- 傳統(tǒng)照明系統(tǒng)充當人造太陽光
- 采用最新固態(tài) LED（即大功率 LED）的新設計
當今的食品供應已成為世界上最重要的問題之一。 由于世界人口增速超過食品生產(chǎn)速度，因此熱帶森林的許多新土地被開發(fā)為農(nóng)業(yè)用地，以增加主要食品供應。這一行動對我們的環(huán)境非常有害，將加速全球變暖。
一些現(xiàn)代科學方法得以實施，以在溫室中培育蔬菜和花卉以及在建筑中栽培農(nóng)作物。這些實施工作受到鼓勵，以幫助減少全球變暖并以更加有效的方式提高食品供應生產(chǎn)率。
在室內(nèi)作物培育中，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)充當人造太陽光，例如高壓納燈、金屬鹵化物燈和組織培養(yǎng)熒光燈被廣泛使用。這些傳統(tǒng)人造燈類型具有高功耗、高熱輻射、高維護成本的特點，且易于吸引昆蟲。這使得構(gòu)建和研究固態(tài)照明的新領(lǐng)域產(chǎn)生，該照明將 LED 用作光源生成器以替換傳統(tǒng)燈具。 固態(tài)照明的優(yōu)點包括僅產(chǎn)生適合作物光合作用的單色波長，消耗較少的電能，以及最大限度地減少熱輻射以幫助減慢全球變暖。
相關(guān)人員已經(jīng)使用普通的典型 LED（例如 5mm SMD）或定制 LED 陣列進行許多研究，以通過連續(xù)或脈沖 LED 光源培育作物。 然而，這些 LED 固態(tài)照明需要大量 LED 來產(chǎn)生作物光合作用所需的充足光能，因為其流明輸出較低，這將降低 LED 光輸出性能并產(chǎn)生高熱阻和低工作結(jié)溫問題。
因此，LED 固態(tài)照明需要使用龐大而優(yōu)質(zhì)的散熱器，在一定程度上，需要采用風扇冷卻來散去眾多 LED 產(chǎn)生的大量熱量；因此，對于商業(yè)用途，此方法不太可行，也不太實際。
的確，采用最新固態(tài) LED（即大功率 LED）的新設計可以通過產(chǎn)生遠遠高于傳統(tǒng)方式的流明輸出提供更高能效，使用遠遠少于傳統(tǒng)方式的 LED 即可產(chǎn)生作物培育所需的充足光合作用光子通量 (PPF)，并且熱阻非常低，以便更好地散熱。
圖 (a) - 在大功率 LED 固態(tài)照明系統(tǒng)下培育的實驗樣品
圖 (b) - 在普通太陽光下培育的實驗樣品
圖 (c) - 左側(cè)調(diào)色板中的實驗樣品在大功率 LED 固態(tài)照明下培育，右側(cè)調(diào)色板中的實驗樣品在普通太陽光下培育。
在此新設計中，采用了用于固態(tài)照明的大功率 LED，此外，它還采用了成本低廉的自然散熱方法來代替主動式冷卻的使用及維護大功率 LED 性能的可靠性（大功率 LED產(chǎn)生大量傳導熱浪費的地方）。
在研究工作中，我采用了大功率 LED 制造商先驅(qū) PhilipsLumileds 的紅色和品藍色大功率 LED 來制作固態(tài)照明燈具，以便為作物生長產(chǎn)生 PPF。 完整系統(tǒng)解決方案設計已被開發(fā)出來，使這項研究獲得成功；這包括 LED 驅(qū)動器、熱量管理和光輸出分布。
嫩萵苣（萵筍）被選為實驗樣品，因為其具有較高的商業(yè)價值、較短的實驗周期且易于生長，另外，還方便我從本地農(nóng)民那里輕松獲取。 基于大功率 LED 固態(tài)照明系統(tǒng)的培育實驗獲得了成功，將樣品作物培育起來且重復了一次。 下圖顯示了實驗設置和實驗結(jié)果。
