-verlichting gebruikt. Jaarlijks wordt er 30.000 kg groenten geproduceerd. Het systeem kan de spectraalformule automatisch wijzigen door omgevingsfactoren in realtime in de gaten te houden. Rood en blauw licht zijn bijvoorbeeld de hoofdkleuren tijdens de voedingsgroeiperiode (verhouding 3:1), en verrood licht wordt toegevoegd tijdens de reproductieve groeiperiode (R/FR=0.8). Dit resulteert in een VC-gehalte dat 1,8 keer hoger is dan dat van buitenplanten in sla.
2. Verticale landbouw: een verandering in de manier waarop steden de ruimte gebruiken
Sky Greens in Singapore ontwierp een A-vormig drie- kweekrek met LED-lichtstrips op elke laag die aan verschillende hoeken kunnen worden aangepast. Voor het telen van bladgroenten wordt gebruik gemaakt van de 'ochtend rood licht + middag blauw licht'-benadering waarbij de lichtvoorziening wordt gedeeld-. Dit verhoogt de opbrengst per oppervlakte-eenheid met vier keer vergeleken met typische vlakke landbouw. Deze technologie is doorgevoerd naar plaatsen waar water moeilijk verkrijgbaar is, zoals Dubai, waar slechts 2,5 liter water per kilogram groenten wordt gebruikt.
3. Tuinieren in huis: gepersonaliseerde beplanting populairder maken
Voor balkonplanten zijn er nu LED-plantbakken met instelbaar spectrum beschikbaar. De AeroGarden-serie heeft bijvoorbeeld rode, blauwe en witte LED-lampen die kunnen worden geregeld met behulp van een app om de groeicyclus van vanilleplanten met 30% te verkorten in termen van hoe lang en hoe helder de lichten zijn. Door LED-verlichting toe te voegen op plaatsen met weinig licht, zoals balkons die op het noorden gericht zijn, kunnen de stengels van groene klimop 44% langer worden en de bladeren 15% breder.
4, Problemen en trends in de branche
1. Technische hindernis: het spectrum optimaliseren en de kosten laag houden
De kosten voor het kopen van LED-groeilampen zijn nog steeds 2 tot 3 keer zo hoog als die van HPS-lampen. Hoewel een lange levensduur (meer dan 50.000 uur) bedrijfskosten op de lange- termijn kan besparen, moet de spectrale aanpassingstechnologie nog steeds vooruitgang boeken. De database "lichte formules" voor verschillende gewassen is nog steeds niet klaar en heeft nog veel veldtesten nodig om voldoende gegevens te verkrijgen.
2. Geen normen: mazen in de marktregulering
De mondiale markt voor LED-installatieverlichting kent geen consistente normen, en sommige producten hebben problemen zoals valse spectrumlabels en fraude met energie-efficiëntie. De "Technische specificatie voor LED-lampen voor plantengroei" wordt opgesteld door het Chinese ministerie van Landbouw en Plattelandszaken. Het zal de vereiste normen specificeren voor belangrijke factoren, waaronder PPFD en R/FR-verhouding.
3. Het innovatietraject gaat in de richting van intelligentie en multifunctionele integratie.
In de toekomst zullen LED-groeilampen in staat zijn om in één keer de ‘lichte temperatuur en luchtvochtigheid’ te regelen. Het GrowWise-systeem van Philips in Nederland maakt bijvoorbeeld gebruik van LED-lichtborden met sensoren om in de gaten te houden hoe snel planten verdampen en automatisch de intensiteit van het licht te veranderen. Dit maakt een beter gebruik van de watervoorraden met 60% mogelijk.
