1. Principe technique : Concevoir une régulation de la qualité de la lumière au niveau moléculaire
Les plantes sont très pointilleuses sur la façon dont elles utilisent la lumière. Les plantes ne peuvent utiliser la lumière visible qu’entre 400 et 700 nm (qui représente 43 à 52,5 % du rayonnement solaire) pour la photosynthèse. La lumière rouge (610 à 720 nm) et la lumière bleue (400 à 510 nm) sont les principaux pics d'absorption, c'est pourquoi on les appelle "l'engrais lumineux" des plantes. Les lampes d'usine à LED utilisent les capacités photoélectriques des matériaux semi-conducteurs pour envoyer une lumière monochromatique à certaines longueurs d'onde. Ils utilisent également des combinaisons de puces pour obtenir un contrôle précis du spectre.
Par exemple, la lumière rouge (660 nm) peut aider les plantes à fleurir, à produire des fruits et à produire de la vitamine C, tandis que la lumière bleue (450 nm) est la lumière principale qui aide les plantes à produire de la chlorophylle et à faire pousser des tiges et des feuilles. Des études ont démontré que dans la culture de la laitue, un rapport de lumière rouge/bleue de 4:1 augmente la teneur en chlorophylle des feuilles de 23 % et accélère le taux de croissance de 18 % ; de même, dans la culture des fraises, un rapport de 5 : 1 entre la lumière rouge et la lumière bleue augmente la teneur en sucre des fruits de 15 % et raccourcit la durée de commercialisation de 10 jours. De plus, l’ajout de lumière rouge lointain (730 nm) peut modifier la longueur des entre-nœuds des plantes. L'ajout de lumière UV (380-400 nm) peut éloigner les parasites et les maladies et augmenter la quantité de métabolites secondaires.
2. Le principal avantage passe du « Trou noir énergétique » à la « Révolution de l’efficacité lumineuse ».
Les lampes au sodium à haute pression-et les lampes aux halogénures métalliques sont deux types d'éclairage de serre traditionnel qui présentent trois gros problèmes : leurs spectres sont fixes et ne peuvent pas être modifiés, ils dégagent beaucoup de chaleur et ils consomment beaucoup d'électricité. Par exemple, une lampe au sodium haute pression-de 1 000 W ne convertit que 30 % de son rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) en lumière utilisable. Il produit également beaucoup de rayonnement thermique infrarouge, ce qui augmente la température à l'intérieur de la serre et nécessite un système de refroidissement supplémentaire. Trois avancées technologiques importantes ont rendu les lampes LED pour plantes révolutionnaires :
Personnalisation du spectre : vous pouvez créer n'importe quel rapport entre la lumière monochromatique et la lumière à spectre complet en modifiant la disposition des puces LED. Le « schéma spectral à cycle complet » de Weizhaoye Optoelectronics utilise beaucoup de lumière bleue (40 %) pour aider les racines à pousser pendant la phase de semis, beaucoup de lumière rouge (60 %) pour aider les feuilles à pousser pendant la phase de croissance végétative, et un peu de lumière rouge lointaine (10 %) pour aider les fleurs à fleurir pendant la phase de croissance reproductive.
Caractéristiques d'une source de lumière froide : L'efficacité lumineuse des LED est supérieure à 200 lm/W et moins de 5 % de la chaleur est perdue par rayonnement thermique. Aucun autre équipement n'est nécessaire pour les refroidir. Le système LED de la ferme Yuntai dans la chambre de culture d'orchidées papillons de Lianyungang réduit la distance entre les couches de 1,5 mètre habituel à 0,6 mètre et triple le nombre de plantes pouvant être cultivées dans une zone donnée.
Révolution dans la consommation d'énergie : les lampes LED pour plantes sont plus de trois fois plus efficaces pour transformer l'énergie électrique en énergie lumineuse que les lampes au sodium à haute pression. Des chercheurs de l'Université de Wageningen aux Pays-Bas ont découvert que l'ajout de lampes LED à la production des usines de tomates peut réduire la consommation d'énergie par kilogramme de fruit de 5,2 kWh à 1,8 kWh et la consommation d'engrais de 30 %.
3. Scénario d’application : couverture complète de la chaîne du laboratoire à l’industrialisation
Cultiver des choses dans une serre : un éclairage supplémentaire par LED peut augmenter les rendements des concombres de 40 % et les niveaux de vitamine C des tomates de 25 % dans les endroits du nord où la lumière et l'ombre sont faibles en permanence en hiver. Weizhaoye Optoelectronics a conçu un système d'éclairage supplémentaire à double mode-pour la serre de Xiaotangshan, à Pékin. Il s'allume automatiquement lorsque l'intensité lumineuse descend en dessous de 200 μ mol/m²/s. Cela raccourcit le cycle de croissance des légumes à feuilles de 15 jours.
Usine pour plantes : les systèmes LED utilisent une culture tridimensionnelle multi-couches-pour tirer le meilleur parti de l'espace dans un environnement de lumière entièrement artificielle. La zone de développement agricole moderne de Shanghai Sunqiao utilise un cadre de plantation vertical à 10 couches et un système avancé de contrôle de l'environnement lumineux. Cela leur permet de produire 10 fois plus de récoltes par pied carré que les serres standards et d'utiliser 90 % d'eau en moins.
Recherche et sélection : les LED sont idéales pour les études de photobiologie végétale car leurs propriétés spectrales peuvent être contrôlées. L'Institut de recherche sur les légumes et les fleurs de l'Académie chinoise des sciences agricoles a utilisé une plateforme LED spectrale réglable pour tester la variété de tomate « Zhongvegetable 606 », qui peut maintenir son efficacité photosynthétique à 85 % même lorsque la lumière n'est que de 300 µmol/m²/s.
Plantation environnementale spéciale : les lampes à LED pour plantes constituent désormais les éléments les plus importants des systèmes de survie dans des endroits comme les stations de recherche et les vaisseaux spatiaux de l'Antarctique, où les conditions sont très difficiles. La serre chinoise Great Wall Station, en Antarctique, utilise un système LED à spectre complet pour cultiver de la laitue et des fraises toute l'année. Le système a une efficacité photosynthétique de 92 % de la surface terrestre.
