1. Regeling van de lichtkwaliteit: de lichtcode van planten overtreden
Planten zijn behoorlijk kieskeurig als het gaat om de manier waarop ze licht gebruiken. Planten kunnen alleen zichtbaar licht in het bereik van 400–700 nm (wat ongeveer 43%–52,5% van de zonnestraling uitmaakt) absorberen voor fotosynthese. De belangrijkste absorptiepieken zijn rood licht (610–720 nm) en blauw licht (400–510 nm). LED-fabriekslampen maken gebruik van de foto-elektrische mogelijkheden van halfgeleidermaterialen om licht van slechts één kleur tegelijk uit te zenden. Ze kunnen ook fijne spectrumcontrole bereiken door chips te combineren.
Rood licht van 660 nm kan lichtgevoelige pigmenten van planten inschakelen, waardoor planten meer chlorofyl kunnen aanmaken en meer koolhydraten kunnen opslaan. Wanneer de hoeveelheid rood licht in tomatenplanten tot 60% stijgt, stijgt het gehalte aan oplosbare suikers van de vrucht met 18% en het vitamine C-gehalte met 25%. Uit een onderzoek van de Nanjing Agricultural University bleek dat de stengelsegmenten van chrysanten 100% van de tijd wortelden bij blootstelling aan rood licht, wat 40% meer wortels was dan bij blootstelling aan natuurlijk licht.
Regels voor blauw licht: 450 nm blauw licht is het belangrijkste voor het maken van chlorofyl en het laten groeien van stengels en bladeren. In een omgeving met 30% blauw licht hadden de bladeren van sla 22% meer chlorofyl en waren de stengels 15% dikker. Blauw licht kan er ook voor zorgen dat planten niet te veel groeien, waardoor ze compacter worden en de ruimte beter worden benut.
730 nm verrood licht werkt samen met fotosensibilisator B (PhyB) van planten om de celverlenging en bloeitijd te moduleren. Het toevoegen van 10% verrood licht aan aardbeiplanten kan de internodiën van kruipende stengels 20% korter maken en de rijping van de vrucht met 5 dagen versnellen.
Volledige-spectrumsimulatie: hoogwaardige- LED-systemen kunnen het zonnespectrum kopiëren, inclusief ultraviolet licht (380–400 nm) en infrarood licht (700–1000 nm). Planten kunnen meer secundaire metabolieten aanmaken, waaronder lycopeen en anthocyanen, wanneer ze worden blootgesteld aan UV-licht. Infraroodlicht helpt planten ademen en op de juiste temperatuur blijven.
2. Controle van de lichtintensiteit en fotoperiode: ervoor zorgen dat precies aan de ontwikkelingsbehoeften wordt voldaan
Bij de fotosynthese van planten zijn er lichtcompensatiepunten (waar de fotosynthesesnelheid gelijk is aan de ademhalingssnelheid) en lichtverzadigingspunten (waar de fotosynthesesnelheid niet omhoog gaat met meer licht). Het LED-systeem maakt gebruik van slimme dimtechnologie om zich automatisch aan te passen aan de behoeften van planten in verschillende groeifasen.
Gebruik tijdens de zaailingfase een mix van 40% blauw licht en 50% rood licht om de wortels te laten groeien en de bladeren uit te zetten. Op Yuntai Farm in Lianyungang, in de intelligente kweekruimte voor Phalaenopsis, verkort LED-aanvullend licht de bewortelingstijd van weefsel-gekweekte zaailingen met 7 dagen en verhoogt het aantal zaailingen van hoge- kwaliteit met 30%.
Verhoog tijdens de voedingsgroeiperiode de hoeveelheid rood licht (60%–70%) om de fotosynthese in de bladeren te versnellen. Deze spectrale formule verkort de groeicyclus van sla in een fabriek van 60 dagen naar 45 dagen en verhoogt de opbrengst per oppervlakte-eenheid met 40%.
Reproductieve groeiperiode: Om de planten te laten bloeien, verander je de verhouding tussen rood en verrood licht (5:1). Voeg blauw licht toe om te voorkomen dat ze te veel groeien. Dit voorstel verhoogt het suikergehalte van aardbeien met 15% en verschuift de markttijd met 10 dagen.
Regulering van de fotocyclus: Gebruik een timer om de bloeitijd van de planten een circadiane cyclus te laten volgen. Onder omstandigheden van 12 uur licht en 12 uur duisternis bloeien kortedagplanten zoals chrysanten 20 dagen eerder dan in hun oorspronkelijke omgeving.
3. Slim besturingssysteem: een lichte omgeving creëren die gesloten-kringloop is
Het nieuwe LED-installatielichtsysteem maakt gebruik van IoT-sensoren, AI-algoritmen en actuatoren om de lichtomgeving in een gesloten lus te regelen.
Omgevingsperceptielaag: gebruik lichtkwantumsensoren (om PPFD te meten), spectrumanalysatoren en apparatuur om de fenotypische planten te monitoren om realtime gegevens te verkrijgen over de lichtintensiteit, spectrale distributie en plantengroeifactoren.
Laag voor het nemen van beslissingen: AI-algoritmen veranderen de spectrale formules en de lichtduur in realtime op basis van modellen van hoe planten groeien. Als bijvoorbeeld de chlorofylconcentratie in tomatenbladeren daalt, verhoogt het systeem automatisch de hoeveelheid rood licht, waardoor de verlichting langer blijft branden.
Executive laag: Gebruik van een dimbare LED-drivermodule om traploos te dimmen van 0% tot 100%. In een meer-lagenteeltsysteem kun je elke lichtlaag afzonderlijk aanpassen, zodat je zeker weet dat het licht gelijkmatig is.
Team verantwoordelijk voor energiebeheer: gebruik van fotovoltaïsche energieopwekkings- en energieopslagapparaten om het meeste gebruik van energie te maken. De Shanghai Sunqiao Modern Agricultural Development Zone maakt gebruik van een geïntegreerde lichtopslagtechnologie die het energieverbruik van LED-systemen met 30% en de CO2-uitstoot met 45% vermindert.
4. Technologische doorbraak: van het laboratorium naar de fabriek
LED-installatielampen zijn in de loop van de tijd op drie manieren veranderd:
De eerste generatie (2000–2010) bestond grotendeels uit rode en blauwe LED's die maar in één kleur werkten. Ze hadden een lichtefficiëntie van ongeveer 50 lm/W en kwamen niet goed overeen met het spectrum. Ze werden meestal gebruikt voor wetenschappelijke onderzoeksactiviteiten.
Tweede generatie (2010–2020): Creëerde een combinatie-LED met meerdere- golflengten met een betere lichtefficiëntie (150 lm/W), inclusief een intelligente dimfunctie, en werd op grote schaal gebruikt in de glastuinbouw.
Derde generatie (2020 tot nu): De lichtefficiëntie is hoger dan 250 lm/W dankzij quantum dot LED- en perovskietmaterialen, die dynamische controle over het volledige spectrum mogelijk maken. De Nanjing Agricultural University produceerde een LED-weefselkweeklamp die 50.000 uur meegaat, 69,7% minder elektriciteit verbruikt dan fluorescentielampen en zichzelf in 1,5 jaar terugbetaalt.
5. Toepassingsvoorbeeld: verbetering van de landbouwproductie
Lianyungang Yuntai Farm maakt gebruik van LED-plantenverlichting in een driedimensionaal kweekrek met 10- lagen. Hierdoor is de plantdichtheid van Phalaenopsis drie keer hoger, de opbrengst per oppervlakte tien keer hoger dan in standaard kassen en is het waterverbruik 90% lager.
De Beijing Xiaotangshan Greenhouse heeft een top+inter plant dual-mode aanvullend verlichtingssysteem dat automatisch wordt ingeschakeld wanneer de lichtintensiteit onder de 200 μmol/m²/s zakt. Dit verkort de groeicyclus van groene groenten met 15 dagen en voldoet aan de kwaliteitscriteria van de Europese Unie.
'S Werelds eerste demonstratieproject "Plant Factory 5.0" is gebouwd aan de Wageningen Universiteit in Nederland. Het maakt gebruik van LED-lichtomgevingsregulering om 100 kilogram tomaten per vierkante meter per jaar te telen, en gebruikt 92% van de lichtenergie van het aardoppervlak.
