1. 기술적 원리: 분자 수준에서 빛의 품질 조절을 설계
식물은 빛을 사용하는 방법에 대해 매우 까다롭습니다. 식물은 광합성을 위해 400~700 nm(태양 복사의 43~52.5%를 차지) 사이의 가시광선만 사용할 수 있습니다. 적색광(610~720nm)과 청색광(400~510nm)이 주요 흡수 피크이므로 식물의 '빛 비료'라고 불립니다. LED 식물 조명은 반도체 재료의 광전 기능을 사용하여 특정 파장의 단색광을 보냅니다. 또한 미세한 스펙트럼 제어를 위해 칩 조합을 사용합니다.
예를 들어, 적색광(660nm)은 식물이 꽃을 피우고, 열매를 맺고, 비타민C를 생성하는 데 도움을 주는 반면, 청색광(450nm)은 식물이 엽록소를 생성하고 줄기와 잎이 자라는 데 도움을 주는 주광입니다. 연구에 따르면 상추 재배 시 적색광 대 청색광 비율이 4:1이면 잎의 엽록소 함량이 23% 향상되고 성장률이 18% 가속화됩니다. 마찬가지로 딸기 재배에서는 적색광과 청색광의 비율이 5:1이면 과일당 함량이 15% 증가하고 판매 기간이 10일 단축됩니다. 또한 원적외선(730nm)을 추가하면 식물의 노드 간 길이가 바뀔 수 있습니다. UV 광선(380-400nm)을 추가하면 해충과 질병을 예방하고 2차 대사산물의 양을 늘릴 수 있습니다.
2. 주요 이점은 "에너지 블랙홀"에서 "빛 효율 혁명"으로 이동하는 것입니다.
고압-나트륨 램프와 메탈 할라이드 램프는 세 가지 큰 문제를 안고 있는 두 가지 유형의 전통적인 온실 조명입니다. 스펙트럼이 고정되어 변경할 수 없으며, 많은 열을 발산하고 많은 전기를 소비합니다. 예를 들어, 1000W 고압 나트륨 램프는 광합성 활성 방사선(PAR)의 30%만 사용 가능한 빛으로 변환합니다. 또한 적외선 열 복사가 많이 발생하여 온실 내부 온도가 상승하고 추가 냉각 시스템이 필요합니다. 세 가지 중요한 기술 발전으로 인해 LED 식물 조명이 혁명적으로 변했습니다.
스펙트럼 사용자 정의: LED 칩의 배열을 변경하여 단색광과 전체 스펙트럼 조명의 비율을 조정할 수 있습니다. Weizhaoye Optoelectronics의 "전주기 스펙트럼 방식"은 묘목 단계에서 뿌리 성장을 돕기 위해 많은 청색광(40%)을 사용하고, 영양 성장 단계에서 잎의 성장을 돕기 위해 많은 적색광(60%)을 사용하며, 생식 성장 단계에서 꽃이 피는 데 약간의 원적색광(10%)을 사용합니다.
냉광원의 특성: LED의 발광 효율은 200lm/W 이상이며, 열복사를 통해 손실되는 열은 5% 미만입니다. 냉각을 위해 추가 장비가 필요하지 않습니다. 연운항 나비 난초 재배실에 있는 Yuntai 농장의 LED 시스템은 층 사이의 거리를 보통 1.5미터에서 0.6미터로 줄이고 주어진 면적에서 자랄 수 있는 식물의 수를 3배로 늘립니다.
에너지 사용의 혁명: LED 식물 조명은 고압 나트륨 램프보다 전기 에너지를 빛 에너지로 전환하는 데 3배 이상 뛰어납니다. 네덜란드 Wageningen 대학교 연구원들은 토마토 공장 생산에 LED 조명을 추가하면 과일 1kg당 에너지 사용량을 5.2kWh에서 1.8kWh로 줄이고 비료 사용량을 30%까지 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다.
3. 응용 시나리오: 실험실부터 산업화까지 전체 체인 적용 범위
온실에서 재배하는 것: LED 추가 조명은 겨울철 항상 빛과 그늘이 적은 북부 지역에서 오이 수확량을 40%, 토마토 비타민 C 수준을 25% 증가시킬 수 있습니다. Weizhaoye Optoelectronics는 베이징 Xiaotangshan에 있는 온실을 위한 이중-모드 보조 조명 시스템을 설계했습니다. 빛의 강도가 200μmol/m²/s 미만으로 떨어지면 자동으로 켜집니다. 이는 잎채소의 성장주기를 15일 단축시킵니다.
식물을 위한 공장: LED 시스템은 다-층의 3차원- 문화를 사용하여 완전한 인공 조명 환경에서 공간을 최대한 활용합니다. 상하이 순차오 현대 농업 개발구는 10층 수직 재배 프레임과 첨단 조명 환경 제어 시스템을 사용합니다. 이를 통해 표준 온실보다 평방피트당 10배 더 많은 작물을 재배하고 물을 90% 덜 사용할 수 있습니다.
연구 및 육종: LED는 스펙트럼 특성을 제어할 수 있기 때문에 식물 광생물학 연구에 적합합니다. 중국 농업과학원 야채 및 꽃 연구소는 조정 가능한 스펙트럼 LED 플랫폼을 활용하여 빛이 300 μmol/m ²/s에 불과한 경우에도 광합성 효율을 85%로 유지할 수 있는 토마토 품종 "Zhongvegetable 606"을 테스트했습니다.
특수 환경 식재: LED 식물 조명은 이제 남극 연구 기지 및 우주선과 같이 조건이 매우 가혹한 장소에서 생명 유지 시스템의 가장 중요한 부분입니다. 남극에 있는 중국의 만리장성 기지 온실은 전체 스펙트럼 LED 시스템을 사용하여 일년 내내 양상추와 딸기를 재배합니다. 이 시스템은 지구 표면의 92%에 달하는 광합성 효율을 가지고 있습니다.
