1. Technisch principe: een revolutionaire verbetering van de fotonenefficiëntie
(1) Verandering in lichteffect: van thermische straling naar kwantummanipulatie
Er is een groot verschil in hoe goed traditionele verlichtingstechnologie energie omzet. Gloeilampen (0,2 μmol/J) zetten 99% van de elektrische energie om in warmte, hoge-druknatriumlampen (1,5 μmol/J) maken spectra via boogontlading, en LED-technologie (2,8-4,1 μmol/J) voert elektro-optische conversie uit via halfgeleider-PN-overgangen. Quantum dot-LED's hebben het veel gemakkelijker gemaakt om lichtspectra te manipuleren met een nauwkeurigheid van enkele nanometers. De kwantumefficiëntie van rood licht (660 nm) is bijvoorbeeld gestegen van 30% naar 65%, terwijl de kwantumefficiëntie van groen licht (550 nm) is gestegen van 30% naar 65%.
(2) Beheersing van warmteverlies: de wetenschappelijke sleutel tot het beheersen van de junctietemperatuur
Elke 10 graden Celsius stijging van de LED-junctietemperatuur zorgt ervoor dat de lichtopbrengst met 4% afneemt en de levensduur met 50% afneemt. Shanghai Sansi Electronics gebruikt zijn eigen keramische warmteafvoertechnologie om de junctietemperatuur van LED-chips onder de 65 graden te houden en de lichtafbraaksnelheid onder de 0,3% per duizend uur. LED groeilampen gaan langer mee dan reguliere fluorescentielampen, deze gaan zo’n 5000 uur mee. LED groeilampen gaan ruim 50.000 uur mee. Als je ze 12 uur per dag gebruikt, zijn ze ruim 11 jaar duurzaam te gebruiken.
(3) Spectrale precisie: de kwantitatieve revolutie van PPFD en YPFD
PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) telt de hoeveelheid fotonen in een bepaald gebied, terwijl YPFD (Production Photon Flux Density) uitzoekt hoeveel verschillende golflengten bijdragen aan de fotosynthese door ze te wegen. Uit experimenten is gebleken dat sla een YPFD van 1,8 μmol/m²/s kan bereiken bij een gelijke hoeveelheid rood en blauw licht. Dit is 25% meer dan wanneer er alleen rood licht is. Dynamisch spectrumbeheer bij Qingdao Vertical Farm verkortte de ontwikkelingscyclus van sla met 15 dagen en de energie die nodig was om elke eenheid te laten groeien van 0,35 kWh/kg naar 0,22 kWh/kg.
2. Vergelijking van energieverbruik: een kwantitatieve vergelijking met oudere lichtbronnen
(1) Energieverbruik per vierkante meter: het beste van LED
Uit de gegevens van het Beijing Miyun Comparative Experiment (2021-2023) blijkt dat kassen met natuurlijk licht gemiddeld 0 kWh/m² elektriciteit per jaar verbruiken en 5,8 kg/m² produceren; Het natuurlijke licht+LED-aanvullende verlichtingssysteem verbruikt 67 kWh/m² elektriciteit, produceert 18,3 kg/m² elektriciteit en heeft een uitgebreide energie-efficiëntieverhouding van 3,2 keer. Het volledig kunstlichtsysteem verbruikt 210 kWh/m² stroom, maar gebruikt 20 keer meer areaal dan buitenbeplanting, en het energieverbruik per opbrengsteenheid is feitelijk lager.
(2) Energieverbruik per uitrustingsniveau: het vinden van de juiste balans tussen vermogen en efficiëntie
De meeste LED-groeilampen voor huishoudelijk gebruik gebruiken tussen de 15 en 150 watt aan vermogen. Als u 12 uur per dag een lamp van 100 W gebruikt, bedragen de elektriciteitskosten 0,5 yuan per kWh, 0,6 yuan per dag en 18 yuan per maand. LED-systemen kunnen het energieverbruik met meer dan 50% verminderen in vergelijking met gewone 400 W hogedruk-natriumverlichting. De Wulanbuhe Desert Integrated Plant Factory in Binnen-Mongolië combineert fotovoltaïsche energieopwekking met aanvullende LED-verlichting om jaarlijks 42 kg koolstof per vierkante meter op te vangen. Hierdoor worden de energiekosten met 60% verlaagd ten opzichte van standaard kassen.
(3) Boekhouding van de CO2-voetafdruk: de overstap van energieverbruik naar ecologie
Als je de energie vergelijkt die nodig is om 1 kg sla te telen, zie je dat buitenplanten 0,05 kWh elektriciteit verbruikt en een ecologische voetafdruk heeft van 0,21 kg CO₂ e; traditionele kassen verbruiken 2,8 kWh elektriciteit en hebben een ecologische voetafdruk van 1,89 kg CO₂ e; LED-fabrieken (groene elektriciteit) gebruiken 8,5 kWh elektriciteit, maar door hydrocultuurcirculatiesystemen te gebruiken om 12 g kunstmest kwijt te raken, bedraagt de ecologische voetafdruk slechts 0,32 kg CO₂ e. Het energieverhaal van landbouwverlichting verandert drastisch wanneer planten van ‘8,5 kWh elektriciteit verbruiken’ naar ‘een netto koolstofvastlegging van 0,5 kg’ gaan.
3. Toepassingsscenario: Een praktische manier om het energieverbruik te optimaliseren
(1) Thuisbeplanting: een groene revolutie die heel weinig energie verbruikt
Gebaseerd op echte testresultaten van Xiaohongshu-consumenten, verbruikt het 5W LED-groeilicht 0,06 kWh elektriciteit en kost het 0,03 yuan voor 12 uur per dag. Dit is dezelfde hoeveelheid energie als een koelkast die 3 uur aanstaat of een tv die 1,6 uur aanstaat. De middernachtvallei piek elektriciteitsprijsstrategie kan uw elektriciteitsrekening met nog eens 50% verlagen. Met een intelligent dimsysteem kunnen huishoudelijke gebruikers in Shenzhen Guanlan hun maandelijkse elektriciteitsverbruik onder de 10 kWh en hun jaarlijkse elektriciteitskosten onder de 60 yuan houden.
(2) Commerciële kas: exacte controle van de energie-efficiëntieverhouding
In het Yangling Demonstration Park maakt de kas van 5000 vierkante meter gebruik van meerlaagse en drie- dimensionale tuinbouw. Elk LED-systeem heeft een vermogensdichtheid van 150W/m². Laat het Internet of Things-omgevingscontrolesysteem samenwerken om de lichtintensiteit, spectrale verhouding en CO₂-gehalte te optimaliseren. Dynamische lichtregeling verbruikt 18% minder energie per eenheid output dan statische systemen, maar verhoogt ook de output met 25%.
(3) Veredelingsversnelling: kwantumcontrole van fotocycli
Het Yangling Technology Center van Sinochem Syngenta Group maakt gebruik van fotoperioderegulatie om elk jaar vijf generaties maïs te kweken. De LED-technologie in de slimme kas bootst de omstandigheden van tropisch zonlicht na en versnelt de voortplantingscyclus van 120 dagen naar 48 dagen. Vergeleken met eerdere benaderingen verhoogt de technologie voor het reguleren van de lichtkwaliteit de levensduur van mannelijk stuifmeel met 30% en de snelheid van vrouwelijke bestuiving met 25%, terwijl de energie die nodig is om eenheden te kweken met 40% wordt verminderd.
