Jak diody LED są zaprojektowane i działają. Biała dioda LED Źródła zagrożeń dla zdrowia

Urządzenia półprzewodnikowe emitujące światło są szeroko stosowane do obsługi systemów oświetleniowych i jako wskaźniki. prąd elektryczny. Odnoszą się do urządzeń elektronicznych, które działają pod wpływem przyłożonego napięcia.

Ponieważ jego wielkość jest niewielka, źródła takie należą do urządzeń niskonapięciowych i mają podwyższony stopień bezpieczeństwa pod względem wpływu prądu elektrycznego na organizm ludzki. Ryzyko obrażeń wzrasta, gdy do ich oświetlenia wykorzystywane są źródła wysokiego napięcia, np. domowa sieć domowa, które wymagają włączenia w obwód specjalnych zasilaczy.

Charakterystyczną cechą konstrukcji LED jest wyższa wytrzymałość mechaniczna obudowy niż w przypadku świetlówek Ilyich i świetlówek. Prawidłowo użytkowane działają długo i niezawodnie. Ich żywotność jest 100 razy większa niż żarówek i sięga stu tysięcy godzin.

Wskaźnik ten jest jednak typowy dla struktur wskaźnikowych. Mocne źródła światła zużywają zwiększone prądy, a ich żywotność zmniejsza się 2–5 razy.

Konwencjonalny wskaźnik LED wykonany jest w obudowie epoksydowej o średnicy 5 mm i dwóch przewodach stykowych do podłączenia do obwodów prądu elektrycznego: . Wizualnie różnią się długością. Nowe urządzenie bez przeciętych styków ma krótszą katodę.

Prosta zasada pomaga zapamiętać tę pozycję: oba słowa zaczynają się na literę „K”:

Po odcięciu nóżek diody LED anodę można określić, przykładając do styków napięcie 1,5 V z prostej baterii AA: światło pojawia się, gdy polaryzacja jest zgodna.

Emitujący światło aktywny monokryształ półprzewodnikowy ma kształt prostokątnego równoległościanu. Umieszczono go w pobliżu odbłyśnika o kształcie parabolicznym wykonanym ze stopu aluminium i zamontowano na podłożu o właściwościach nieprzewodzących.

Na końcu lekkiego, przezroczystego korpusu wykonanego z materiałów polimerowych znajduje się soczewka skupiająca promienie świetlne. Razem z odbłyśnikiem tworzy układ optyczny kształtujący kąt strumienia promieniowania. Charakteryzuje się kierunkowym wzorem diody LED.

Charakteryzuje się odchyleniem światła od osi geometrycznej całej konstrukcji na boki, co prowadzi do zwiększonego rozproszenia. Zjawisko to występuje w wyniku pojawienia się drobnych naruszeń technologii podczas produkcji, a także starzenia się materiałów optycznych podczas pracy i niektórych innych czynników.

W dolnej części obudowy może znajdować się aluminiowy lub mosiężny pasek, który służy jako grzejnik do usuwania ciepła wytwarzanego przez przepływ prądu elektrycznego.

Ta zasada projektowania jest powszechnie akceptowana. Na jego bazie tworzone są kolejne półprzewodnikowe źródła światła, wykorzystujące inne formy elementów konstrukcyjnych.

Zasady emisji światła

Złącze p-n półprzewodnika jest podłączone do źródła Napięcie stałe zgodnie z polaryzacją zacisków.

Wewnątrz warstwy kontaktowej substancji typu p i n pod jej wpływem rozpoczyna się ruch swobodnych, ujemnie naładowanych elektronów i dziur, które mają znak ładunku dodatniego. Cząsteczki te kierowane są w stronę biegunów, które je przyciągają.

W warstwie przejściowej ładunki ulegają rekombinacji. Elektrony przechodzą z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, pokonując poziom Fermiego.

Z tego powodu część ich energii jest uwalniana wraz z uwalnianiem fal świetlnych o różnym widmie i jasności. Częstotliwość fal i oddawanie barw zależą od rodzaju mieszanych materiałów, z których jest wykonany.

Aby emitować światło wewnątrz aktywnej strefy półprzewodnika, muszą być spełnione dwa warunki:

1. Szerokość pasma wzbronionego w obszarze aktywnym powinna być zbliżona do energii emitowanych kwantów w zakresie częstotliwości widzialnych dla ludzkiego oka;

2. Należy zadbać o to, aby czystość półprzewodnikowych materiałów krystalicznych była wysoka, a liczba defektów wpływających na proces rekombinacji była jak najmniejsza.

Ten złożony problem techniczny można rozwiązać na kilka sposobów. Jednym z nich jest tworzenie wielu warstw złącza p-n kiedy tworzy się złożona heterostruktura.

Wpływ temperatury

Wraz ze wzrostem poziomu napięcia źródła wzrasta prąd płynący przez warstwę półprzewodnika i zwiększa się blask: większa liczba ładunków dostaje się do strefy rekombinacji w jednostce czasu. Jednocześnie następuje nagrzewanie elementów przewodzących prąd. Jego wartość jest krytyczna dla materiału wewnętrznych prowadnic prądowych i substancji złącza p-n. Nadmierna temperatura może je uszkodzić i zniszczyć.

Wewnątrz diod LED energia prądu elektrycznego zamieniana jest bezpośrednio na światło, bez zbędnych procesów: w przeciwieństwie do lamp z żarnikami. W takim przypadku powstają minimalne straty mocy użytecznej z powodu niskiego nagrzewania elementów przewodzących.

Dzięki temu tworzona jest wysoka sprawność tych źródeł. Można je jednak stosować tylko wtedy, gdy sama konstrukcja jest chroniona i zablokowana przed ciepłem zewnętrznym.

Funkcje efektów świetlnych

Kiedy dziury i elektrony łączą się ponownie w różnych składach substancji na złączu p-n, powstaje nierówna emisja światła. Zwykle charakteryzuje się go parametrem wydajności kwantowej – liczbą izolowanych kwantów światła dla pojedynczej, rekombinowanej pary ładunków.

Powstaje i występuje na dwóch poziomach diody LED:

1. wewnątrz samego złącza półprzewodnikowego - wewnętrzne;

2. w projekcie całej diody LED jako całości - zewnętrznej.

Na pierwszym poziomie wydajność kwantowa poprawnie wykonanych monokryształów może osiągnąć wartość bliską 100%. Aby jednak zapewnić ten wskaźnik, konieczne jest wytworzenie dużych prądów i silne odprowadzanie ciepła.

Wewnątrz samego źródła na drugim poziomie część światła jest rozpraszana i pochłaniana przez elementy konstrukcyjne, co zmniejsza ogólną wydajność promieniowania. Maksymalna wartość wydajności kwantowej jest tutaj znacznie niższa. Dla diod LED emitujących widmo czerwone sięga nie więcej niż 55%, a dla diod niebieskich maleje jeszcze bardziej - do 35%.

Rodzaje barwnej transmisji światła

Nowoczesne diody LED emitują:

• Białe światło.

Widmo żółto-zielone, żółte i czerwone

Złącze p-n oparte jest na fosforkach i arsenkach galu. Technologię tę wdrożono pod koniec lat 60-tych do wskaźników urządzeń elektronicznych i paneli sterowania sprzętu transportowego oraz billboardów.

Pod względem strumienia świetlnego takie urządzenia natychmiast przewyższyły główne źródła światła tamtych czasów - żarówki - i przekroczyły je pod względem niezawodności, żywotności i bezpieczeństwa.

Niebieskie widmo

Emitery widma niebieskiego, niebiesko-zielonego, a zwłaszcza białego, od dawna oporne są na praktyczne wdrożenie ze względu na trudności w kompleksowym rozwiązaniu dwóch problemów technicznych:

1. ograniczona wielkość pasma wzbronionego, w którym zachodzi rekombinacja;

2. wysokie wymagania dotyczące zawartości zanieczyszczeń.

Na każdym etapie zwiększania jasności widma niebieskiego wymagane było zwiększenie energii kwantów poprzez zwiększenie szerokości pasma wzbronionego.

Problem rozwiązano poprzez dodanie węglików krzemu SiC lub azotków do substancji półprzewodnikowej. Jednak opracowania pierwszej grupy okazały się mieć zbyt niską wydajność i niską wydajność emisji kwantowej dla jednej rekombinowanej pary ładunków.

Włączenie stałych roztworów na bazie selenku cynku do przejścia półprzewodnikowego pomogło zwiększyć wydajność kwantową. Ale takie diody LED miały zwiększony opór elektryczny na złączu. Z tego powodu przegrzały się i szybko wypaliły, a złożone struktury odprowadzające ciepło dla nich nie działały skutecznie.

Po raz pierwszy stworzono diodę elektroluminescencyjną przy użyciu cienkich warstw azotku galu osadzonych na szafirowym podłożu.

Białe widmo

Aby go uzyskać, wykorzystuje się jedną z trzech opracowanych technologii:

1. mieszanie kolorów metodą RGB;

2. nałożenie trzech warstw czerwonego, zielonego i niebieskiego luminoforu na ultrafioletową diodę LED;

3. pokrycie niebieskiej diody LED warstwami żółto-zielonego i zielono-czerwonego luminoforu.

W pierwszej metodzie na jednej matrycy umieszcza się trzy monokryształy, z których każdy emituje własne widmo RGB. Ze względu na konstrukcję układu optycznego opartego na soczewkach, kolory te są mieszane w celu uzyskania całkowitego białego odcienia.

W alternatywnej metodzie mieszanie kolorów następuje w wyniku sekwencyjnego naświetlania trzech składowych warstw luminoforu promieniowaniem ultrafioletowym.

Cechy technologii białego widma

Technika RGB

To pozwala:

stosować różne kombinacje monokryształów w algorytmie sterowania oświetleniem, łącząc je jeden po drugim ręcznie lub za pomocą zautomatyzowanego programu;

powodować różne odcienie kolorów, które zmieniają się w czasie;

tworzyć spektakularne systemy oświetleniowe do reklam.

Prostym przykładem takiej implementacji jest . Podobne algorytmy są również szeroko stosowane przez projektantów.

Wadami konstrukcji LED RGB są:

nierówny kolor plamki świetlnej w środku i na krawędziach;

nierównomierne nagrzewanie i odprowadzanie ciepła z powierzchni matrycy, co prowadzi do różnej szybkości starzenia złącz p-n, wpływając na balans kolorów, zmieniając ogólną jakość widma bieli.

Wady te wynikają z odmiennego ułożenia monokryształów na powierzchni podłoża. Trudno je wyeliminować i skonfigurować. Dzięki tej technologii RGB modele należą do najbardziej złożonych i kosztownych projektów.

Diody LED z fosforem

Są prostsze w konstrukcji, tańsze w produkcji i bardziej ekonomiczne w przeliczeniu na jednostkę strumienia świetlnego.

Charakteryzują się wadami:

w warstwie luminoforu występują straty energii świetlnej, które zmniejszają strumień świetlny;

złożoność technologii nakładania jednolitej warstwy luminoforu wpływa na jakość temperatury barwowej;

Fosfor ma krótszą żywotność niż sama dioda LED i szybciej się starzeje podczas pracy.

Cechy diod LED o różnych konstrukcjach

Modele z produktami fosforowymi i RGB tworzone są z myślą o różnorodnych zastosowaniach przemysłowych i domowych.

Metody jedzenia

Wskaźnik LED z pierwszej masowej produkcji zużywał około 15 mA przy zasilaniu z napięcia stałego nieco poniżej dwóch woltów. Nowoczesne produkty mają zwiększoną charakterystykę: do czterech woltów i 50 mA.

Diody LED do oświetlenia zasilane są tym samym napięciem, ale zużywają kilkaset miliamperów. Producenci obecnie aktywnie opracowują i projektują urządzenia do 1 A.

W celu zwiększenia wydajności strumienia świetlnego tworzone są moduły LED, które mogą wykorzystywać napięcie sekwencyjne do każdego elementu. W tym przypadku jego wartość wzrasta do 12 lub 24 woltów.

Przy podłączaniu napięcia do diody LED należy zwrócić uwagę na polaryzację. Kiedy zostanie uszkodzony, prąd nie przepływa i nie będzie blasku. Jeśli używany jest przemienny sygnał sinusoidalny, świecenie następuje tylko wtedy, gdy przechodzi dodatnia półfala. Co więcej, jego siła zmienia się również proporcjonalnie zgodnie z prawem pojawiania się odpowiedniej wartości prądu w kierunku biegunowym.

Należy wziąć pod uwagę, że przy napięciu wstecznym możliwe jest uszkodzenie złącza półprzewodnikowego. Występuje po przekroczeniu 5 woltów na pojedynczym krysztale.

Metody kontroli

Aby dostosować jasność emitowanego światła, stosuje się jeden z dwóch sposobów sterowania:

1. wielkość podłączonego napięcia;

Pierwsza metoda jest prosta, ale nieskuteczna. Gdy poziom napięcia spadnie poniżej pewnego progu, dioda LED może po prostu zgasnąć.

Metoda PWM eliminuje to zjawisko, jest jednak znacznie bardziej skomplikowana pod względem technicznym. Prąd przepływający przez złącze półprzewodnikowe monokryształu dostarczany jest nie w postaci stałej, ale w pulsacyjnej wysokiej częstotliwości o wartości od kilkuset do tysiąca herców.

Zmieniając szerokość impulsów i przerw między nimi (proces ten nazywa się modulacją), można regulować jasność świecenia w szerokim zakresie. Tworzenie tych prądów przez monokryształy odbywa się za pomocą specjalnych programowalnych jednostek sterujących ze złożonymi algorytmami.

Spektrum emisji

Częstotliwość promieniowania wychodzącego z diody LED mieści się w bardzo wąskim obszarze. Nazywa się to monochromatycznym. Różni się radykalnie od widma fal emitowanych przez Słońce lub żarowe włókna konwencjonalnych lamp oświetleniowych.

Istnieje wiele dyskusji na temat wpływu takiego oświetlenia na ludzkie oko. Jednak skutki poważne analizy naukowe Nie jesteśmy świadomi tego problemu.

Produkcja

Do produkcji diod LED wykorzystuje się wyłącznie linię automatyczną, w której zrobotyzowane maszyny pracują w oparciu o wcześniej zaprojektowaną technologię.

Fizyczna praca fizyczna człowieka jest całkowicie wykluczona z procesu produkcyjnego.

Przeszkoleni specjaliści monitorują jedynie prawidłowy przepływ technologii.

Do ich obowiązków należy również analiza jakości produktów.

Wstęp

Efektywność

Skuteczność świetlna, mierzona w lumenach na wat (lm/W, lm/W) to wartość używana do określenia efektywności przetwarzania energii (w naszym przypadku elektrycznej) na światło. Tradycyjne żarówki działają w zakresie 10-15 lm/W. Kilka lat temu standardowa wartość wydajności diod LED wynosiła około 30 lm/W. Jednak do 2006 roku wydajność białych diod LED wzrosła ponad dwukrotnie: jeden z wiodących producentów, firma Cree, była w stanie wykazać 70 lm/W w prototypach, co stanowiło 43-procentowy wzrost w stosunku do maksymalnego strumienia świetlnego produkowanych przez nich białych diod LED. W grudniu 2006 roku Nichia wprowadziła na rynek nowe białe diody LED o osiągniętej skuteczności świetlnej 150 lm/W. Próbki te wykazały w warunkach laboratoryjnych strumień świetlny 9,4 lm przy temperaturze barwowej 4600 K przy natężeniu prądu 20 mA. Deklarowana skuteczność jest około 11,5 razy większa niż w przypadku żarówek (13 lm/W), 1,7 razy większa niż w przypadku nowoczesnych świetlówek (90 lm/W). Ponadto przekroczono wskaźnik wysokoprężnych lamp sodowych (132 lumenów/wat), które są najbardziej wydajnym źródłem światła wśród tradycyjnych lamp.

Zalety

Światło półprzewodnikowe (SSL) wciąż nie jest dobrze znane, pomimo różnych sposobów jego wytwarzania i wdrażania za pomocą diod LED. Większość firm i projektantów zna jedynie tradycyjne analogowe białe oświetlenie, nie oceniając w rzeczywistości korzystnych i użytecznych alternatyw, jakie zapewniają diody LED. Oprócz łatwo przewidywalnych korzyści, jakie można uzyskać z półprzewodnikowego oświetlenia LED (oszczędność energii, długa żywotność itp.), należy zwrócić uwagę na następujące specyficzne cechy diod LED jako nowych źródeł światła białego:

• niska emisja ciepła i niskie napięcie zasilania (gwarantuje wysoki poziom bezpieczeństwa);
• brak szklanej bańki (decyduje o bardzo dużej wytrzymałości mechanicznej i niezawodności);
• brak nagrzewania lub wysokie napięcia rozruchowe po włączeniu;
• włączanie/wyłączanie bez bezwładności (reakcja< 100 нс);
• nie jest wymagana przetwornica DC/AC;
• absolutna kontrola (regulacja jasności i koloru w pełnym zakresie dynamiki);
• pełne widmo emitowanego światła (ewentualnie widmo specjalistyczne);
• wbudowany rozsył światła;
• zwartość i łatwość instalacji;
• brak ultrafioletu i innego promieniowania szkodliwego dla zdrowia;
• Nie stosuje się żadnych substancji niebezpiecznych, takich jak rtęć.

Jak uzyskać białe światło za pomocą diod LED?

Czerń to brak wszystkich kolorów. Kiedy nałoży się na siebie światło ze wszystkich części spektrum kolorów (tzn. występują wszystkie kolory), połączona mieszanina wydaje się biała. Jest to tak zwane polichromatyczne światło białe. Podstawowe kolory, z których można uzyskać wszystkie odcienie, to czerwony, zielony i niebieski (RGB). Kolory wtórne, zwane także kolorami dopełniającymi: liliowy (mieszanka czerwieni i błękitu); niebieski (mieszanka zieleni i błękitu); i żółty (mieszanka czerwieni i zieleni). Każdy kolor uzupełniający i przeciwny kolor podstawowy również składają się na światło białe (żółty i niebieski, cyjan i czerwony, liliowy i zielony).

Istnieją różne sposoby wytwarzania białego światła z diod LED.

Pierwszym z nich jest mieszanie kolorów z wykorzystaniem technologii RGB. Czerwone, niebieskie i zielone diody LED są gęsto umieszczone na jednej matrycy, której promieniowanie jest mieszane za pomocą układu optycznego, takiego jak soczewka. Rezultatem jest białe światło. Inne, mniej powszechne podejście polega na mieszaniu głównych i wtórnych kolorów diod LED w celu wytworzenia białego światła.

W drugiej metodzie na niebieską diodę LED nakłada się żółty (lub zielony i czerwony) luminofor, co powoduje zmieszanie dwóch lub trzech emisji, tworząc białe lub prawie białe światło.

Trzecia metoda polega na nałożeniu trzech luminoforów na powierzchnię diody LED emitującej światło w zakresie ultrafioletu, odpowiednio niebieskie, zielone i czerwone. Przypomina to świecenie świetlówki.

Czwarty sposób wytwarzania światła białego za pomocą diod LED opiera się na zastosowaniu półprzewodnika ZnSe. Struktura to niebieska dioda LED ZnSe „wyhodowana” na podłożu ZnSe. Aktywny obszar przewodnika emituje światło niebieskie, a podłoże emituje światło żółte.

Typ kryształu			Fosfor	Kolor emisji i możliwe odcienie	Obszary zastosowań
Niebieski i zielony				Biały + R, G, B i dowolne kombinacje wielokolorowe	Podświetlenie LCD, architektura, krajobraz, tablice wyników i wyświetlacze
				Biały + B, Y i różne odcienie wielokolorowe
Niebieski zielony	Czerwony lub czerwono-pomarańczowy			Biały + B, R i różne odcienie wielokolorowe	Oświetlenie samochodowe, architektura, krajobraz
Niebieski 470-450 nm				Tylko biały	Oświetlenie ogólne i podświetlenie
UV				Kolor biały lub różne monochromatyczne w zależności od użytego fosforu	Oświetlenie ogólne i podświetlenie
		Niebiesko-żółty		Biały + niebieski z warstwy epitaksjalnej, żółty z podłoża	Oświetlenie ogólne i podświetlenie

Która metoda jest lepsza?

Każdy z nich ma swoje zalety i wady. Technologia mieszania kolorów w zasadzie pozwala nie tylko uzyskać biel, ale także poruszać się po palecie kolorów w miarę zmiany prądu przepływającego przez różne diody LED. Procesem tym można sterować ręcznie lub za pomocą specjalnego programu. W ten sam sposób możliwe jest uzyskanie różnych temperatur barwowych. Dlatego matryce RGB znajdują szerokie zastosowanie w systemach oświetlenia dynamicznego. Dodatkowo duża ilość diod LED w matrycy zapewnia wysoki całkowity strumień świetlny oraz duże osiowe natężenie światła. Jednak plamka świetlna, ze względu na aberracje układu optycznego, ma inny kolor w środku i na brzegach, a co najważniejsze, na skutek nierównomiernego odprowadzania ciepła z brzegów matrycy i od jej środka, diody LED nagrzewają się inaczej i odpowiednio ich kolor zmienia się w różny sposób podczas procesu starzenia, całkowita temperatura barwowa i kolor „unoszą się” podczas użytkowania. Zrekompensowanie tego nieprzyjemnego zjawiska jest dość trudne i kosztowne.

Białe diody LED z luminoforami (diody LED konwertowane na fosfor) są znacznie tańsze od matryc LED RGB (w przeliczeniu na jednostkę strumienia świetlnego) i zapewniają dobrą białą barwę. I dla nich w zasadzie nie jest problemem dotarcie do punktu o współrzędnych (X = 0,33, Y = 0,33) na diagramie kolorów CIE. Wady są następujące: po pierwsze, mają mniejszą moc świetlną niż matryce RGB ze względu na konwersję światła w warstwie luminoforu; po drugie, dość trudno jest dokładnie kontrolować równomierność nanoszenia fosforu proces technologiczny(w rezultacie temperatura barwowa nie jest kontrolowana); i po trzecie, luminofor również się starzeje i to szybciej niż sama dioda LED.

Białe diody ZnSe mają kilka zalet. Pracują przy napięciu 2,7 V i są bardzo odporne na wyładowania statyczne. Diody ZnSe mogą emitować światło w znacznie szerszym zakresie temperatur barwowych niż urządzenia oparte na GaN (3500-8500K w porównaniu do 6000-8500K). Pozwala to na tworzenie urządzeń o „cieplejszym” blasku, który jest preferowany przez Amerykanów i Europejczyków. Istnieją również wady: chociaż emitery na bazie ZnSe charakteryzują się wysoką wydajnością kwantową, są krótkotrwałe, mają wysoką rezystancję elektryczną i nie znalazły jeszcze zastosowania komercyjnego.

Aplikacja

Kolorowa temperatura

Rozważmy widmo emisji białej diody LED z luminoforem jako źródłem światła polichromatycznego. Białe diody LED pozwalają na wybór spośród szerokiej gamy barw od ciepłej do ciepłej białyżarówek, aby „schłodzić” biel świetlówek, w zależności od zastosowania.

Ten wykres pokazuje pełny zakres bieli, od cieplejszego obszaru 2800 K do chłodnego niebieskawo-białego obszaru o temperaturze 9000 K. Wiele odcieni bieli jest już określonych przez różne źródła światła używane w otaczającym nas środowisku: biuro, chłodny niebieskawy -białe światło ze świetlówek; domowe, żółtawo-białe światło z żarówek; industrialne, jaskrawe niebiesko-białe światło lamp rtęciowych; żółto-białe światło z zewnętrznych wysokoprężnych lamp sodowych.

Intensywność fotosyntezy w świetle czerwonym jest maksymalna, ale pod wpływem samego światła czerwonego rośliny umierają lub ich rozwój zostaje zakłócony. Na przykład koreańscy badacze wykazali, że oświetlona czystą czerwienią masa uprawianej sałaty jest większa niż przy oświetleniu kombinacją czerwieni i błękitu, ale liście zawierają znacznie mniej chlorofilu, polifenoli i przeciwutleniaczy. Wydział Biologii Uniwersytetu Moskiewskiego ustalił, że w liściach kapusty pekińskiej w wąskopasmowym świetle czerwonym i niebieskim (w porównaniu do oświetlenia lampą sodową) synteza cukrów jest zmniejszona, wzrost jest zahamowany, a kwitnienie nie zdarzać się.

Ryż. 1 Leannę Garfield Tech Insider – Farmy lotnicze

Jakie oświetlenie jest potrzebne, aby uzyskać w pełni rozwiniętą, dużą, pachnącą i smaczną roślinę przy umiarkowanym zużyciu energii?

Jak ocenić efektywność energetyczną lampy?

Podstawowe wskaźniki oceny efektywności energetycznej fitolightu:

• Fotosyntetyczny strumień fotonów (PPF), w mikromolach na dżul, czyli w liczbie kwantów światła z zakresu 400–700 nm emitowanych przez lampę pobierającą 1 J energii elektrycznej.
• Uzyskaj strumień fotonów (YPF), w efektywnych mikromolach na dżul, tj. w liczbie kwantów na 1 J energii elektrycznej, biorąc pod uwagę mnożnik - krzywa McCree.

PPF zawsze okazuje się nieco wyższa niż YPF(krzywa McCree znormalizowany do jedności, a w większości zakresu poniżej jedności), zatem pierwsza metryka jest korzystna dla sprzedawców lamp. Drugi miernik jest bardziej opłacalny dla nabywców, ponieważ lepiej ocenia efektywność energetyczną.

Wydajność DNAT

Duże przedsiębiorstwa rolne z dużym doświadczeniem i liczące pieniądze nadal korzystają z lamp sodowych. Tak, chętnie zgadzają się na powieszenie dostarczonych im lamp LED nad łóżkami doświadczalnymi, ale nie zgadzają się za nie płacić.

Z ryc. 2 pokazuje, że wydajność lampy sodowej w dużym stopniu zależy od mocy i osiąga maksimum przy 600 W. Charakterystyczna wartość optymistyczna YPF dla lampy sodowej 600–1000 W wynosi 1,5 eff. µmol/J. Lampy sodowe o mocy 70–150 W są półtorakrotnie mniej wydajne.

Ryż. 2. Typowe widmo lampy sodowej dla roślin (lewy). Wydajność w lumenach na wat i w efektywnych mikromolach komercyjnych marek lamp sodowych do szklarni Cavita, E-Papillon, „Galad” i „Reflex” (po prawej)

Dowolna lampa LED o wydajności 1,5 eff. µmol/W i przystępną cenę, można uznać za godny zamiennik lampy sodowej.

Wątpliwa skuteczność czerwono-niebieskich fitolightów

W artykule nie prezentujemy widm absorpcyjnych chlorofilu, gdyż niewłaściwe jest odwoływanie się do nich w dyskusji na temat wykorzystania strumienia świetlnego przez żywą roślinę. Chlorofil zaproszenie izolowane i oczyszczone, tak naprawdę pochłania tylko światło czerwone i niebieskie. W żywej komórce pigmenty pochłaniają światło w całym zakresie 400–700 nm i przekazują jego energię chlorofilowi. Efektywność energetyczną światła w arkuszu określa krzywa „ McCree 1972„(ryc. 3).

Ryż. 3. V(λ) - krzywa widzialności dla człowieka; RQE- względna wydajność kwantowa instalacji ( McCree 1972); σ R I σ ks- krzywe absorpcji światła czerwonego i dalekiego czerwonego przez fitochrom; B(λ) - skuteczność fototropowa światła niebieskiego

Uwaga: maksymalna wydajność w zakresie czerwonym jest półtora razy większa niż minimalna wydajność w zakresie zielonym. A jeśli uśrednisz wydajność w dość szerokim paśmie, różnica stanie się jeszcze mniej zauważalna. W praktyce redystrybucja części energii z zakresu czerwonego do zielonego czasami wręcz przeciwnie, wzmacnia funkcję energetyczną światła. Zielone światło przechodzi przez grubość liści do niższych poziomów, efektywna powierzchnia liści rośliny gwałtownie wzrasta, a plony na przykład sałaty wzrastają.

Oświetlenie roślin białymi diodami LED

W pracy zbadano wykonalność energetyczną oświetlenia roślin za pomocą zwykłych lamp LED o białym świetle.

Charakterystyczny kształt widma białej diody LED wyznaczany jest przez:

• równowaga fal krótkich i długich w powiązaniu z temperaturą barwową (ryc. 4, po lewej);
• stopień zajętości widma, który koreluje z oddawaniem barw (ryc. 4, po prawej).

Ryż. 4. Widma bieli dioda LED z tym samym oddawaniem barw, ale inną temperaturą barwową CCT (lewy) przy tej samej temperaturze barwowej i różnym oddawania barw Ra (po prawej)

Różnice w spektrum białych diod o tym samym oddawaniu barw i tej samej temperaturze barwowej są subtelne. W związku z tym możemy ocenić parametry zależne od widma jedynie na podstawie temperatury barwowej, oddawania barw i skuteczności świetlnej – parametrów zapisanych na etykiecie konwencjonalnej lampy światła białego.

Wyniki analizy widm szeregowych białych diod LED są następujące:

1. W widmie wszystkich białych diod LED, nawet przy niskiej temperaturze barwowej i maksymalnym oddawania barw, jak w przypadku lamp sodowych, bardzo mało jest dalekiej czerwieni (ryc. 5).

Ryż. 5. Spektrum białej diody LED ( PROWADZONY 4000K Ra= 90) i światło sodowe ( HPS) w porównaniu z funkcjami widmowymi wrażliwości roślin na błękit ( B), czerwony ( A_r) i dalekie czerwone światło ( A_fr)

W naturalnych warunkach roślina zacieniona przez baldachim obcych liści otrzymuje bardziej odległą czerwień niż bliską czerwieni, co u roślin światłolubnych wywołuje „syndrom unikania cienia” - roślina rozciąga się w górę. Na przykład pomidory w fazie wzrostu (nie sadzonki!) potrzebują głębokiej czerwieni, aby się rozciągnąć, zwiększyć wzrost i całkowitą zajmowaną powierzchnię, a tym samym plony w przyszłości.

W związku z tym pod białymi diodami LED i światłem sodowym roślina czuje się jak pod otwartym słońcem i nie rozciąga się w górę.

2. Do reakcji „śledzenia słońca” potrzebne jest światło niebieskie (ryc. 6).

Ryż. 6. Fototropizm - obracanie liści i kwiatów, rozciąganie łodyg w kierunku niebieskiej składowej światła białego (ilustracja z Wikipedii)

Jeden wat białego światła LED zawiera dwa razy więcej fitoaktywnego składnika niebieskiego niż jeden wat światła sodowego. Ponadto udział fitoaktywnego błękitu w świetle białym wzrasta proporcjonalnie do temperatury barwowej. Jeśli np. trzeba zwrócić kwiaty ozdobne w stronę ludzi, należy je oświetlić od tej strony intensywnym, zimnym światłem, a rośliny się odwrócą.

3. wartość energetycznaświatło określa się na podstawie temperatury barwowej i oddawania barw i można je określić z dokładnością do 5% za pomocą wzoru:

gdzie to skuteczność świetlna w lm/W, to ogólny wskaźnik oddawania barw, to skorelowana temperatura barwowa w Kelwinach.

Przykłady użycia tej formuły:

A. Oszacujmy dla podstawowych wartości parametrów światła białego, jakie powinno być oświetlenie, aby przy danym oddawaniu barw i temperaturze barwowej zapewnić np. 300 eff. µmol/s/m2:

Można zauważyć, że zastosowanie ciepłego, białego światła o wysokim współczynniku oddawania barw pozwala na zastosowanie nieco niższych poziomów oświetlenia. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę, że skuteczność świetlna diod LED o ciepłym świetle i wysokim współczynniku oddawania barw jest nieco niższa, staje się jasne, że przy wyborze temperatury barwowej i oddawania barw nie ma żadnych znaczących energetycznie korzyści ani strat. Można jedynie regulować proporcję fitoaktywnego światła niebieskiego lub czerwonego.

B. Oceńmy możliwość zastosowania typowego Lampa LED ogólnego przeznaczenia do uprawy mikroliście.

Niech lampa o wymiarach 0,6×0,6 m pobiera 35 W i ma temperaturę barwową 4000 DO, odwzorowanie kolorów Ra= 80 i skuteczność świetlna 120 lm/W. Wtedy będzie jego skuteczność YPF= (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 - 2360)/4000) ef. µmol/J = 1,5 ef. µmol/J. Co pomnożone przez zużyte 35 W, wyniesie 52,5 eff. µmol/s.

Jeśli taką lampę opuści się wystarczająco nisko nad złożem mikrogreenów o powierzchni 0,6 × 0,6 m = 0,36 m 2 i uniknie się w ten sposób utraty światła na boki, gęstość oświetlenia wyniesie 52,5 eff. µmol/s / 0,36 m 2 = 145 skut. µmol/s/m2. Jest to około połowa zwykle zalecanych wartości. Dlatego należy również podwoić moc lampy.

Bezpośrednie porównanie fitoparametrów różnych typów lamp

Porównajmy fitoparametry konwencjonalnej biurowej lampy sufitowej LED wyprodukowanej w 2016 roku z wyspecjalizowanymi fitoluminami (ryc. 7).

Ryż. 7. Parametry porównawcze typowej lampy sodowej do szklarni o mocy 600W, specjalistycznego fitolightu LED i lampy do ogólnego oświetlenia wnętrz

Widać, że zwykła lampa oświetlenia ogólnego, po wyjęciu dyfuzora przy oświetlaniu roślin, nie ustępuje pod względem efektywności energetycznej specjalistycznej lampie sodowej. Oczywiste jest również, że fitolampa o świetle czerwono-niebieskim (celowo nie podano nazwy producenta) jest wykonana na niższym poziomie technologicznym, ponieważ jej całkowita wydajność (stosunek mocy strumienia świetlnego w watach do mocy pobieranej z sieć) jest gorsza od wydajności lampy biurowej. Ale gdyby wydajność lamp czerwono-niebieskich i białych była taka sama, wówczas fitoparametry również byłyby w przybliżeniu takie same!

Z widma jasno wynika również, że czerwono-niebieska fitooprawa nie jest wąskopasmowa, jej czerwony garb jest szeroki i zawiera znacznie więcej dalekiej czerwieni niż biała dioda LED i lampa sodowa. W przypadkach, gdy wymagana jest dalsza czerwień, wskazane może być użycie takiej oprawy samodzielnie lub w połączeniu z innymi opcjami.

Ocena efektywności energetycznej systemu oświetleniowego jako całości:

Ryż. 8. Audyt systemu fitolightingu

Następny model UPRtek- spektrometr PG100N Według producenta mierzy on mikromole na metr kwadratowy i, co ważniejsze, strumień świetlny w watach na metr kwadratowy.

Pomiar strumienia świetlnego w watach to doskonała funkcja! Jeśli pomnożysz oświetlony obszar przez gęstość strumienia świetlnego w watach i porównasz to ze zużyciem lampy, efektywność energetyczna systemu oświetleniowego stanie się jasna. I to jest dziś jedyne niepodważalne kryterium efektywności, które w praktyce różni się o rząd wielkości dla różnych systemów oświetleniowych (a nie kilkukrotnie, czy tym bardziej procentowo, bo efekt energetyczny zmienia się wraz ze zmianą kształtu widma) .

Przykłady wykorzystania światła białego

Opisano przykłady oświetlenia gospodarstw hydroponicznych zarówno światłem czerwono-niebieskim, jak i białym (ryc. 9).

Ryż. 9. Od lewej do prawej i od góry do dołu gospodarstwa: Fujitsu, Ostry, Toshiby, rosnące gospodarstwo Rośliny lecznicze w południowej Kalifornii

System farm jest dość dobrze znany Aerofarmy(ryc. 1, 10), z których największy powstał w pobliżu Nowego Jorku. Pod białymi lampami LED Aerofarmy Uprawiają ponad 250 rodzajów zieleniny, zbierając ponad dwadzieścia zbiorów rocznie.

Ryż. 10. Gospodarstwo rolne Aerofarmy w New Jersey („Garden State”) na granicy z Nowym Jorkiem

Bezpośrednie eksperymenty porównujące białe i czerwono-niebieskie oświetlenie LED
Niewiele jest opublikowanych wyników bezpośrednich eksperymentów porównujących rośliny uprawiane pod białymi i czerwono-niebieskimi diodami LED. Na przykład wynik ten został krótko pokazany przez Moskiewską Akademię Rolniczą nazwaną imieniem. Timiryazev (ryc. 11).

Ryż. jedenaście. W każdej parze roślina po lewej stronie uprawiana jest pod białymi diodami LED, po prawej pod czerwono-niebieskimi diodami LED (od prezentacje I. G. Tarakanova, Katedra Fizjologii Roślin Moskiewskiej Akademii Rolniczej im. Timiryazev)

W 2014 roku Pekiński Uniwersytet Lotnictwa i Kosmosu opublikował wyniki dużego badania pszenicy uprawianej przy różnych typach diod LED. Chińscy badacze doszli do wniosku, że wskazane jest stosowanie mieszaniny światła białego i czerwonego. Ale jeśli spojrzysz na dane cyfrowe z artykułu (ryc. 12), zauważysz, że różnica w parametrach kiedy różne rodzaje oświetlenie nie jest wcale radykalne.

Rysunek 12. Wartości badanych czynników w dwóch fazach wzrostu pszenicy pod diodami LED czerwonymi, czerwono-niebieskimi, czerwono-białymi i białymi

Jednakże głównym celem dzisiejszych badań jest skorygowanie wad wąskopasmowego oświetlenia czerwono-niebieskiego poprzez dodanie światła białego. Na przykład japońscy badacze odkryli wzrost masy i wartości odżywczej sałaty i pomidorów, gdy do światła czerwonego dodano światło białe. W praktyce oznacza to, że jeśli estetyka rośliny w okresie wzrostu nie jest istotna, nie ma potrzeby rezygnować z zakupionych już wąskopasmowych lamp czerwono-niebieskich, można dodatkowo zastosować lampy o świetle białym.

Wpływ jakości światła na wynik

Podstawowe prawo ekologii „Beczka Liebiga” (ryc. 13) głosi: rozwój jest ograniczony przez czynnik, który najbardziej odbiega od normy niż inne. Na przykład, jeśli woda, minerały i WSPÓŁ 2, ale natężenie światła wynosi 30% wartości optymalnej - roślina wytworzy nie więcej niż 30% maksymalnego możliwego plonu.

Ryż. 13. Ilustracja zasady czynnika ograniczającego z film szkoleniowy na YouTube

W laboratorium określa się reakcję rośliny na światło: intensywność wymiany gazowej, zużycie składników odżywczych z procesów roztworów i syntezy. Reakcje charakteryzują nie tylko fotosyntezę, ale także procesy wzrostu, kwitnienia i syntezy substancji niezbędnych do smaku i aromatu.

Na ryc. Rycina 14 przedstawia reakcję rośliny na zmiany długości fali światła. Intensywność pobrania sodu i fosforu z pożywki mierzono w przypadku mięty, truskawek i sałaty. Piki na takich wykresach są oznaką pobudzenia konkretnego Reakcja chemiczna. Z wykresów wynika, że ​​wyłączenie niektórych zakresów z pełnego spektrum dla oszczędności jest równoznaczne z usunięciem części klawiszy fortepianu i zagraniem melodii na pozostałych.

Ryż. 14. Stymulująca rola światła w poborze azotu i fosforu przez miętę, truskawki i sałatę (dane udostępnione przez firmę Fitex)

Zasadę współczynnika ograniczającego można rozszerzyć na poszczególne składowe widma – do pełnego wyniku w każdym przypadku potrzebne jest pełne widmo. Usunięcie niektórych zakresów z pełnego widma nie prowadzi do znaczącego wzrostu efektywności energetycznej, ale „beczka Liebiga” może zadziałać - i wynik będzie negatywny.
Przykłady pokazują, że zwykłe białe światło LED i specjalistyczne „czerwono-niebieskie światło fitoświetlne” mają w przybliżeniu taką samą efektywność energetyczną przy oświetlaniu roślin. Natomiast szerokopasmowa biel kompleksowo zaspokaja potrzeby rośliny, które wyrażają się nie tylko w stymulacji fotosyntezy.

Usunięcie koloru zielonego z widma ciągłego, tak aby światło zmieniło się z białego na fioletowe, jest chwytem marketingowym dla kupujących, którzy chcą „specjalnego rozwiązania”, ale nie są kwalifikowanymi klientami.

Regulacja światła białego

Najpopularniejsze białe diody LED ogólnego przeznaczenia mają słabe oddawanie barw Ra= 80, co wynika przede wszystkim z braku barwy czerwonej (ryc. 4).

Brak czerwieni w widmie można skompensować dodając do lampy czerwone diody LED. Takie rozwiązanie promują m.in. CREE. Logika „beczki Liebiga” sugeruje, że taki dodatek nie zaszkodzi, jeśli rzeczywiście jest dodatkiem, a nie redystrybucją energii z innych zakresów na korzyść czerwieni.

Interesującą i ważną pracę wykonał w latach 2013–2016 Instytut Problemów Biomedycznych Rosyjskiej Akademii Nauk: badał, jak dodatek 4000 białych diod LED do światła wpływa na rozwój kapusty pekińskiej DO / Ra= 70 jasnych wąskopasmowych czerwonych diod LED 660 nm.

I dowiedzieliśmy się co następuje:

• W świetle LED kapusta rośnie mniej więcej tak samo jak w świetle sodowym, ale ma więcej chlorofilu (liście są bardziej zielone).
• Sucha masa plonu jest prawie proporcjonalna do całkowitej ilości światła w molach otrzymanej przez roślinę. Więcej światła - więcej kapusty.
• Stężenie witaminy C w kapuście nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem oświetlenia, ale znacznie wzrasta po dodaniu światła czerwonego do światła białego.
• Znaczące zwiększenie udziału składowej czerwonej w widmie powodowało istotny wzrost stężenia azotanów w biomasie. Należało zoptymalizować pożywkę i wprowadzić część azotu w postaci amonowej, tak aby nie przekroczyć maksymalnego dopuszczalnego stężenia azotanów. Ale w czystym białym świetle można było pracować tylko z formą azotanową.
• Jednocześnie wzrost udziału czerwieni w całkowitym strumieniu światła prawie nie ma wpływu na masę plonu. Oznacza to, że uzupełnienie brakujących składników widmowych wpływa nie na ilość plonu, ale na jego jakość.
• Wyższa wydajność moli na wat czerwonej diody LED oznacza, że ​​dodanie czerwieni do bieli jest również efektywne energetycznie.

Zatem dodanie czerwieni do bieli jest wskazane w konkretnym przypadku kapusty pekińskiej i całkiem możliwe w ogólnym przypadku. Oczywiście przy kontroli biochemicznej i właściwym doborze nawozów pod konkretną uprawę.

Opcje wzbogacania widma światłem czerwonym

Roślina nie wie, skąd wziął się kwant widma światła białego, a skąd wziął się kwant „czerwony”. Nie ma potrzeby tworzenia specjalnego widma w jednej diodzie LED. I nie ma potrzeby świecenia czerwonym i białym światłem z jednej specjalnej fitolampy. Wystarczy użyć ogólnego światła białego i dodatkowo oświetlić roślinę osobną lampą światła czerwonego. A kiedy ktoś znajdzie się w pobliżu rośliny, czerwone światło można wyłączyć za pomocą czujnika ruchu, aby roślina wyglądała na zieloną i ładną.

Ale rozwiązanie odwrotne jest również uzasadnione - dobierając skład luminoforu, rozszerzamy widmo białej diody LED w kierunku fal długich, równoważąc je tak, aby światło pozostało białe. Otrzymujesz także białe światło o bardzo wysokim współczynniku oddawania barw, odpowiednie zarówno dla roślin, jak i ludzi.

Otwarte pytania

Można zidentyfikować rolę stosunku światła czerwonego do dalekiego i bliskiego oraz celowość stosowania „syndromu unikania cienia” w przypadku różne kultury. Można się spierać, na jakie obszary w trakcie analizy warto podzielić skalę długości fal.

Można dyskutować, czy roślina potrzebuje długości fali krótszej niż 400 nm czy dłuższej niż 700 nm do stymulacji lub funkcji regulacyjnej. Na przykład istnieje prywatny raport, że promieniowanie ultrafioletowe znacząco wpływa na walory konsumenckie roślin. Między innymi odmiany sałaty czerwonolistnej uprawiane są bez promieniowania ultrafioletowego i rosną zielone, ale przed sprzedażą są naświetlane światłem ultrafioletowym, stają się czerwone i wysyłane do kasy. Czy nowy wskaźnik jest prawidłowy? PBAR (promieniowanie biologicznie czynne roślin), opisane w normie ANSI/ASABE S640, Ilości i jednostki promieniowania elektromagnetycznego dla roślin (organizmów fotosyntetycznych, zaleca uwzględnienie zakresu 280–800 nm.

Wniosek

Sieci handlowe wybierają bardziej trwałe odmiany, a następnie kupujący głosuje rublami na jaśniejsze owoce. I prawie nikt nie wybiera smaku i aromatu. Ale gdy tylko staniemy się bogatsi i zaczniemy żądać więcej, nauka natychmiast zapewni niezbędne odmiany i przepisy na pożywkę.

A żeby roślina zsyntetyzowała wszystko, co potrzebne dla smaku i aromatu, będzie wymagać oświetlenia widmem zawierającym wszystkie długości fal, na które roślina zareaguje, czyli w ogólnym przypadku widmo ciągłe. Być może podstawowym rozwiązaniem będzie światło białe o wysokim współczynniku oddawania barw.

Podziękowanie
Autor wyraża serdeczną wdzięczność za pomoc w przygotowaniu artykułu pracownikowi Państwowego Centrum Naukowego Federacji Rosyjskiej – dr inż. IMBP RAS. N. Irina Konovalova; szefowa projektu Fiteks, Tatyana Trishina; specjalista firmy CREE Michaił Czerwiński

Literatura

Literatura
1. Syn K-H, och M-M. Kształt liści, wzrost i przeciwutleniające związki fenolowe dwóch odmian sałaty uprawianych w różnych kombinacjach niebieskich i czerwonych diod elektroluminescencyjnych // Hortscience. – 2013. – Cz. 48. – s. 988-95.
2. Ptushenko V.V., Avercheva O.V., Bassarskaya E.M., Berkovich Yu A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Zhigalova T.V., 2015. Możliwe przyczyny spadku wzrostu kapusty pekińskiej w połączeniu wąskopasmowego światła czerwonego i niebieskiego w porównaniu z oświetleniem przez wysokoprężna lampa sodowa. Scientia Horticulturae https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.021
3. Sharakshane A., 2017, Całe, wysokiej jakości środowisko świetlne dla ludzi i roślin. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
4. C. Dong, Y. Fu, G. Liu i H. Liu, 2014, Wzrost, charakterystyka fotosyntezy, pojemność przeciwutleniająca i plon biomasy oraz jakość pszenicy (Triticum aestivum L.) wystawionej na źródła światła LED o różnych kombinacjach widm
5. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D. i in. Wpływ czerwonych, niebieskich i białych diod elektroluminescencyjnych na wzrost, rozwój i jakość jadalną sałaty uprawianej hydroponicznie (Lactuca sativa L. var. capitata) // Scientia Horticulturae. – 2013. – V. 150. – s. 86–91.
6. Lu, N., Maruo T., Johkan M. i in. Wpływ dodatkowego oświetlenia diodami elektroluminescencyjnymi (LED) na plon i jakość pomidorów jednowieżowych uprawianych przy dużej gęstości sadzenia // Environ. Kontrola. Biol. – 2012. Cz. 50. – s. 63–74.
7. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., O.S. Jakowlewa, A.I. Znamensky, I.G. Tarakanov, S.G. Radczenko, S.N. Łapacz. Racjonalne uzasadnienie optymalne tryby oświetlenie roślin dla szklarni kosmicznej Vitacycle-T. Medycyna kosmiczna i środowiskowa. 2016. T. 50. nr 4.
8. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Yakovleva O.S., Znamensky A.I., Tarakanov I.G., Radchenko S.G., Lapach S.N., Trofimov Yu.V., Tsvirko V.I. Optymalizacja systemu oświetlenia LED szklarni z przestrzenią witaminową. Medycyna kosmiczna i środowiskowa. 2016. T. 50. nr 3.
9. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Smolyanina S.O., Pomelova M.A., Erokhin A.N., Yakovleva O.S., Tarakanov I.G. Wpływ parametrów reżimu świetlnego na akumulację azotanów w nadziemnej biomasie kapusty pekińskiej (Brassica chinensis L.) uprawianej z naświetlaczami LED. Agrochemia. 2015. Nr 11.

Rośliny doniczkowe nie zawsze mają w domu wystarczającą ilość światła. Bez tego ich rozwój będzie powolny lub nieprawidłowy. Aby tego uniknąć, możesz zainstalować diody LED dla roślin. To właśnie ta lampa może zapewnić wymagane spektrum kolorów. szeroko stosowany do oświetlenia szklarni, oranżerii, ogrodów wewnętrznych i akwariów. Dobrze zastępują światło słoneczne, nie wymagają dużych nakładów finansowych i charakteryzują się długą żywotnością.

Fotosynteza roślin to proces zachodzący przy wystarczającej ilości światła. Na poprawność wpływają również następujące czynniki: temperatura otoczenia, wilgotność, spektrum światła, długość dnia i nocy, wystarczalność węgla.

Określanie wystarczalności światła

Jeśli zdecydujesz się zainstalować lampy dla roślin, musisz to zrobić tak poprawnie, jak to możliwe. Aby to zrobić, musisz zdecydować, które rośliny nie mają promienia, a które będą zbędne. Jeśli projektujesz oświetlenie w szklarni, musisz zapewnić strefy o różnych widmach. Następnie musisz określić liczbę samych diod LED. Profesjonaliści robią to za pomocą specjalnego urządzenia - luksomierza. Możesz także dokonać obliczeń samodzielnie. Ale będziesz musiał trochę pogrzebać i zaprojektować pożądany model.

Jeśli projekt realizowany jest dla szklarni, obowiązuje jedna uniwersalna zasada dla wszystkich rodzajów źródeł światła. Wraz ze wzrostem wysokości zawieszenia oświetlenie maleje.

diody LED

Widmo promieniowania barwnego ma ogromne znaczenie. Optymalnym rozwiązaniem byłyby czerwone i niebieskie diody LED dla roślin w stosunku dwa do jednego. To, ile watów będzie miało urządzenie, nie ma tak naprawdę znaczenia.

Ale częściej używają jednowatowych. Jeśli musisz samodzielnie zainstalować diody, lepiej kupić gotowe taśmy. Można je zabezpieczyć za pomocą kleju, guzików lub wkrętów. Wszystko zależy od przewidzianych otworów. Jest wielu producentów takich produktów; lepiej wybrać znanego, a nie anonimowego sprzedawcę, który nie może dać gwarancji na swój produkt.

Długość fali świetlnej

Spektrum natury światło słoneczne zawiera zarówno kolor niebieski, jak i czerwony. Pozwalają roślinom rozwijać masę, rosnąć i owocować. Naświetlony jedynie niebieskim widmem o długości fali 450 nm przedstawiciel flory zostanie skarłowaciały. Taka roślina nie może pochwalić się dużą zieloną masą. Będzie też słabo owocować. Po absorpcji zakresu czerwonego o długości fali 620 nm rozwinie korzenie, dobrze zakwitnie i przyniesie owoce.

Zalety diod LED

Kiedy roślina jest oświetlona, ​​przechodzi całą drogę: od kiełków po owoce. Jednocześnie w tym czasie nastąpi tylko kwitnienie, gdy działa urządzenie luminescencyjne. Diody LED do roślin nie nagrzewają się, dzięki czemu nie ma potrzeby częstego wietrzenia pomieszczenia. Ponadto nie ma możliwości przegrzania termicznego przedstawicieli flory.

Takie lampy są niezastąpione przy uprawie sadzonek. Kierunkowość widma promieniowania pomaga pędom urosnąć w krótkim czasie. Zaletą jest również niskie zużycie energii. Diody LED mają drugie miejsce, ale są dziesięciokrotnie bardziej ekonomiczne. Diody LED dla roślin wytrzymują do 10 lat. - od 3 do 5 lat. Po zainstalowaniu takich lamp nie będziesz musiał się martwić o ich wymianę przez długi czas. Takie lampy nie zawierają szkodliwych substancji. Mimo to ich stosowanie w szklarniach jest bardzo preferowane. Obecnie na rynku dostępna jest duża liczba różnych konstrukcji takich lamp: można je zawiesić, zamontować na ścianie lub suficie.

Minusy

Aby zwiększyć intensywność promieniowania, diody LED są montowane w dużą konstrukcję. Jest to wada tylko w przypadku małych pomieszczeń. W dużych szklarniach nie ma to większego znaczenia. Wadę można uznać za wysoki koszt w porównaniu z analogami - świetlówkami. Różnica może sięgać ośmiu razy. Ale diody zwrócą się po kilku latach pracy. Potrafią znacznie zaoszczędzić energię. Po upływie okresu gwarancyjnego obserwuje się spadek blasku. Przy dużej powierzchni szklarni potrzeba większej liczby punktów świetlnych w porównaniu do innych typów lamp.

Grzejnik do lampy

Konieczne jest usunięcie ciepła z urządzenia. Lepiej byłoby to zrobić poprzez grzejnik wykonany z profilu aluminiowego lub blachy stalowej. Zastosowanie gotowego profilu w kształcie litery U będzie wymagało mniej pracy. Obliczenie powierzchni grzejnika jest łatwe. Musi wynosić co najmniej 20 cm2 na 1 wat. Po wybraniu wszystkich materiałów możesz złożyć wszystko w jeden łańcuch. Lepiej jest zmieniać diody LED do wzrostu roślin według koloru. Zapewni to równomierne oświetlenie.

FitoLED

Najnowsze osiągnięcie, takie jak fito-LED, może zastąpić konwencjonalne analogi, które świecą tylko w jednym kolorze. Nowe urządzenie łączy w jednym chipie niezbędne dla roślin spektrum diod LED. Jest potrzebny na wszystkich etapach wzrostu. Najprostsza fitolampa składa się zwykle z bloku z diodami LED i wentylatora. Ten ostatni z kolei można regulować na wysokość.

Świetlówki

Świetlówki od dawna pozostają na szczycie popularności w ogrodach przydomowych i ogrodach warzywnych. Ale takie lampy dla roślin nie pasują do spektrum kolorów. Coraz częściej są one zastępowane przez fito-LED lub świetlówki specjalnego przeznaczenia.

Sód

Światło o tak silnym nasyceniu jak aparat sodowy nie nadaje się do umieszczenia w mieszkaniu. Jego stosowanie wskazane jest w dużych szklarniach, ogrodach i szklarniach, w których rośliny są oświetlane. Wadą takich lamp jest ich niska wydajność. Zamieniają dwie trzecie energii w ciepło, a tylko niewielka część jest wykorzystywana jako promieniowanie świetlne. Ponadto czerwone widmo takiej lampy jest intensywniejsze niż niebieskie.

Urządzenie wykonujemy sami

Najprostszym sposobem na wykonanie lampy dla roślin jest użycie paska z diodami LED. Potrzebujemy go w widmach czerwonym i niebieskim. Podłączą się do prądu. Te ostatnie można kupić w tym samym miejscu, co taśmy - w sklepie z narzędziami. Potrzebujesz również mocowania - panelu wielkości obszaru oświetleniowego.

Produkcję należy rozpocząć od oczyszczenia panelu. Następnie możesz przykleić taśmę diodową. W tym celu należy zdjąć folię ochronną i przykleić lepką stronę do panelu. Jeśli konieczne jest przecięcie taśmy, jej kawałki można połączyć za pomocą lutownicy.

Diody LED dla roślin nie wymagają dodatkowej wentylacji. Ale jeśli samo pomieszczenie jest słabo wentylowane, zaleca się zainstalowanie taśmy na metalowym profilu (na przykład wykonanym z aluminium). Tryby oświetlenia kwiatów w pokoju mogą być następujące:

• dla tych rosnących daleko od okna, w zacienionym miejscu wystarczy 1000-3000 luksów;
• dla roślin potrzebujących rozproszonego światła wartość wyniesie do 4000 luksów;
• przedstawiciele flory wymagające bezpośredniego oświetlenia - do 6000 luksów;
• dla tropikalnych i owocujących - do 12 000 luksów.

Jeśli chcesz zobaczyć rośliny domowe w zdrowej i pięknej formie, musisz starannie zaspokoić ich zapotrzebowanie na oświetlenie. Tak więc odkryliśmy zalety i wady roślin, a także spektrum ich promieni.

Biała dioda LED

W odróżnieniu od tradycyjnych żarówek i świetlówek, które wytwarzają światło białe, diody LED generują światło w bardzo wąskim zakresie widma, tj. dają niemal monochromatyczny blask. Dlatego diody LED od dawna stosowane są w panelach sterujących i girlandach, a dziś szczególnie skutecznie wykorzystuje się je w instalacjach oświetleniowych emitujących określoną barwę podstawową, np. w sygnalizacji świetlnej, znakach i sygnalizacji świetlnej.

Zasada działania białej diody LED

Zasada projektowania białej diody LED nie jest bardzo skomplikowana; technologia wykonania jest złożona. Aby dioda LED emitowała światło białe, konieczne jest skorzystanie z dodatkowych elementów technicznych i rozwiązań technicznych. Główne sposoby uzyskania białego światła w diodach LED to:

nałożenie warstwy luminoforu na niebieskie kryształy;

nałożenie kilku warstw luminoforu na kryształy emitujące światło o barwie zbliżonej do ultrafioletu;

Systemy RGB, w których białą poświatę uzyskuje się poprzez zmieszanie światła wielu monochromatycznych diod czerwonych, zielonych i niebieskich.

W pierwszym przypadku najczęściej stosuje się niebieskie kryształy LED, które są pokryte fosforem, żółtym fosforem. Fosfor pochłania część światła niebieskiego i emituje światło żółte. Kiedy pozostałe, niezaabsorbowane światło niebieskie zmiesza się z żółtym, powstałe światło będzie zbliżone do białego.

Druga metoda to opracowana niedawno technologia wytwarzania półprzewodnikowych źródeł światła białego, oparta na połączeniu diody emitującej blask barwą zbliżoną do ultrafioletu i kilku warstw luminoforu zbudowanego z fosforu o różnym składzie.

W tym drugim przypadku światło białe uzyskuje się w klasyczny sposób poprzez zmieszanie trzech podstawowych barw (czerwonej, zielonej i niebieskiej). Jakość białego światła poprawia się poprzez uzupełnienie konfiguracji RGB o żółte diody LED, które pokrywają żółtą część widma.

Zalety i wady starych diod LED

Każda z tych metod ma swoje pozytywne i negatywne strony. Tym samym diody LED z białym fosforem, produkowane na zasadzie łączenia niebieskich kryształów z luminoforem fosforowym, charakteryzują się dość niskim współczynnikiem oddawania barw, tendencją do generowania światła białego w zimnych tonach, niejednorodnością odcienia świecenia przy dość wysokim strumień świetlny i stosunkowo niski koszt.

Biały diody fosforowe, uzyskane na bazie połączenia diod o barwie zbliżonej do ultrafioletu i luminoforów wielobarwnych, mają doskonały współczynnik oddawania barw, mogą generować światło białe o cieplejszych odcieniach i charakteryzują się większą równomiernością odcieni jarzenia od diody do diody . Zużywają jednak więcej prądu i nie są tak jasne jak te pierwsze.

Z kolei diody LED RGB umożliwiają tworzenie dynamicznych efektów świetlnych w instalacjach oświetleniowych ze zmianą barwy blasku i różnych tonów światła białego i potencjalnie mogą zapewnić bardzo wysoki współczynnik oddawania barw. Jednocześnie diody LED o poszczególnych kolorach inaczej reagują na prąd pracy, temperaturę otoczenia i regulację jasności, dlatego diody LED RGB wymagają dość skomplikowanych i kosztownych układów sterowania, aby osiągnąć stabilną pracę.

Po to, aby lampy oparte na białych diodach LED zapewniały światło lepszej jakości, tj. przy projektowaniu lamp wykorzystuje się pełniejsze spektrum