1. Réglementation sur la qualité de la lumière : briser le code de la lumière des plantes
Les plantes sont très pointilleuses sur la façon dont elles utilisent la lumière. Les plantes ne peuvent absorber la lumière visible que dans la plage de 400 à 700 nm (ce qui représente environ 43 à 52,5 % du rayonnement solaire) pour la photosynthèse. Les principaux pics d’absorption sont la lumière rouge (610 à 720 nm) et la lumière bleue (400 à 510 nm). Les éclairages d'usine à LED utilisent les capacités photoélectriques des matériaux semi-conducteurs pour envoyer de la lumière d'une seule couleur à la fois. Ils peuvent également réaliser un contrôle précis du spectre en combinant des puces.
La lumière rouge de 660 nm peut activer les pigments photosensibles des plantes, ce qui aide les plantes à produire plus de chlorophylle et à stocker plus de glucides. Lorsque la quantité de lumière rouge dans les plants de tomates atteint 60 %, la teneur en sucres solubles du fruit augmente de 18 % et la teneur en vitamine C de 25 %. Une étude de l'Université agricole de Nanjing a révélé que les segments de tiges de chrysanthème s'enracinaient 100 % du temps lorsqu'ils étaient exposés à la lumière rouge, soit 40 % de racines de plus que lorsqu'ils étaient exposés à la lumière naturelle.
Règles pour la lumière bleue : la lumière bleue de 450 nm est la plus importante pour la production de chlorophylle et la croissance des tiges et des feuilles. Dans un environnement avec 30 % de lumière bleue, les feuilles de laitue contenaient 22 % de chlorophylle en plus et ses tiges étaient 15 % plus épaisses. La lumière bleue peut également empêcher les plantes de trop pousser, les rendre plus compactes et les aider à mieux utiliser l’espace.
La lumière rouge lointaine de 730 nm fonctionne avec le photosensibilisateur végétal B (PhyB) pour moduler l'élongation cellulaire et le temps de floraison. L'ajout de 10 % de lumière rouge lointain aux plants de fraisiers peut rendre les entre-nœuds des tiges rampantes 20 % plus courts et accélérer la maturation du fruit de 5 jours.
Simulation du spectre complet- : les systèmes LED haut de gamme-peuvent copier le spectre solaire, qui comprend la lumière ultraviolette (380 à 400 nm) et la lumière infrarouge (700 à 1 000 nm). Les plantes peuvent produire davantage de métabolites secondaires, notamment du lycopène et des anthocyanes, lorsqu’elles sont exposées à la lumière UV. La lumière infrarouge aide les plantes à respirer et à rester à la bonne température.
2. Maîtriser l’intensité lumineuse et la photopériode : s’assurer que les besoins de développement soient exactement satisfaits
Dans la photosynthèse végétale, il existe des points de compensation de la lumière (où le taux de photosynthèse est égal au taux de respiration) et des points de saturation de la lumière (où le taux de photosynthèse n'augmente pas avec plus de lumière). Le système LED utilise une technologie de gradation intelligente pour s'adapter automatiquement aux besoins des plantes à différents stades de croissance.
Pendant la phase de semis, utilisez un mélange de 40 % de lumière bleue et 50 % de lumière rouge pour aider les racines à pousser et les feuilles à se développer. À la ferme Yuntai à Lianyungang, dans la salle de culture intelligente de Phalaenopsis, la lumière supplémentaire à LED réduit le temps d'enracinement des plants cultivés en tissu -de 7 jours et augmente le taux de plants de haute qualité-de 30 %.
Pendant la période de croissance nutritionnelle, augmentez la quantité de lumière rouge (60 à 70 %) pour accélérer la photosynthèse des feuilles. Cette formule spectrale raccourcit le cycle de croissance de la laitue en usine de 60 jours à 45 jours et augmente le rendement par unité de surface de 40 %.
Période de croissance reproductrice : Pour faire fleurir les plantes, modifiez le rapport entre la lumière rouge et le rouge lointain (5 : 1). Pour les empêcher de trop grandir, ajoutez de la lumière bleue. Cette proposition augmente la teneur en sucre des fraises de 15 % et avance le délai de commercialisation de 10 jours.
Régulation du photocycle : Utilisez une minuterie pour que la période de floraison des plantes suive un cycle circadien. Dans des conditions de 12 heures de lumière et 12 heures d’obscurité, les plantes à jours courts comme les chrysanthèmes fleurissent 20 jours plus tôt que dans leur environnement d’origine.
3. Système de contrôle intelligent : créer un environnement lumineux en boucle fermée-
Le nouveau système d'éclairage d'usine à LED utilise des capteurs IoT, des algorithmes d'IA et des actionneurs pour réguler l'environnement lumineux en boucle fermée.
Couche de perception environnementale : utilisez des capteurs quantiques de lumière (pour mesurer le PPFD), des analyseurs de spectre et des équipements pour surveiller le phénotype des plantes afin d'obtenir-des données en temps réel sur l'intensité lumineuse, la distribution spectrale et les facteurs de croissance des plantes.
Couche de prise de décision : les algorithmes d'IA modifient les formules spectrales et la durée de la lumière en temps réel en fonction de modèles de croissance des plantes. Par exemple, si la concentration de chlorophylle dans les feuilles de tomates diminue, le système augmente automatiquement la quantité de lumière rouge et maintient les lumières allumées plus longtemps.
Couche exécutive : utilisation d'un module pilote de LED à intensité variable pour obtenir une gradation continue de 0 % à 100 %. Dans un système de culture multi-couches, vous pouvez ajuster chaque couche d'éclairage séparément pour vous assurer que la lumière est uniforme.
Équipe en charge de la gestion de l'énergie : Utiliser ensemble des dispositifs de production d'énergie photovoltaïque et de stockage d'énergie pour tirer le meilleur parti de l'énergie. La zone de développement agricole moderne de Shanghai Sunqiao utilise une technologie intégrée de stockage de la lumière qui réduit la consommation d'énergie du système LED de 30 % et les émissions de carbone de 45 %.
4. Percée technologique : du laboratoire à l’usine
Les lampes LED pour plantes ont changé de trois manières au fil du temps :
La première génération (2000-2010) était principalement composée de LED rouges et bleues qui ne fonctionnaient que dans une seule couleur. Ils avaient une efficacité lumineuse d'environ 50 lm/W et ne correspondaient pas très bien au spectre. Ils étaient principalement utilisés pour des activités de recherche scientifique.
Deuxième génération (2010-2020) : création d'une LED combinée à plusieurs longueurs d'onde avec une meilleure efficacité lumineuse (150 lm/W), inclusion d'une fonction de gradation intelligente et a commencé à être largement utilisée dans la production en serre.
Troisième génération (2020 à aujourd'hui) : l'efficacité lumineuse a dépassé 250 lm/W grâce aux LED à points quantiques et aux matériaux pérovskites, qui permettent un contrôle dynamique à spectre complet. L'Université agricole de Nanjing a produit une lampe LED pour culture tissulaire qui dure 50 000 heures, consomme 69,7 % d'électricité en moins que les lampes fluorescentes et s'amortit en un an et demi.
5. Cas d’application : améliorer la production agricole
La ferme Lianyungang Yuntai utilise des lumières LED pour plantes dans un support de culture tridimensionnel à 10 -couches. Cela rend la densité de plantation de Phalaenopsis trois fois plus élevée, le rendement par unité de surface dix fois plus élevé que dans les serres standards et la consommation d'eau 90 % inférieure.
La serre Xiaotangshan de Pékin dispose d'un système d'éclairage supplémentaire à double mode haut + inter-usine qui s'allume automatiquement lorsque l'intensité lumineuse descend en dessous de 200 μ mol/m²/s. Cela raccourcit le cycle de croissance des légumes verts de 15 jours et répond aux critères de qualité de l'Union européenne.
Le premier projet de démonstration « Plant Factory 5.0 » au monde a été construit à l'université de Wageningen aux Pays-Bas. Il utilise la régulation de l'environnement lumineux des LED pour cultiver 100 kilogrammes de tomates par mètre carré et par an et utilise 92 % de l'énergie lumineuse de la surface de la Terre.
