LED光源裝置及控制方式

目前，針對(duì)植物工廠不同應(yīng)用途徑的要求，己經(jīng)開發(fā)出了管狀、板式等多種形式的LED光源裝置，供生產(chǎn)用戶使用。

管狀LED光源裝置 為了更好地與T8、T5熒光燈燈管互換，目前己經(jīng)研制出可替代T8、T5熒光燈的管狀LED光源。這類光源由燈架、燈管、燈頭等組成，燈架內(nèi)安裝有特定的整流器，可直接將220V交流電轉(zhuǎn)化成可供LED使用的直流電，燈架兩端各封接一個(gè)電極，并設(shè)置與普通熒光燈管同樣標(biāo)準(zhǔn)的燈頭，在完全不改變其他結(jié)構(gòu)的條件下，就可用管狀LED光源直接替換現(xiàn)有的熒光燈，安裝使用方便。

這種管狀LED光源，是在燈架內(nèi)表面按一定比例均勻設(shè)置660 nm紅光、450 nm藍(lán)光和730nm遠(yuǎn)紅光LED燈珠，根據(jù)光環(huán)境優(yōu)化參數(shù)的研究結(jié)果，如生菜栽培設(shè)定LED紅光/藍(lán)光/遠(yuǎn)紅光（R/B/FR）的比例為8：1：1，黃瓜育苗設(shè)定R/B/FR的比例為7：1：1等，進(jìn)行合理配置。管狀LED光源裝置可以獨(dú)立應(yīng)用于植物工廠的生產(chǎn)，也可與熒光燈配合使用。

管狀LED光源裝置是植物工廠應(yīng)用最為普遍的光源系統(tǒng)，既可用于葉菜栽培育苗等，也可以用于植物組培、果菜類作物補(bǔ)光燈等。

LED光源板及其配套裝置 板式LED平面光源也是植物工廠重要的光源形式之一，由超高亮度的紅光LED和藍(lán)光LED兩種光源組成，其中紅光LED的峰值波長為660 nm，藍(lán)光LED的峰值波長為450 nm，通過板面設(shè)計(jì)進(jìn)行均勻交叉分布為保持溫度相對(duì)恒定，在光源板中部設(shè)有溫度傳感器，對(duì)光源板的中央溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用專用散熱片與軸流風(fēng)扇結(jié)合進(jìn)行散熱，以提高LED的工作效率及穩(wěn)定性。光源的發(fā)光強(qiáng)度采用脈沖寬度調(diào)制（PWM），紅、藍(lán)LED兩種光源的發(fā)光強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)分別調(diào)控，以滿足不同植物對(duì)光環(huán)境的需求。

案例中植物工廠使用的LED光源板，紅光LED的電能轉(zhuǎn)換效率為6.7%，藍(lán)光LED的電能轉(zhuǎn)換效率為13%（發(fā)光效率的單位應(yīng)該為lm/W）；紅光LED的發(fā)射光強(qiáng)度達(dá)到38 W/m2，藍(lán)光LED的發(fā)射光強(qiáng)度達(dá)到12 W/m2；整個(gè)光源系統(tǒng)的光合有效光量子流密度可達(dá)255 μmol/（m2·s）。發(fā)光面積與育苗盤尺寸吻合，以減少光能損耗。LED平面光源系統(tǒng)的性能參數(shù)見表1。

LED光源板可以用于植物工廠的葉菜栽培、育苗等，也可以用于植物組培等。

LED光源控制方式及效果 LED光源裝置與計(jì)算機(jī)之間采用RS-48S通信方式連接，通過外接計(jì)算機(jī)調(diào)控LED光源板的發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光頻率及開關(guān)時(shí)間。LED光環(huán)境調(diào)控裝置另外還外接1個(gè)控制盒，單色光的發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光頻率可通過控制盒實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

LED光環(huán)境調(diào)控裝置實(shí)行PWM控制方式，其占空比與LED光源的發(fā)光強(qiáng)度之間呈線性關(guān)系。因此，在進(jìn)行不同紅藍(lán)光比例（R/B）調(diào)控時(shí)，可以按照控制比例計(jì)算對(duì)應(yīng)的占空比，實(shí)現(xiàn)單色光發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。

光源板的溫度對(duì)光照參數(shù)影響明顯，試驗(yàn)表明，在不啟動(dòng)軸流風(fēng)扇散熱的情況下，當(dāng)光源板的溫度從2℃上升至55℃時(shí)，紅藍(lán)兩種LED光源發(fā)光強(qiáng)度均呈線性遞減趨勢；但發(fā)光強(qiáng)度隨溫度的升高減少幅度不大，減少程度<10%。且實(shí)際運(yùn)行過程中在啟動(dòng)軸流風(fēng)扇散熱時(shí)，光源板的最高溫度一般<38℃，對(duì)光源板的性能及植物生產(chǎn)的效果影響并不顯著。