Đèn LED trồng cây toàn phổ Full Spectrum LED Grow Lights

Full Spectrum LED Grow Lights là loại đèn LED được thiết kế để phát ra ánh sáng có phổ gần giống với ánh sáng tự nhiên của mặt trời, bao gồm tất cả các bước sóng ánh sáng từ vùng tử ngoại (UV) đến hồng ngoại (IR). Loại đèn này được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp, đặc biệt là trong môi trường trong nhà hoặc nhà kính, để hỗ trợ sự phát triển toàn diện của cây trồng ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng.

Đèn LED trồng cây toàn phổ

Đèn LED trồng cây toàn phổ được thiết kế để kích thích sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng bằng cách phát ra bức xạ điện từ với bước sóng vượt qua và vượt ra ngoài phạm vi bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) (400-700 nm). Chiếu sáng làm vườn toàn phổ có nghĩa là tạo ra các photon cung cấp năng lượng quang hóa cho quá trình quang hợp thực vật và kích hoạt các phản ứng sinh lý khác nhau của thực vật như quang hình, quang chu kỳ và hướng quang. Bức xạ điện từ với quang phổ liên tục bao phủ tất cả các bước sóng từ tia cực tím đến hồng xa cung cấp kích thích hệ thống quang cân bằng hơn so với phát xạ quang phổ hẹp từ các bộ phát màu đỏ và xanh lam đơn sắc. Đèn toàn phổ thường được sử dụng trong các ứng dụng làm vườn trong nhà như hệ thống trồng trọt tại nhà và môi trường nông nghiệp môi trường được kiểm soát (CEA). Trồng trọt trong nhà cho phép người trồng kiểm soát tốt hơn nhiệt độ, độ ẩm, bổ sung CO2 và các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự phát triển của cây, do đó tối đa hóa năng suất và tính nhất quán của cây. Trong trường hợp không có ánh sáng mặt trời, thành phần quang phổ của ánh sáng nhân tạo trở thành một thành phần quan trọng đi vào thiết kế hệ thống chiếu sáng làm vườn.

 

Ánh sáng là bức xạ điện từ bao gồm một luồng các gói năng lượng được gọi là photon. Mỗi photon có một bước sóng đặc trưng. Các photon có bước sóng cụ thể được thu giữ bởi các tế bào cảm quang thực vật. Năng lượng điện từ do các photon mang theo được thu hoạch để thúc đẩy quá trình quang hợp. Phản ứng quang hợp xảy ra bên trong các bào quan tế bào chất được gọi là lục lạp. Kích hoạt quang của các thụ thể quang hợp dẫn đến sự phân tách các phân tử nước (H2O) thành oxy, ion hydro và các electron năng lượng cao với điện thế khử lớn. Các electron năng lượng cao được sử dụng trực tiếp để khử NADP + thành NADPH trong khi thúc đẩy tổng hợp ATP thông qua hoạt động của tổng hợp ATP. NADPH và ATP được hình thành bởi tác động của ánh sáng được sử dụng để tạo ra carbohydrate (chẳng hạn như cellulose và glucose) từ carbon dioxide. Carbohydrate được sử dụng để thúc đẩy quá trình trao đổi chất của thực vật và tích lũy sinh khối cao. Trong hệ thống quang hợp, các thụ thể quang tham gia vào việc thúc đẩy phản ứng hóa học của carbon dioxide và nước là chất diệp lục và carotenoid. Chất diệp lục A, sắc tố quang dồi dào nhất trong lục lạp của thực vật xanh, là chất thụ quang hoạt động chính trong quá trình quang hợp. Chất diệp lục B và carotenoid là các sắc tố phụ không khởi động phản ứng hóa học để quang hợp nhưng có thể thu thập năng lượng từ các photon không được hấp thụ trực tiếp bởi chất diệp lục A. Chúng tham gia vào quá trình quang hợp bằng cách truyền năng lượng thu thập được cho chất diệp lục A.

 

Quang hợp không phải là quá trình duy nhất ở thực vật chịu ảnh hưởng của quang phổ ánh sáng. Các quá trình sinh học liên quan đến sự thích nghi phát triển lâu dài của thực vật và sự thích nghi động ngắn hạn với môi trường cũng được điều phối bởi các thụ thể quang chuyên biệt nhạy cảm với các bước sóng cụ thể. Các thụ thể quang hợp không hợp này có thể giải thích quang phổ ánh sáng và sử dụng các tín hiệu quang phổ để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên và thích nghi quang hợp và phát triển thực vật với bức xạ sẵn có. Một loạt các phản ứng sinh lý cụ thể kiểm soát sự nảy mầm của hạt, kéo dài thân, ra hoa, hình thái thực vật, v.v. được trung gian chủ yếu bởi phytochromes, cryptochromes, phototropin và UVR8. Phytochrome ở hai dạng có thể chuyển đổi với nhau (Pfr và Pr) điều chỉnh nhiều phản ứng quang sinh học bao gồm cấu trúc quang hợp, nảy mầm (nguyên quang nguyên), hình thành cây con, kéo dài thân, duỗi thẳng móc đít, mở rộng lá và báo hiệu quá trình chuyển đổi sang tăng trưởng sinh sản ở các loài thực vật quang chu kỳ. Cryptochrome kiểm soát sự trao đổi chất thứ cấp, tổng hợp sắc tố, sự lôi cuốn của nhịp sinh học ở thực vật có hoa và ức chế sự kéo dài thân bằng cách thay đổi biểu hiện gen. Phototropins điều chỉnh sự mở khí khổ, phototropism (chuyển động của thực vật về phía ánh sáng), chuyển động lục lạp, làm phẳng lá, hàm lượng sắc tố và ức chế độ giãn dài hypocotyl. Chúng làm trung gian tác dụng của chúng bằng cách thay đổi các quá trình tế bào trong khi để lại biểu hiện gen không thay đổi. UVR8 được kích hoạt để tăng cường khả năng chịu căng thẳng của cây, tăng sự tích tụ flavonoid trong trái cây và cải thiện hiệu quả quang hợp.

 

Ảnh hưởng sâu sắc của quang phổ ánh sáng đối với thực vật không chỉ giới hạn ở sự sinh trưởng và phát triển của chúng. Ảnh hưởng kết hợp của các chất cảm quang khác nhau cung cấp cho thực vật khả năng tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ trọng lượng phân tử thấp thường được phân loại theo chức năng thành các chất chuyển hóa chính, chất chuyển hóa thứ cấp và hormone thực vật. Các chất chuyển hóa chính, chẳng hạn như carbohydrate, axit amin, vitamin, lipid, nucleotide, protein, tinh bột và enzyme, tham gia trực tiếp vào sự tăng trưởng, phát triển và sinh sản bình thường của thực vật. Các chất chuyển hóa thứ cấp được tạo ra bởi thực vật để tăng cường cơ chế bảo vệ của chúng và thích ứng với môi trường luôn thay đổi. Ba nhóm chính của các chất chuyển hóa thứ cấp là alkaloid, chất phenolic và tecpen. Carotenoid là tecpen có màu có trong tất cả các loại thực vật. Phổ biến nhất trong số các chất phytochemical này là caroten và xanthophylls. Xanthophylls, bao gồm zeaxanthin, violaxanthin và lutein, đóng vai trò bảo vệ quang học thiết yếu trong môi trường bức xạ cao đồng thời hoạt động như các thụ thể quang hợp thu thập năng lượng quang tử cho chất diệp lục A. Cần sa là loại cây được trồng rộng rãi nhất trong môi trường được kiểm soát. Phytocannabinoids, chẳng hạn như Δ9-tetrahyrdocannabinol (THC), cannabidiol (CBD), cannabigerol (CBG), cannabinol (CBN) và nhiều loại khác, là biểu hiện chất chuyển hóa thứ cấp đặc biệt của cần sa. Các hợp chất trị liệu và thần kinh này có liên quan đến cơ chế bảo vệ của cây cần sa. Hormone thực vật là các phân tử tín hiệu có mặt với số lượng nhỏ. Chúng hoạt động như các sứ giả hóa học để kích hoạt các phản ứng sinh hóa, sinh lý và hình thái cụ thể. Những sứ giả giữa các bào sinh lý này rất cần thiết trong việc giúp thực vật thích nghi với căng thẳng môi trường và điều chỉnh sự biểu hiện tiềm năng di truyền nội tại của thực vật. Nhiều thay đổi quang hình và phát triển để đáp ứng với ánh sáng được trung gian thông qua hormone thực vật.

 

Quang phổ ánh sáng hoạt động, cùng với cường độ và thời lượng thích hợp, cho phép kích thích các phản ứng mong muốn của thực vật. Tuy nhiên, các thụ thể quang thực vật khá chọn lọc về bước sóng của các photon mà chúng hấp thụ. Nói chung, sự tương tác giữa các tế bào cảm quang đặc hiệu bức xạ được giới hạn ở các dải ánh sáng nhỏ, cụ thể và bất kỳ ánh sáng bổ sung nào không cần thiết đều bị các thụ cảm quang từ chối. Chất diệp lục A và B hấp thụ năng lượng từ các photon có bước sóng màu xanh tím và màu đỏ cam-đỏ, và ít từ ánh sáng xanh lá cây và vàng có bước sóng từ khoảng 530 đến 580 nm. Bước sóng cho các photon mà chúng chuyển đổi thành năng lượng hiệu quả nhất được tìm thấy ở 430 nm và 680 nm đối với chất diệp lục A, 460 nm và 640 nm đối với chất diệp lục B. Carotenoid hấp thụ chủ yếu ở vùng màu xanh lam với các đỉnh hấp thụ chính ở khoảng 470 nm. Các tế bào cảm quang truyền tín hiệu được trung gian bởi các bước sóng trong và ngoài phạm vi PAR, bao gồm cả tia cực tím và chiếu xạ hồng xa. Phytochromes chuyển đổi giữa hai dạng. Dạng không hoạt động của phytochrome (Pr) và dạng phytochrome có hoạt tính sinh học (Pfr) hấp thụ các photon ở vùng đỏ và đỏ xa của quang phổ, và độ hấp thụ của chúng đạt đỉnh lần lượt ở 660 nm và 730 nm. Ánh sáng đỏ có thể kích thích dạng Pfr của phytochrome thành dạng Pfr của phytochrome. Quá trình chuyển đổi từ Pr sang Pfr có thể được đảo ngược trong điều kiện tối hoặc dưới ánh sáng đỏ xa. Tỷ lệ đỏ: đỏ xa thấp có thể kích hoạt một tập hợp các phản ứng ở thực vật, được gọi là hội chứng tránh bóng râm. Cryptochrome và phototropin là các thụ thể quang nhạy cảm với màu xanh lam và UV-A và phổ hấp thụ của chúng gần như hoàn toàn chồng chéo (300 nm đến 500 nm). Độ hấp thụ tối đa của cryptochrome xảy ra ở 350 nm và 450 nm. Phototropins cũng có đỉnh hấp thụ ở 450 nm. Cảm quang UVR8 phản ứng với ánh sáng UV-B (280-330 nm), với độ nhạy tối đa ở 290 nm.

 

Ánh sáng phát triển toàn phổ được thiết kế để cung cấp kích thích cảm quang hoàn toàn trên tất cả các hệ thống quang học và trong suốt chu kỳ sinh trưởng của cây. Trước đây, hai công nghệ chính của chiếu sáng toàn phổ là phóng điện cường độ cao (HID) và huỳnh quang. Các nguồn sáng truyền thống có quang phổ đầu ra cố định không thể sửa đổi để cung cấp thao tác nhắm mục tiêu đối với các phản ứng của thực vật. Các sản phẩm này cung cấp không đủ lượng ánh sáng trong một số dải sóng tới hạn trong khi cung cấp bức xạ quá mức ở bước sóng không hữu ích cho thực vật quang hợp hoặc phát triển. Đèn natri áp suất cao (HPS) tạo ra ánh sáng xanh tối thiểu và phát ra ánh sáng chủ yếu trong dải sóng vàng-cam. Đèn halogen kim loại có công suất màu xanh lam tốt nhưng tạo ra ít ánh sáng đỏ và hầu hết năng lượng được phát ra trong phạm vi quang phổ xanh lá cây-vàng. Đèn huỳnh quang có quang phổ tương tự như đèn halogen kim loại ngoại trừ đỉnh bước sóng dài hơn là ở vùng màu đỏ cam. Không có nguồn sáng nào trong số này cung cấp quang phổ liên tục bao phủ tất cả các bước sóng trong phạm vi PAR. Mặc dù chúng dường như có hiệu quả photon quang hợp (PPE) có thể chấp nhận được, nhưng hiệu quả quang phổ của chúng là rất thấp vì hầu hết các photon phát ra bởi các đèn này bên ngoài phần màu đỏ và xanh lam của quang phổ là đỉnh hấp thụ của chất diệp lục. Một nhược điểm khác của đèn HID là chúng phát ra một tỷ lệ lớn năng lượng trong phạm vi hồng ngoại (IR). Việc phát ra nhiệt bức xạ làm cho một khoảng cách lớn giữa nguồn sáng và tán cây cần thiết, dẫn đến giảm mật độ thông lượng photon quang hợp (PPFD).

 

Công nghệ LED là công cụ thay đổi cuộc chơi trong chiếu sáng làm vườn. Đèn LED là thiết bị bán dẫn sử dụng nguyên lý phát quang điện phun để tạo ra phát xạ dải hẹp và có thể có bộ chuyển đổi bước sóng tùy chọn, chuyển đổi một phần hoặc hoàn toàn phát quang điện sang các bước sóng khác. Cơ chế phát xạ này cho phép kiểm soát chính xác phân phối công suất quang phổ (SPD), đây là nhu cầu quan trọng của chiếu sáng làm vườn. Đèn LED phát triển có thể phát triển mạnh nhờ khả năng tạo ra hầu hết mọi quang phổ ánh sáng thông qua thao tác quang phổ của chip LED, gói LED và / hoặc mô-đun LED. Màu sắc của ánh sáng được tạo ra bởi phát quang điện trong đèn LED phụ thuộc vào năng lượng khe hở dải giữa dải dẫn và dải hóa trị của giếng nhiều lượng tử (MQW) tạo thành lớp hoạt động của diode. Bằng cách thay đổi hàm lượng hóa học và độ dày của chất bán dẫn tạo thành các giếng lượng tử, năng lượng khe hở dải có thể bị thay đổi và bước sóng của phát xạ dải hẹp dường như có một màu duy nhất như đỏ, xanh lam và xanh lá cây. Băng thông của ánh sáng phát ra có bước sóng ngắn hơn có thể được mở rộng thông qua việc áp dụng phốt pho mà Stokes chuyển một phần hoặc tất cả ánh sáng bước sóng ngắn hơn sang ánh sáng bước sóng dài hơn. Chuyển đổi phốt pho là công nghệ được sử dụng nhiều nhất trong việc tạo ra ánh sáng trắng hoặc phát xạ phổ rộng từ bộ phát bán dẫn đơn sắc. Thao tác quang phổ cũng có thể được thực hiện ở cấp độ mô-đun thông qua việc trộn màu của nhiều đèn LED đơn sắc. Đèn LED hỗn hợp màu thường được thiết kế dưới dạng hệ thống RGB, RGBA hoặc RGBW có khả năng tạo ra màu có thể điều chỉnh trong toàn bộ khu vực gam màu rộng.

 

Đèn LED phát triển toàn phổ cung cấp quang phổ được thao tác cẩn thận với bước sóng trong và ngoài phạm vi PAR, bao gồm cả tia cực tím và chiếu xạ đỏ xa. Thành phần quang phổ được thiết kế với trọng tâm là ánh sáng đỏ và xanh lam có thể thúc đẩy quang hợp một cách hiệu quả. Tuy nhiên, thiết kế quang phổ phải được thực hiện trong bối cảnh giải quyết nhu cầu của toàn bộ nhà máy, phải xem xét việc kích thích nhiều loại phản ứng có lợi hơn được trung gian bởi các bước sóng khác trong phạm vi PAR cũng như những bước sóng nằm ngoài phạm vi hoạt động quang hợp. Dải quang phổ của ánh sáng thường bao gồm bức xạ từ 380 đến 780 nanomet, bao gồm dải PAR liên tục và bước sóng màu đỏ xa và UV-A. Nói chung, hầu hết bức xạ hoạt động quang hợp từ đèn LED phát triển toàn phổ được cung cấp bởi đèn LED chuyển đổi phốt pho phát ra ánh sáng băng rộng (trắng). Đèn LED phổ hẹp (màu) có thể được thêm vào để cung cấp bức xạ bên ngoài phạm vi PAR và / hoặc để tăng cường đầu ra của một dải quang phổ cụ thể trong phạm vi PAR. Các loại đèn LED phát triển này được gọi là hệ thống quang phổ cố định. Hệ thống đèn LED pha màu có thể cung cấp quang phổ có thể điều khiển động. Những đèn LED phát triển có thể điều chỉnh quang phổ này có thể tạo ra quang phổ hoạt động cho mọi giai đoạn phát triển của cây trồng từ cây con, nhân giống, sinh dưỡng, nảy chồi, đến ra hoa và đậu quả. Chúng cũng có thể nhắm mục tiêu ánh sáng để tăng cường các đặc tính cụ thể của thực vật như hàm lượng chất chống oxy hóa, mùi vị và mùi thơm, chất lượng cảm quan và cây cảnh, thời hạn sử dụng sau thu hoạch. Sự đánh đổi của các thiết kế phức tạp như vậy là sự phức tạp và chi phí tăng lên. Hơn nữa, hiệu quả tổng thể của hệ thống của đèn LED phát triển hỗn hợp màu thấp hơn so với các hệ thống sử dụng đèn LED chuyển đổi phốt pho. Do đó, đèn quang phổ cố định được sử dụng rộng rãi hơn trong các ứng dụng chiếu sáng làm vườn toàn phổ do ưu điểm của chúng là chi phí vốn thấp hơn và hiệu quả cao hơn.

 

Đèn LED phát triển toàn phổ có thể có nhiều yếu tố hình thức khác nhau, bao gồm thanh đèn, bảng đèn, ống đèn, bóng đèn, dải đèn, v.v. Các sản phẩm này cung cấp đầu ra quang hợp photon flux (PPF) từ hàng chục đến hàng nghìn micromol mỗi giây, với PPE trong khoảng từ 2 đến 4 μmol / J. Các đèn LED được sử dụng trong các hệ thống này có thể được thiết kế dưới dạng gói mang chip chì nhựa công suất trung bình (PLCC), gói chip trên bo mạch (COB), gói công suất cao dựa trên gốm và gói quy mô chip (CSP). Tác động của thiết kế gói LED và vật liệu xây dựng là rõ ràng đối với việc duy trì thông lượng photon ở nhiệt độ hoạt động cao và dòng truyền động cao. Hệ thống đèn LED công suất cao được thiết kế cho các ứng dụng thương mại thường sử dụng các gói CSP hoặc công suất cao để tạo ra ánh sáng PPF cao trong suốt vòng đời có ý nghĩa kinh tế tối đa. Việc không có vật liệu đóng gói không ổn định về nhiệt và việc sử dụng đường dẫn nhiệt hiệu quả cao mang lại dòng truyền động cao và khả năng nhiệt độ hoạt động cao cho đèn LED. Bao bì nhựa phổ biến trong các ứng dụng hướng đến người tiêu dùng do hiệu quả cao hơn và chi phí thấp hơn. Đèn LED COB được ưa chuộng vì phân bố ánh sáng đồng đều và có nhiều hơn cho thị trường tiêu dùng. Đèn LED nhạy cảm với dao động dòng điện và điện áp. Hiệu quả và tuổi thọ của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ. Do đó, trình điều khiển LED phải cung cấp khả năng điều chỉnh tải và đường dây chặt chẽ, đồng thời hệ thống quản lý nhiệt phải có khả năng truyền nhiệt thể tích đáng kể để giữ nhiệt độ tiếp giáp của đèn LED dưới giới hạn đã đặt. Một cách tiếp cận toàn diện đối với thiết kế hệ thống là cần thiết để bảo vệ đèn LED khỏi ứng suất nhiệt và điện quá mức.

Nguồn: Internet