1. De spectrale code van fotosynthese in planten
Chloroplasten hebben fotosysteem I en II, die nogal kieskeurig zijn over de spectra die ze gebruiken om lichtenergie om te zetten in chemische energie. Chlorofyl a/b absorbeert licht het beste in de roodlichtband bij 660 nm en de blauwlichtband bij 450 nm. Dit is goed voor meer dan 90% van de lichtenergieconversie. Carotenoïden helpen bij het absorberen van blauw-violet licht tussen 400 en 500 nm, waardoor een systeem ontstaat dat beide soorten licht opvangt.
Wanneer de hoeveelheid rood licht 80% bedraagt, blijkt uit experimenten dat tomaten 50% sneller kunnen fotosynthetiseren en dat elke vrucht 14% tot 30% in gewicht kan toenemen. Door gebruik te maken van blauwlichtregulatie maakt de Yunnan rozenplantbasis de stelen 20% dikker en de bloemblaadjes 35% gelijkmatiger van kleur. Blauw licht regelt de geleidbaarheid van de poriën nauwkeurig en daarom is dit het geval. Bij een golflengte van 450 nm groeit de porieopening met 22% en gaat de efficiëntie van de kooldioxide-absorptie aanzienlijk omhoog.
Planten kunnen tot 60% van het groene licht (520–610 nm) reflecteren, maar het kan er ook voor zorgen dat de onderste bladeren 18% efficiënter fotosynthetiseren nadat het door het bladerdak is gekomen. Uit de proef van Mitsubishi Chemical in Japan bleek dat het toevoegen van 5% groen licht aan het rood-blauwe composietlicht de slaproductie met 12% verhoogde. Dit loste het probleem van lichtverlies bij beplanting met hoge- dichtheid op.
2. De spectrale revolutie van de LED-technologie
Er zijn drie belangrijke problemen met traditionele lichtbronnen: hoge-druknatriumlampen zetten slechts 12% van de elektrische energie om in fotosynthetisch actieve straling; Spectra van fluorescentielampen liggen tot 40% lager dan wat planten nodig hebben; en metaalhalogenidelampen zenden te veel ver-infraroodstraling uit, waardoor planten te snel groeien. LED heeft exacte spectrumaanpassing bereikt door verbetering van halfgeleidermateriaal.
Monochromatische optische chiptechnologie: deze kan zuivere spectra afgeven met een piekgolflengtefout van ± 2 nm met behulp van het InGaN/GaN-materiaalsysteem. De halfgeleiders uit de OSLON Square-serie van Osram hebben een lichtefficiëntie van 3,2 μmol/J in de roodlichtband van 660 nm. Dit is 300% hoger dan dat van reguliere lichtbronnen.
Dynamische spectrale controle: Het Philips GrowWise-systeem maakt gebruik van IoT-technologie om de spectrale verhoudingen te veranderen op basis van de manier waarop de planten groeien. Om de hypocotylgroei te stoppen werd de hoeveelheid blauw licht tijdens de zaailingfase verhoogd tot 30%. Om de bloemknoppen te helpen groeien, werd tijdens de bloeifase de hoeveelheid rood licht verhoogd naar 85%. Om de vrucht groter te laten groeien, werd tijdens de vruchtperiode verrood licht (730 nm) geïntroduceerd.
Het gebruik van keramische substraten en vloeistofkoelingstechnologie om de bedrijfstemperatuur van LED's onder de 45 graden te houden, is een grote stap voorwaarts op het gebied van thermisch beheer. Hij geeft 60% minder warmte af dan gewone lichtbronnen. De lampen kunnen dus op slechts 15 cm afstand van het bladerdak worden geplaatst en maken vier keer beter gebruik van de ruimte.
3. Het ‘lichtgecontroleerde tijdperk’ van de landbouw
De intelligente kas in Shouguang, Shandong, maakt gebruik van LED-verlichting om tomaten te helpen groeien. Deze technologie produceert 60 kg/m² tomaten per jaar, wat drie keer meer is dan traditionele methoden. Het planten van "drie- planken" wordt mogelijk gemaakt door gebruik te maken van een verhouding van 6:1 van rood en blauw licht. Dit verhoogt de outputefficiëntie per oppervlakte-eenheid met 500%. De woestijnkas in Binnen-Mongolië geeft komkommers op bewolkte en besneeuwde dagen dagelijks 4 tot 6 extra uren licht (met een intensiteit van 200 μmol/m² · s). Hierdoor groeien de komkommers 25% meer dan normaal, wat het probleem van de lage productiviteit bij slecht weer oplost.
LED-technologie verandert de manier waarop dingen worden gemaakt in fabrieksfabrieken. Mirai Company in Japan maakt gebruik van LED-lampen met volledig spectrum (inclusief UV-A 380 nm en verrood licht 730 nm) om het vitamine C-gehalte van sla met 18% en het anthocyaninegehalte met 25% te verhogen. Door de fotoperiode te controleren (16 uur rood licht en 8 uur donker), wordt de tijd die aardbeien nodig hebben om te rijpen teruggebracht tot een-derde van wat deze zou zijn bij standaardbeplanting. Dit betekent dat aardbeien het hele jaar door verkrijgbaar zijn.
