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    LED植物灯光谱仪参数详解

    一、光2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站应用分类

     

    视觉应用:应用于照明,物理单位是以平均人眼2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站视效函数对光谱辐射功率加权得到2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光通量为主要参数。

     

    非视觉应用:以动物、植物、医疗、微生物、识别、数据传送等应用,物理单位是辐射功率或者光量子数。

     

    二、光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站能量

     

    LED发光是能量2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站转换现象,电子与空穴复合时多余2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站能量会发光,产生光子,波长越短,产生光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站能量越高,光子是光传递能量过程中2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站*小单位,植物光合作用吸收2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站是这种带能量2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子,光合作用是在光子能量包驱动进行,而不是一般2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光能量作用,这就是植物光合作用需要光子去表达2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站原因。

     


     

    单个光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站能量在波长400nm与波长700nm2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站能量比是1.75,也就是说,蓝光比红光能量大 1.75 倍。

     

     

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    相同辐射功率下,产生光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站数量随着波长2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站增大而增加,如上图所示。

     

    光合作用是由光子通量产生,是携带能量2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子在酶2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站作用下分解CO2与H2O后产生新2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站分子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站过程,但不是所有被植物吸收2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子产生相同2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光合作用,需要用能量传递2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站角度理解光合作用,用“光餐"来理解光子与植物2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站关系

     

    光合有效辐射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子数量采用两种度量单位:光合光子通量(PPF),其波长范围从400到700 nm,二是产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子通量(YPF),其波长范围可以根据植物2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光合响应下确定波长范围。

     

    三、植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站参数与单位

     

    摩尔量(mol):在描述物质构成2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站基本单位如分子、离子、光量子等2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站时候,通常采用摩尔量表示,摩尔量是由6.022EXP(23)个物质2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站基本粒子构成一个基本量,单位是:摩尔(mol),在植物光合作用里光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站数量也是采用摩尔量表示,一个光子摩尔(mol)里包含有6.022EXP(23)个光子,由于在植物光合里摩尔2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站单位大,许多参数采用微摩尔表示。

     

    1 摩尔(mol) = 1000000微摩尔(umol)。

     

    1 微摩尔(umol)包含有6千万个亿2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子。

     

    PAR:光合有效辐射(Photosynthetic Active Radiation)

     

    植物用于光合作用2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站特定波长范围(400-700nm)2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站辐射称作光合有效辐射,标注单位有两种,一是用光合辐照度表示(w/m2),主要用于太阳光2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光合作用2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站广义研究,二是用光合光子通量密度PPFD表示(umol/m2s),主要用于人造光源2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站太阳光对植物光合作用2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站研究,采用每秒辐射到植物表面2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子流量2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站这个方法表示辐射源2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站辐射能力,称为PPF PAR法。(注:m2表示平方米)

     

    PAR约占太阳总辐射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站50%,需要注意2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站是,光合辐照度这个单位体现不出波长2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站影响。

     

    PPF:光合光子通量(Photosynthetic Photon Flux)

     

    是指波长在400-700nm波段里,人造光源每秒辐射出光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站微摩尔数量,单位umol/s。

     

    PPFD:光合光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density)

     

    与PPF相对应2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站是每平方米每秒光源辐射出2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站微摩尔数量,单位umol/m2s ,是密度2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站概念。

     

    PPFD是表示在一平方米范围里2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPF。

     

    PPFD是个与辐射距离相关2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站物理量,与照射距离2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站平方成反比。

     

    1 PPFD 表示每秒1微摩尔2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子数量辐射在1平方米2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站表面。

     

    1umol/m2s(PPFD)有多大呢,它表示10平方纳米里有6个光子。

     

    YPF:产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子通量(Yield Photon Flux)

     

    是指在人造光源所发出2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站波长范围里,每秒辐射出2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子微摩尔数量,单位umol/s。通常认为2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站波段是360-760nm,对于LED光源,波长范围设定为380-800nm。

     

    YPFD:产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子通量密度(Yield Photon Flux Density)

     

    与YPF相对应2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站是每平方米每秒辐射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站微摩尔数,单位umol/m2s ,是密度2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站概念。

     

    YPFD是表示在一平方米范围里2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站YPF。

     

    YPFD是个与辐射距离相关2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站物理量,与照射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站距离2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站平方成反比。

     

    YPFD更能准确2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站表达LED植物灯光质2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光量。

     

    对于红光蓝光谱,YPF=PPF,其他光谱PPF<YPF。

     

    PAR与PPFD2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站区别,PAR是个物理概念,而PPFD2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站这个物理概念2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站单位。

     

    PPFD与PPF2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站关系:PPFD是由种植工艺参数得出2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站基本量,PPF是灯具制造2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站主要参数。

     

    为了清晰了解辐射、照明、植物光合作用2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站三个概念,2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站制作了下面2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站表格。

     

    人造光源2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站辐射、照明、植物光合作用这三个概念对比表:

     

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    注:m2表示平方米

     

    四、不同光源与灯具之间定量分析参数

     

    对于不同2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站人造光源,采用下面2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站指标可以比较他们之间2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光谱参数性能,这些参数也可以比较同种光源相同光谱形态下不同厂家2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光谱参数性能,通常,这些值越大越好,但是,数值大并不意味着种植效率高,需要具备专业技能2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站专业评估。

     

    PPF/w:表示每耗电一瓦所产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPF。

     

    PPFD/w:表示每耗电一瓦所产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPFD。

     

    YPF/w:表示每耗电一瓦所产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站YPF。

     

    YPFD/w:表示每耗电一瓦所产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站YPFD。

     

    以上这些值大小与光谱形态(光质)有关,如果把这些值再除以植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站价格,那就可以比较植物灯价格高低,这些值2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站有效性需要通过第三方独立2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站专业分析才可靠。

     

    通常,农用钠灯*大到 2.2 PPF/w,LED光源,*大2.1 PPF/w

     

    五、光质、光量、光周期

     

    光质LQ(Light Quality),是在一定2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站波长范围内2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光谱形态,无单位。

     

    光量LI(Light Intensity),是表示光质所能辐射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子数量,既可以用光子流量表示,也可以用光子密度表示,单位:PPF(YPF)或者PPFD(YPFD)。

     

    光周期PP(Photo Period),表示在一个自然日内,植物灯开灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站时间总2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站,单位:小时

     

    六、植物每天需要2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站辐射量(重要概念)

     

    许多人热衷研究植物辐射2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站补偿点2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站饱2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站点来推算植物灯应该使用多大2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPFD,从补偿点到饱2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站点2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站范围较大(如下图所示),在这个范围2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站选择植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光量具有人为2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站随机性,补偿点与饱2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站点只是定性分析,量化过程一定要考虑其他环境因素,不可以机械2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站理解,用“光餐"解释植物补光可能更为恰当,在2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站种植工艺专家系统里,2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站给出2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站是植物每天每平方米合理需要2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站辐射量,这个量值关系到种植成本与种植品质,2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站这个参数是参考农业科学长期研究2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站种植工艺参数DLI,具有理论依据。

     

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    日光合量DLA(Daily light amount):指人造光源在光周期下每天每平方米2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPFD所产生2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光子2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站摩尔数量,单位:mol/m2d。

     

    由于植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光量在光周期下是恒定2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站,DLA=0.0036*PPFD*PP。PP-光周期单位:小时。

     

    DLA是种植工艺参数,植物工厂2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站植物种植所需要2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPFD就是用DLA计算出来2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站。

     

    声明:DLA由好亮固体光源研究所许东定义。

     

    日光积分量DLI(Daily light integral):指太阳光有效辐射下每天每平方米2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光合作用积分量,单位:mol/m2d。

     

    DLI在传统种植中是一个重要光合量参数,是长期农业科学研究2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站技术参数,具有普遍2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站种植指导意义,在太阳光下,由于太阳光2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光合辐照度(换算成PPFD)随时间与天气在不断变化,这个变化会出现跨度有时会在补偿点与饱2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站点之间,所以,DLI需要按照积分2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站方法计算,初步2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站计算可以用平均PPFD与有效时间(小时)进行计算。

     

    在太阳光下按照平均值方法计算2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLI,DLI=0.0036*PPFD(平均)*有效时间。有效时间单位:小时。

     

    在室外种植中,DLI参数会受到饱2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站点2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站影响,在温室大棚里,室内2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLI小于室外2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLI,温室2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLI通常也会小于DLA,DLA参数2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站创立,科学2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站提供了温室是否补光与补光量大小2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站理论依据,系统2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站建立人造光源2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLA数据库,可以提供植物工厂应用2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站基础数据体系,具有非常重要2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站意义,希望农业科研人员参与到这项工作中。

     

    DLA是植物工厂与温室补光2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站种植工艺2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站主要参数,是植物灯设计2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站主要依据,DLA可以通过实验数据或者通过DLI经过加权后初步得出,但需要实验数据修正,DLA与DLI2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站关系是:DLA<DLI,如生菜种植2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站DLI为17,DLA为9-11。

     

    七、光源功率、PPF、PPFD、安装高度2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站关系

     

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    图中右侧框是安装高度(米)。从图中可以看出,适当2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站安装高度可以降低光源功率,减少系统能耗。

     

     

    对于同一PPF2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站光源,安装高度与PPFD2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站关系是安装高度增加,PPFD以2次方2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站速率下降。

     

    八、 LED植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站极限参数

     

    植物灯光谱形态确定后,对应于这种光谱形态2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站*高YPF或PPF就可以计算出来,这对评估LED植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站应用非常重要,也是LED植物灯与其他类型2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站植物灯性能比较2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站主要方法。

     

    以辐射效率40%为例:

     

    波长445nm,PPF/w = 1.538

     

    波长660nm,PPF/w = 2.19

     

    3000k白光,YPF/w = 1.99

     

    蓝光+红粉,YPF/w = 2.133

     

    红蓝光,PPF/w = 2.12

     

    目前2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站LED封装技术批量供货2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站*高辐射效率低于40%。

     

    目前LED植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPF/w值小于2,基本上在1.6-1.8之间。

     

    目前农用钠灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站PPF/w 值2.0-2.2之间。

     

    通过以上2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站论述,2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站清晰2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站看到,植物灯2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站参数是有明确概念2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站,需要清晰了解这些参数2021欧洲杯有奖竞猜|官方网站物理定义与单位。

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