Le fondement de la recherche sur la lumière réside dans la spectroscopie, et la qualité de la lumière nécessite une analyse spectrale. Le spectre des lampes de culture de plantes à LED est particulièrement crucial, nécessitant une conception spécialisée adaptée aux techniques de culture plutôt qu'une simple réplication.
La technologie du spectre lumineux de culture des plantes sert d’interface essentielle entre l’équipement et les techniques de culture. Il est essentiel de reconnaître que les processus de culture dictent la conception du spectre. La conception et la fabrication des éclairages pour plantes doivent garantir que la qualité de lumière requise par les techniques de culture atteigne une efficacité optimale. Ces caractéristiques des éclairages végétaux déterminent la complexité et la diversité inhérentes à la conception du spectre végétal.
1. Applications non-visuelles de Spectra
Les applications spectrales appartiennent à des catégories visuelles et-visuelles. L'éclairage constitue une application visuelle, tandis que l'éclairage des plantes représente une application non-visuelle. Les dimensions physiques du spectre lui-même diffèrent fondamentalement entre les applications visuelles et non visuelles-.
La recherche spectrale pour la photosynthèse végétale analyse essentiellement les modèles de distribution et les valeurs quantitatives (qualité de la lumière) de la puissance rayonnante ou des photons sur toutes les longueurs d'onde. Cette analyse est réalisée grâce à des données spectrales et des graphiques spectraux.
1) Spectre solaire
La culture des plantes nécessite l’étude du spectre solaire. Le spectre solaire mesuré au niveau du sol est un spectre d'absorption. Bien que l'irradiance spectrale varie selon l'emplacement géographique et la saison, la forme spectrale reste cohérente.
Le spectre solaire constitue une référence cruciale pour la conception des spectres lumineux des plantes, mais n’est pas déterminant.
2) Spectre de lumière de croissance LED
Le spectre des lampes de culture à LED peut être conçu pour répondre à des exigences de culture spécifiques. De plus, la technologie de gradation permet un contrôle variable du spectre. Les sources lumineuses LED sont actuellement la seule technologie d’éclairage de culture capable d’atteindre des spectres variables. Cette technologie à spectre variable cible principalement le contrôle de la photomorphogenèse, offrant des avantages limités en matière d'économie d'énergie-. Les lampes de culture conventionnelles peuvent réaliser des économies d'énergie grâce à des ajustements de photopériode, tandis que la mise en œuvre d'une technologie à spectre variable augmente considérablement les coûts d'application.
La conception spectrale des lampes de culture à LED représente la capacité de l'équipement à répondre aux exigences du processus de culture. Il a un impact direct sur la compétitivité d'un fabricant sur le marché et sert d'indicateur principal de son expertise technique et de ses processus de fabrication. Cette conception reflète la sélection de puces LED et d'emballage du fabricant. Il reflète également les capacités du fabricant en matière d'analyse et de calcul spectral, de conception de distribution optique, de contrôle de l'uniformité du champ quantique lumineux, de technologie de pilote, de technologie de dissipation thermique, de contrôle de fiabilité des produits et de conception de structure d'installation. Ce niveau de fabrication complet signifie la force technologique du fabricant sur le marché.
2. Points clés de la conception spectrale de la lumière de croissance LED
1) Le processus de fabrication a un impact sur les valeurs PPFD
Généralement, les techniques de culture nécessitent des niveaux de rayonnement quotidiens basés sur des qualités de lumière spécifiques, ou des valeurs PPFD sur la surface de culture (certaines techniques nécessitent des valeurs YPFD), combinées à des photopériodes. Le rayonnement quotidien détermine les valeurs PPFD et les photopériodes. Les concepteurs calculent les valeurs PPF (ou YPF) des sources lumineuses LED en fonction des valeurs PPFD, puis procèdent à la conception spectrale. Il est important de noter que pour des valeurs PPF identiques pour la source lumineuse, les variations dans la conception de la distribution optique, la gestion thermique et la conception du pilote peuvent entraîner des différences significatives dans les valeurs PPFD.
Les processus de fabrication ont un impact considérable sur l’efficacité énergétique électrique des éclairages des usines, qui peut être mesurée par les valeurs PPF et PPFD par watt de puissance électrique. Des valeurs plus élevées indiquent une plus grande efficacité.
Pour les sources lumineuses LED : PPF/watt ; pour les surfaces de culture : PPFD/watt. La comparaison de ces deux mesures sur des éclairages d'usine présentant des profils spectraux identiques permet d'évaluer la qualité du processus de production d'un fabricant.
2) Il n'existe pas de « meilleur » spectre lumineux pour les plantes ;-seulement celui qui convient le mieux.
Étant donné que les spectres lumineux des plantes LED sont personnalisables, ils présentent une diversité significative. Nous soulignons : aucun spectre n’est universellement optimal ; seul le spectre le plus approprié pour une méthode de culture spécifique existe. Tenter de créer un spectre LED universel n’est pas une bonne pratique de conception. Les conceptions de spectre hautement compatibles se font au prix d’une efficacité de culture réduite et d’un gaspillage d’énergie.
3) Donner la priorité à l’uniformité du champ de rayonnement dans toute la zone éclairée
Pour les éclairages d'usine combinant plusieurs LED à-longueur d'onde unique, l'uniformité du champ de rayonnement combiné sur la zone éclairée doit être prise en compte. Les facteurs clés incluent la disposition des LED, la conception de la distribution optique et la hauteur de montage du luminaire. L'uniformité du champ de rayonnement a un impact sur l'efficacité photosynthétique. Pour les systèmes agricoles verticaux à plusieurs-niveaux, utilisez de préférence la distribution lambertienne. Pour l’éclairage d’appoint des serres avec lentilles, l’uniformité du rayonnement exige une attention encore plus grande. Notez que l'augmentation de la hauteur d'installation pour améliorer l'uniformité réduit les valeurs PPFD à un taux proportionnel au carré de la distance.
4) Donner la priorité à l’efficacité des luminaires dans l’éclairage des usines
L'efficacité du luminaire est le rapport entre le PPF du luminaire et le PPF de la source lumineuse. Cette valeur concerne la conception de la distribution optique secondaire. L'efficacité des luminaires de culture à LED se situe généralement entre 0,9 et 0,5. L’efficacité des luminaires a un impact à la fois sur les mesures de consommation d’énergie et sur l’efficacité de la culture. Les éclairages d'usine utilisant des conceptions de lentilles dépassent rarement 0,8 en efficacité du luminaire.
5) Concernant la composition spectrale
À ce jour, de nombreuses lampes de culture décrivent encore la composition spectrale en utilisant les ratios de puces LED. Étant donné que les ratios de puces ne reflètent pas le flux radiant, il est crucial de comprendre les spécifications d'approvisionnement en puces LED. Les puces LED sont classées et fournies en fonction de la puissance rayonnante pour des tailles de puces identiques. Les données spectrales fournies via les ratios des puces LED peuvent présenter un écart allant jusqu'à 30 %, contribuant aux variations de culture entre les lots de produits identiques. Une composition spectrale précise nécessite de mesurer les rapports de puissance rayonnante sur les bandes RVB dans la plage de longueurs d'onde PAR, garantissant ainsi les spécifications du produit basées sur des données-. Vous trouverez ci-dessous notre analyse des données d’un produit spécifique pour référence.
| Article | Contenu | Description |
|---|---|---|
| Spécification et étiquette du produit | 2835 200PC | Basé sur l'échantillon d'étiquette |
| Puissance P (W) | 18.2 | Produit configuré avec alimentation du pilote |
| Puissance radiante Pr (W) | 5.2733 | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 800 nm |
| Efficacité radiante (Pr/P) | 0.28974 | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 800 nm |
| Flux lumineux (LM) | 722.499 | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 800 nm |
| Efficacité lumineuse (lm/W) | 39.6977 | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 800 nm |
| Longueur d'onde maximale (nm) | 655 | |
| PPF (µmol/s) | 22.358 | Plage de longueurs d'onde : 400 nm à 700 nm |
| PPF/W (μmol/s·W) | 1.2285 | Plage de longueurs d'onde : 400 nm à 700 nm |
| YPF non corrigé (μmol/s) | 28.075 | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 800 nm |
| Puissance rayonnante UV (W) et proportion | 0.000558 / 0.0011% | Plage de longueurs d'onde : 380 nm à 399 nm |
| Puissance radiante bleue (W) et proportion | 0.50991 / 9.6698% | Plage de longueurs d'onde : 400 nm à 499 nm |
| Puissance radiante verte (W) et proportion | 0.62578 / 11.8671% | Plage de longueurs d'onde : 500 nm à 599 nm |
| Puissance radiante rouge (W) et proportion | 3.1774 / 60.2551% | Plage de longueurs d'onde : 600 nm à 699 nm |
| Puissance radiante du rouge lointain (W) et proportion | 0.9601 / 18.2070% | Plage de longueurs d'onde : 700 nm à 800 nm |
6) Exigence relative aux spectres incluant les bandes UV et IR
L’ajout de segments de spectre UV et IR sert principalement au contrôle de la photomorphogenèse des plantes dans les processus de culture. Pour les lampes de culture LED intégrant des bandes UV et IR, ces segments ne doivent pas être exprimés en micromoles mais plutôt en paramètres radiants. Les valeurs PPF et YPF doivent être fournies ; sinon, les exigences en matière de rayonnement UV et IR spécifiées par les protocoles de culture ne peuvent pas être transmises avec précision.
3. Préciser que les techniques de culture déterminent la conception du spectre lumineux des plantes
La conception de l’éclairage des plantes est basée sur les techniques de culture. Par exemple, une radiation quotidienne excessive pour la laitue peut provoquer des troubles physiologiques dus à une carence en calcium et potentiellement conduire à une photoinhibition. Il est crucial de définir des taux photosynthétiques appropriés. Les techniques de culture comprennent le rayonnement quotidien pour la photosynthèse des plantes, le rayonnement total pendant le cycle de culture, la variété végétale et la source de graines (y compris si LDP ou SDP), les méthodes et substrats de culture, l'environnement et les contrôles de culture, etc. Le profil du spectre lumineux des plantes et les niveaux de rayonnement quotidiens, étroitement liés à la culture, sont principalement déterminés par les techniques de culture de la variété végétale spécifique. Les niveaux de rayonnement quotidiens dictent le PPFD et la photopériode, le PPFD détermine le PPF, le PPF dicte la conception et la technologie de l'éclairage de l'usine, le PPFD détermine la hauteur et la quantité d'installation des luminaires, et le PPFD influence également le volume de ventilation et la supplémentation en CO₂. Ces paramètres peuvent tous être calculés et les niveaux de rayonnement totaux peuvent être utilisés pour estimer les coûts de culture. Cela démontre que les profils spectraux et les niveaux de rayonnement (qualité de la lumière) doivent d'abord établir l'environnement de culture, les méthodes et les variétés de plantes pour concevoir correctement les spectres lumineux des plantes LED. Les techniques de culture des plantes constituent le facteur intrinsèque qui relie la production agricole à la maîtrise industrielle. Par conséquent, la conception spectrale de la lumière des plantes ne peut être basée que sur les exigences du processus de culture.
1) Éclairage d'appoint pour serre de type mixte-
Pour la culture en serre et les usines de plantes hybrides combinant la lumière du soleil et un éclairage supplémentaire, l’approche précise consiste à effectuer une analyse spectrale du champ de rayonnement lumineux naturel pour déterminer les besoins en lumière supplémentaire. Pour les sites dépourvus de capacités d’analyse spectrale, les valeurs d’éclairement moyennes peuvent être mesurées. En divisant l'éclairement moyen par 55, on obtient la valeur PPFD pour la surface de culture exposée au soleil. Cette valeur est ensuite utilisée pour déterminer la puissance lumineuse supplémentaire des lumières de la plante. Cette méthode simplifiée s'avère très utile pour la planification de projets et l'estimation des coûts. L’éclairage supplémentaire d’une serre hybride peut réduire ou éliminer le spectre de la lumière verte. La nécessité d'un supplément de lumière verte doit être déterminée en mesurant les niveaux de rayonnement de lumière verte à la fois en plein soleil direct et diffus.
2) Conception spectrale pour des environnements entièrement contrôlés
Dans des environnements entièrement contrôlés, même si l'éclairage à spectre rouge-bleu profite considérablement aux légumes-feuilles, la texture des légumes hydroponiques reste cruciale pour l'amélioration de la qualité. Nous recommandons un spectre blanc-plus-rouge. La conception spectrale dans de tels environnements doit prendre en compte de manière globale la concentration de CO₂, les taux de ventilation, la température ambiante, la gestion du substrat ou de la solution nutritive et la conception de la structure du rack. De nombreux systèmes agricoles verticaux à plusieurs niveaux minimisent la hauteur de la solution nutritive pour augmenter les couches de plantation, ce qui compromet l'uniformité de la distribution des nutriments et réduit l'efficacité de l'absorption spectrale. L'objectif principal de la conception spectrale dans des environnements entièrement artificiels est le contrôle de la qualité. - une culture qui complète simplement le cycle de croissance des plantes manque de compétitivité sur le marché.
4. Concernant le spectre complet
Certaines lampes de culture à LED étiquetées « spectre complet » peuvent impliquer une composition spectrale riche. Un concept essentiel ici est de savoir comment « complet » est défini -par qui, et quelle plage de longueurs d'onde constitue « complet » ? Bien que la lumière du soleil offre le spectre le plus large, les études sur la photosynthèse des plantes sous la lumière du soleil décrivent les valeurs PAR uniquement dans la plage de 400 nm-700 nm. De nombreuses lampes de culture à LED étiquetées « spectre complet » intègrent des segments UV et IR, tout en utilisant toujours le PPFD comme paramètre principal. Étant donné que le PPFD ne prend pas en compte les niveaux de rayonnement UV ou IR, ce paramétrage des lampes de culture à spectre complet reflète une erreur fondamentale. Nous soutenons que la gamme de longueurs d’onde des lumières des plantes définit uniquement le domaine de la fonction d’efficacité d’absorption spectrale, et non sa gamme. L’efficacité de l’absorption spectrale reste la mesure permettant d’évaluer l’efficacité photosynthétique. L'étiquetage des spectres à large bande ou multi-bandes comme "spectre complet" n'indique pas l'efficacité ou la compatibilité d'une lumière végétale. L’utilisation du « spectre complet » pour décrire l’éclairage des plantes est imprécise et induit souvent les producteurs en erreur. La plage de définition des longueurs d'onde spectrales reste liée aux techniques de culture : ce sont les méthodes de culture qui déterminent le domaine de conception spectrale, et non la culture sous un spectre donné.
5. Complexité de la recherche sur le spectre lumineux des plantes
Pour les sources lumineuses LED : - Des valeurs PPFD identiques peuvent correspondre à différents profils spectraux.. - Un PPFD identique nécessite des valeurs PPF différentes de la source lumineuse, en fonction de la conception optique secondaire.. - Des valeurs PPF identiques donnent des valeurs PPFD différentes en raison des différentes efficacités des luminaires.. - Des valeurs PPFD identiques peuvent entraîner efficacités de culture différentes si le profil spectral est mal conçu. -Même dans des conditions identiques, les résultats de culture varient en fonction de la variété de plante, de l'environnement de croissance et du substrat. De plus, des lampes de culture à LED identiques sont influencées par des facteurs environnementaux tels que la concentration de CO₂, les taux de ventilation et le contrôle de la température. Tout en répondant aux exigences du processus de culture en matière d'efficacité et de qualité, l'aspect le plus critique pour les lampes de culture réside dans les processus de fabrication qui minimisent la consommation d'énergie -une considération vitale. La complexité de la recherche spectrale reflète la diversité actuelle des lampes de culture. Sans normes d'évaluation établies, le marché présente une prolifération de produits en quête de reconnaissance.
En résumé
En fin de compte, la recherche spectrale n’est pas une noble activité académique confinée aux laboratoires. C'est le lien essentiel entre les techniques de culture et la technologie d'éclairage. Qu'elle soit déployée dans des serres ou des fermes verticales entièrement artificielles, une conception spectrale sous-optimale compromet à la fois le rendement et la qualité. Les gens demandent souvent : existe-t-il un « spectre universel » ? La vérité est que non. Il existe uniquement la solution spectrale la mieux adaptée à votre processus de culture spécifique.
Nous avons investi des efforts considérables dans ce domaine. Il ne s’agit pas seulement de combiner aléatoirement des longueurs d’onde. Nous évaluons d'abord les besoins quotidiens en rayonnement de votre culture et les paramètres de photopériode, puis effectuons une analyse des données pour maîtriser des solutions telles queLampes de culture LED à spectre completetLampes de culture à spectre réglable. Nous ne fournissons pas seulement un luminaire-nous vous aidons à trouver le juste milieu entre efficacité énergétique et rendements élevés.
En termes simples, nous adaptons des solutions exclusives de spectre LED à vos besoins de culture. Pour les opérations à grande échelle-, nous configurons des systèmes de culture LED commerciaux. Pour un contrôle de précision, nous concevons des solutions de qualité professionnelle-avec une luminosité et un spectre réglables. Gérez vos techniques de culture ; laissez-nous la conception du spectre. Sans tracas-sans tracas et fiable.
