一, De basisprincipes van fotobiologie: hoe planten LED-licht "zien".
Planten kunnen licht zien vanwege de gecombineerde effecten van het fotosynthetische pigmentsysteem en lichtgevoelige pigmenten. Chlorofyl a/b absorbeert licht het beste bij 660 nm rood en 450 nm blauw, terwijl carotenoïden helpen bij 480 nm blauw. Dankzij deze natuurlijke spectrale selectiviteit kan LED-technologie de plantengroei beïnvloeden door de spectrumcomponenten zorgvuldig te veranderen.
Het spectrum van gewone LED-lampen (witte LED) is gemaakt voor het menselijk gezichtsvermogen, maar bevat nog steeds blauw licht (450–470 nm) en rood licht (620–660 nm) dat planten nodig hebben voor fotosynthese. Uit onderzoek blijkt dat ongeveer 18% tot 25% van de fotonenstroom die wordt uitgezonden door witte LED's binnen het efficiënte fotosynthetische stralingsspectrum voor planten valt (400-700 nm). Dit percentage is lager dan de 80% tot 90% van professionele plantenlampen, maar kan toch de minimale behoefte aan extra licht dekken. Als het bijvoorbeeld regent of als er niet veel licht binnen is, kunnen gewone LED-lampen planten 14 tot 16 uur per dag aan licht blootstellen. Dit verkort de levenscyclus van groen voedsel zoals sla met 15% tot 20%.
2, Toepassingsscenario: het bereik van typische LED-verlichting
1. Op korte-termijn meer licht en planten met bladeren
Voor planten met bladeren, zoals jackfruit en chlorophytum comosum, kunnen gewone LED-lampen worden gebruikt als lichtbronnen voor de korte- termijn. Experimenten hebben aangetoond dat het 6 uur per dag bestralen van planten vanaf een afstand van 30 cm het chlorofylgehalte van hun bladeren met 12% tot 15% kan verhogen. Maar als je het langdurig (meer dan drie maanden) gebruikt, kunnen de stelen te lang worden en moet je ze regelmatig snoeien.
2. Het kweken van zaailingen en kruidachtige planten
Bij het maken van kruidachtige planten zoals spruiten en kruiden in een fabriek kunnen gewone LED-lampen en reflecterende folie 80% van de lichtenergie gebruiken. Een familieboerderij in Shenzhen gebruikte een aangepaste LED-plafondlamp (PPFD-waarde van grofweg 120 μmol/m²/s), waardoor de bewortelingssnelheid van basilicumzaailingen steeg van 65% bij natuurlijk licht naar 92%. Maar de snelheid waarmee fruitgewassen (zoals tomaten) vrucht dragen ging slechts met 8% omhoog, wat veel minder is dan de toename van 35% die professionele plantenverlichting veroorzaakte.
3. Noodverlichting gedurende de seizoenen
In de winter kan gewone LED-verlichting worden gebruikt om kassen in noordelijke gebieden te verlichten. Tests op een groentebasis in de provincie Hebei hebben aangetoond dat het toevoegen van reguliere LED-verlichting gedurende 4 uur per dag, zelfs als het weer erg slecht is en er minder dan 4 uur licht is, 78% van de normale komkommeropbrengst kan behouden. Het vitamine C-gehalte van de vrucht is echter 19% lager dan dat van de professionele bijverlichtingsgroep.
3, Technische problemen: drie belangrijke problemen met gewone LED-verlichting
1. Ongebalanceerde spectrale delen
Groen licht (500–570 nm) maakt 40% tot 50% uit van gewone LED-lampen, maar planten absorberen slechts minder dan 5% daarvan. Dit ‘ineffectieve licht’ maakt lichtenergie niet alleen minder nuttig, maar kan door thermische effecten ook de temperatuur van de bladeren met 2 tot 3 graden Celsius verhogen. Om dit te verhelpen moet de afstand tussen de lampen worden vergroot (het beste is 40 tot 50 cm).
2. Niet genoeg lichtintensiteit
Professionele plantenlampen kunnen een PPFD-waarde hebben van 600–1000 μmol/m²/s, terwijl reguliere LED-lampen slechts een PPFD-waarde van 80–150 μmol/m²/s hebben op een afstand van 30 cm. Voor gewassen die veel licht nodig hebben om te kunnen gedijen (zoals chilipepers), moeten gewone LED-lampen langer dan 12 uur aanblijven om hetzelfde effect te geven als professionele lampen gedurende 6 uur. Deze verbruikt 2,3 keer meer energie dan professionele lampen.
3. Geen dynamische regeling
Om planten te laten groeien, moet de kwaliteit van het licht veranderen tussen de vegetatieve groeifase (wanneer 60% blauw licht nodig is) en de reproductieve groeiperiode (wanneer 70% rood licht nodig is). Normale LED-lampen hebben een vast spectrum en kunnen de kwaliteit van het licht niet dynamisch veranderen zoals professionele lampen dat wel kunnen. Dit veroorzaakt "lichtkwaliteitsongemakken" bij gewassen zoals tomaten, wat betekent dat de stengels zwak zijn tijdens de voedingsgroeiperiode en dat er onvoldoende bloemknopdifferentiatie is tijdens de reproductieve groeiperiode.
4, Optimalisatieplan: een plan om gewone LED-verlichting beter te laten werken
1. Technologie voor het veranderen van het spectrum
Een deel van het groene licht kan in rood licht worden veranderd door fluorescerend poeder op het oppervlak van LED-kralen aan te brengen. Er zijn al kits op de markt die gewone LED-lampen zo kunnen veranderen dat ze 15% tot 30% meer rood licht en 18% meer fotosynthese-efficiëntie hebben. Bij het kweken van vetplanten kunnen de op maat gemaakte LED-lampen bijvoorbeeld de planten 25% compacter maken en de bladeren 12% dikker.
2. Een reflectiesysteem samenstellen
Bij gebruik met aluminiumfoliereflectoren of diffuus reflecterende coatings kan de benuttingsgraad van de lichtenergie stijgen van 35% naar 58%. Uit een thuislaboratoriumtest in Hangzhou bleek dat na gebruik van een reflecterend systeem in een plantoppervlak van 1 ㎡ het extra licht van gewone LED-lampen slechts 68% zo goed is als dat van professionele lampen, maar dat ze slechts 1/5 zoveel kosten.
3. Slimme bedieningsmodule
Een externe lichtgevoelige sensor en timer kunnen automatisch de hoeveelheid licht en de tijd wijzigen. Als het omgevingslichtniveau bijvoorbeeld minder dan 2000 lux bedraagt, schakelt het systeem automatisch het LED-invullicht gedurende de opgegeven tijd in om lichtonderdrukking door te veel licht te voorkomen.
5, Markttrend: hoe reguliere LED-verlichting verandert
Nu plantenfabrieken hun intrek nemen in huizen, is de 'op planten-gebaseerde' verandering van gewone LED-verlichting een nieuwe rage geworden. In 2024 zullen bedrijven als Xiaomi en Philips ‘volledig spectrum LED-lampen’ op de markt brengen. Deze lampen maken gebruik van multi{4}}chipcombinatietechnologie om het gehele bereik van 400-700 nm te bestrijken, hebben een PPFD-waarde van 200 μmol/m²/s en kosten 60% minder dan professionele lampen. Dit soort producten vertegenwoordigt 32% van de markt voor balkontuinieren, en tegen 2025 zal dit naar verwachting meer dan 50% uitmaken.
Tegelijkertijd is modulair ontwerp een belangrijk nieuw idee geworden. De "Plant Growth Light Bar" van IKEA kan eenvoudig worden toegevoegd aan de huidige LED-lampen. Je kunt het spectrum en de helderheid van het licht veranderen met een mobiele app, waardoor gewone lampen meteen in ‘slimme plantenlampen’ veranderen. Deze ‘lichtgewicht transformatie’-aanpak maakt het voor mensen gemakkelijker om thuisplantenbedrijven te starten.
