一,Le principe technique réside dans les différentes manières dont les photons sont émis.
1. L’essentiel du fonctionnement des lumières LED
Les LED (Light Emitting Diodes) émettent de la lumière de certaines longueurs d'onde en recombinant des électrons et des trous dans des semi-conducteurs semi-conducteurs. La largeur de bande interdite du matériau définit la plage spectrale. Par exemple:
Puce à base d'InGaN- : émet une lumière bleue entre 450 et 470 nm, qui est utilisée pour le stade de croissance des plantes lorsqu'elles ont besoin de nutriments ;
Puce à base d'AlGaInP- : émet une lumière rouge entre 620 et 660 nm pour aider les fleurs à s'épanouir et à mûrir les fruits.
Technologie de conversion du phosphore : lorsque vous projetez de la lumière bleue sur une poudre fluorescente jaune, elle produit une lumière blanche à spectre complet-qui ressemble à la lumière naturelle.
Les LED peuvent produire plus de 200 lm/W de lumière, avoir un faible taux de dégradation de la lumière et durer plus de 50 000 heures. C’est bien supérieur aux sources lumineuses traditionnelles.
2. Lampes de culture spécialement conçues pour les plantes
Une lampe de croissance végétale est une source de lumière unique conçue pour la photosynthèse. Il existe deux types de voies techniques pour cela :
Lumière LED spécialisée pour plantes : utilisation d'un mélange de puces rouges et bleues (comme un rapport de 3:1) ou ajout de lumière rouge lointain (730 nm) pour contrôler la façon dont les plantes poussent et changent de forme.
Les types d'amélioration des sources lumineuses traditionnelles incluent les lampes au sodium à haute pression (HPS) qui augmentent la quantité de lumière du spectre rouge, ou les lampes fluorescentes qui incorporent des phosphores de terres rares pour augmenter la puissance de certaines bandes.
Le système Philips GrowWise, par exemple, modifie la quantité de lumière rouge (660 nm), bleue (450 nm) et blanche qu'il utilise pour obtenir une production de tomates 15 % plus élevée et une teneur en vitamine C 20 % plus élevée.
2, conception spectrale: trouver un équilibre entre ce dont les plantes ont besoin et à quoi ressemblent les choses
1. Comment la photosynthèse des plantes dépend de la longueur d'onde
La chlorophylle végétale absorbe mieux la lumière bleue entre 400 et 500 nm et la lumière rouge entre 600 et 700 nm.
La lumière bleue (450 nm) arrête la croissance, aide à produire plus de chlorophylle et permet une meilleure utilisation de l'azote ;
La lumière rouge (660 nm) aide à produire des hormones de floraison comme la zéatine et accélère l’accumulation du sucre dans les fruits.
Lumière rouge lointaine (730 nm) : contrôle la réponse d'évitement de l'ombre en modifiant le rapport R/FR pour améliorer la structure de la plante.
Des expériences ont démontré qu'un rapport lumière rouge/bleue de 4:1 augmente de 30 % l'accumulation de matière sèche dans la laitue, alors que les plantes sont sensibles à un déséquilibre nutritionnel lorsqu'elles sont exposées à une lumière monochromatique.
2. La stratégie spectrale des lumières LED et de l'éclairage pour la croissance des plantes
Les lampes LED universelles utilisent principalement une lumière blanche à spectre complet, qui couvre la plage de longueurs d'onde de 400 à 700 nm. Cependant, comme ils ont un rapport fixe entre la lumière rouge et la lumière bleue (environ 1:2), il est difficile de répondre aux besoins du cycle de croissance des plantes.
Une lampe pour faire pousser des plantes : par exemple, une combinaison de plusieurs-puces peut rendre le spectre réglable :
Période de croissance nutritionnelle : le rapport entre la lumière rouge et la lumière bleue est de 3 : 1, ce qui favorise la croissance des feuilles.
Période de croissance reproductrice : Pour faire fleurir les plantes, augmentez la quantité de lumière rouge lointaine à 15 %.
Pendant la phase de gonflement des fruits, augmentez la quantité de lumière rouge à 70 % et facilitez le changement du sucre.
L'usine Mirai au Japon utilise un contrôle de spectre multicouche pour augmenter la teneur en VC de la laitue jusqu'à 1,8 fois celle de sa plantation à l'extérieur et réduire le cycle de fabrication de 20 %.
3,Comparaison de l'efficacité énergétique : principales différences dans les coûts d'exploitation à long-terme
1. Gestion de l’efficacité thermique et lumineuse
Lumières LED : elles ont une efficacité de conversion électro-optique d'environ 60 % et ne produisent pas beaucoup de chaleur, elles peuvent donc être placées près de la canopée de la plante (10 à 30 cm) pour rendre l'intensité lumineuse par unité de surface 3 à 5 fois plus forte ;
Lumière de croissance des plantes régulière :
Lampe HPS : Comme elle ne fonctionne que 30 % du temps, une grande quantité de chaleur doit être dégagée par le système de climatisation, ce qui fait augmenter la consommation d'énergie de 40 %.
Lampe fluorescente : L'efficacité est d'environ 50 %, mais le spectre est étendu, vous devez donc utiliser plus d'une lampe pour faire le travail.
2. Analyser les coûts du cycle de vie
Par exemple, une ferme verticale à Shenzhen :
Système LED : le coût initial est considérable, mais la consommation d'énergie annuelle n'est que de 120 000 kWh et l'entretien est bon marché.
Le système HPS a un coût initial modeste, mais il consomme 280 000 kWh d'énergie chaque année et les ampoules doivent être changées tous les deux ans, ce qui rend le coût total très élevé.
Le coût total de possession (TCO) des systèmes LED est 35 % inférieur à celui des systèmes HPS sur une période de 5 ans, et la quantité d'espace qu'ils utilisent est 8 fois supérieure.
4,Application dans l'industrie : passer du laboratoire aux paramètres de production commerciale
1. Usine végétale : une norme pour fabriquer des objets dans les usines
Sky Greens à Singapour utilise un support de culture tridimensionnel-en forme de A-avec des bandes lumineuses LED à chaque niveau qui peuvent être modifiées sous différents angles. L'approche d'approvisionnement en lumière partagée « lumière rouge du matin + lumière bleue de l'après-midi »- multiplie par quatre le rendement en légumes verts par unité de surface et réduit la consommation d'eau de 92 %.
2. Agriculture verticale : un changement dans la manière dont les villes utilisent l’espace
Un système de culture multicouche à LED-est utilisé dans un projet de Dubaï où l'eau est rare. Cette technique utilise seulement 2,5 litres d'eau par kilogramme de légumes, ce qui permet d'économiser 98 % d'eau par rapport aux fermes traditionnelles. Il utilise également un contrôle dynamique du spectre pour maintenir la production toute l’année.
3. Jardinage domestique : rendre la plantation personnalisée plus populaire
Les produits de la série AeroGarden sont dotés de lumières LED rouges, bleues et blanches qui peuvent être contrôlées par une application. Cela peut réduire le cycle de croissance des plants de vanille de 30 % et rendre la plantation sur un balcon cinq fois plus efficace.
4. Problèmes et utilisations des lampes LED à l'ancienne-
Les lumières LED universelles peuvent retarder de 7 jours la période de floraison des chrysanthèmes car leur spectre est fixe. Au stade de la croissance des plants de laitue, où l'allongement de la tige doit être arrêté, les lumières LED qui n'ont pas de régulation de la lumière rouge lointaine sont susceptibles de pousser trop et de réduire le rendement du produit.
