LED照明與植物工廠的概念大全及技術要點

文章來源:恒光電器

發布時間:2015-12-02

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　　LED就是的應用大體分視覺類與非視覺類，視覺類的應用有LED照明技術，非視覺類分植物光合與醫療保健，國際資訊，其中，LED植物光合應用（我們稱之為植物人工輻射源PARS）將是與LED照明技術一樣成為LED技術最大的應用市場，本文闡述植物工廠的整體概念和技術要點，論證了尖端科技融合的植物工廠的發展， led質量，展示了植物工廠作為現代農業創新科技的應用，植物工廠從根本上改變農業種植的概念，恒光電器，植物工廠標志著設施農業發展的高級階段，是最具有投資價值的新型產業。在城市內建立以生產蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國競相發展的新領域。

　　概述

　　植物工廠PF（Plant Factory）是農業種植工業化的產物，是21世紀蔬菜種植發展方向，它標志著設施農業發展的高級階段，是未來10年最具有投資價值的新型產業。在城市內建立以生產蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國競相發展的新領域。

　　植物工廠最主要的特征是打破傳統蔬菜生產模式，通過對植物光合、溫度、二氧化碳濃度、營養液等實現人工控制的高效率種植，實現訂單化生產，蔬菜的生產周期不會因為天氣等原因而改變，生產的蔬菜是真正的安全型蔬菜，水耕法（即無土培植）是植物工廠的主要手段，層架式結構是主要形式，隨著以LED技術為基礎的植物人工輻射源（PARS）的應用成本進一步降低，植物工廠將迎來發展的黃金期。

　　植物工廠成為投資熱點的主要原因是：

　　1)  種植環境惡化，食品安全，醫療費用增加等對蔬菜的安全性要求增加。

　　2) 全球氣候變遷的不確定性增加，水資源減少與土地沙漠化使得傳統農業遇到困境。

　　3) 城市化進程帶來的城市人口增加，蔬菜供應增大，而土地資源卻不斷減少。

　　4) 傳統農業生產引發的環境負擔不斷增加。

　　5) 城市蔬菜供給的物流成本增加，城市蔬菜價格上升，提供了產品盈利空間。

　　6) 為追求產量而在蔬菜種植中使用農藥和防蟲劑，蔬菜污染憂慮增加。

　　7) 土地的重金屬污染與澆灌用水的工業污染問題突出。

　　8) 太陽能與風能等清潔能源的應用規模不斷擴大，工程照明，地熱應用技術也逐步應用。

　　9）LED技術的應用成本下降，多波段光質應用。

　　植物工廠定義

　　植物工廠的定義：植物工廠是一個采用人工種植環境，實現全年固定周期量產，實現循環訂單化生產，穩定地提供無公害蔬菜的封閉的清潔生產環境。在這個環境里，植物的光合作用（光質，光量，照明方案，光周期）、溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養液成分、生產過程等都可以得到計算機與傳感器的有效控制，是以科學為基礎且獨立于經驗和直覺的新型農業生產。

　　植物工廠的優點：

　　1) 產品是按照訂單生產，生產周期與產量可以穩定。

　　2) 采用植物人工輻射源與溫度控制系統，不受地區氣候條件的影響。

　　3) 封閉的立體化種植，節省土地資源和防止污染。

　　4) 生產周期短，全年產量高，年產量是露天種植的4到8倍。

　　5) 可以做到真正的無公害安全蔬菜。

　　6) 生產人員按照程序規范生產，ROSH認證，無需專業技術。

　　7) 工廠設置在城市內的購物區或者工業園區，減少供應物流成本。

　　植物工廠分類：

　　1) 按照光合作用分為兩類：完全人工輻射方式和太陽與人工輻射互補方式。

　　2) 按照種植結構又分為平面種植和立體種植。

　　3) 按照種植方式分為土耕，水耕，霧耕。

　　4) 按照種植規模分為小型植物工廠（小于800平方米），大型植物工廠（大于1000平方米）。

　　大部分的植物工廠采用的是立體種植的水耕法。

　　植物工廠與人造光源

　　植物工廠與人造光源的技術發展緊密聯系，植物工廠的概念是在人造光源的基礎上發展而來的，最早利用人造光源進行的種植是在溫室進行，其理論依據是植物光合作用的研究成果，在太陽光的可見光范圍內（波長范圍：380nm-735nm）太陽光與人造光源的物理原理相同，只是兩者的光譜形狀不同，人造光源可以完全替代太陽光實現植物室內種植。白熾燈、HID、熒光燈等人造光源已經在溫室種植得到了廣泛的應用，不同的人造光源在植物種植的區別是對電能的利用效率不同，提高電能利用效率直接導致種植成本的下降，然而，這些早期的人造光源在植物光合作用的吸收光譜方面卻無法有效的調節，植物的吸收率低，對電能的利用效率無法進一步提高。

　　人類的技術進步總是伴隨著能源利用效率的提高而發展，上個世紀九十年代初，發藍色光的LED（發光二級管）芯片制造技術實現量產，建筑照明，LED照明得到迅猛的發展，LED光源引發人造光源的變革，成為照明產業的主要光源，LED照明成為新一代光源的最主要特征是節能與環保， LED技術的發展對于農業種植的人造光源也帶來新的進步，LED技術不但在電能利用效率提高，而且，在植物光合作用的吸收光譜控制方面也是其他光源無法比擬的，車間照明，LED技術也就成為植物種植過程中的最佳選擇。

　　我們這個星球最為神奇的現象是植物創造的，植物是地球上唯一可以把太陽可見光部分的輻射能轉化為有機物的生物，如果沒有植物的光合作用，CCC認證，地球上就不會有動物和人類，植物的光合作用是依靠有機物生存的其他生命的基礎。植物光合作用的研究表明，植物對太陽光不同波長的吸收是不同的，植物的光合作用主要依靠藍光與紅光這兩部分進行，用人造光源代替太陽光時，產業資訊，最佳的人造光源是可以按照植物的吸收光譜配置，目前，只有LED可以做到這一點，因為LED光源本身只能發出單一波長的光，LED光源發光波長在380nm到735nm范圍內可以人為的控制，而其他光源幾乎無法做到。所以，LED作為植物光合作用的人造光源是最有效的和最節能的。采用LED技術對植物光合作用的光質、光量、光周期的控制性能優于其他人造光源。

　　植物工廠的核心技術

　　1）、植物的光合作用實質上是對太陽輻射的光子的生物化學反應，植物的光合作用是由太陽輻射的光子產生的，所以，我們把用于種植的人造光源稱為植物人工輻射源（Plant Artificial radiation sources）簡稱PARS，如果用“照明”概念下的流明、照度等參數標定植物的光合作用會導致應用錯誤，LED植物人工輻射源波長范圍在太陽輻射范圍內，對植物與人的身體是安全的。

　　2）、溫度與濕度的控制在植物工廠里也起到關鍵作用，植物工廠要實現生產周期最小化且供貨周期固定的生產模式，戶外照明，生產環境的溫度與濕度的控制可以保證植物在最佳溫度環境的快速生長，在植物工廠里溫度控制也是衡量植物工廠能耗的主要指標。

　　3）、植物工廠一般采用水培或者霧培的種植方式，3c認證，這兩種方式的基質是營養液，對營養液的成分指標的自動化控制也是保證植物工廠最小周期生產的主要手段，車間照明，營養液自動化控制主要包括：液溫、EC、ph、溶氧以及營養液成分的補充、營養液的循環處理。

　　4）、植物的光合作用吸收二氧化碳，釋放出氧氣，植物生長環境的二氧化碳濃度控制也是保證植物快速生長的條件之一，在植物工廠的環境控制系統中，都設置有二氧化碳濃度控制裝置，同時，植物光合作用產生的氧氣也需要采用過濾通風設備排出。空氣過濾裝置也有效防止病菌的侵入，在植物工廠里，農作物幾乎沒有病蟲害的襲擾。

　　5）、植物工廠的數據檢測與傳輸采用無線網絡，環境檢測、營養液檢測等數據需要網絡技術支持，植物工廠的網絡特點是距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸，是典型的周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據的傳輸應用，各種傳感器與控制器大多采用控制簡單、距離短、功耗小、低速率的雙向無線通訊技術。

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