LED照明與植物工廠的概念大全及技術(shù)要點(diǎn)

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2015-12-02

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　　LED就是的應(yīng)用大體分視覺(jué)類與非視覺(jué)類，視覺(jué)類的應(yīng)用有LED照明技術(shù)，非視覺(jué)類分植物光合與醫(yī)療保健，國(guó)際資訊，其中，LED植物光合應(yīng)用（我們稱之為植物人工輻射源PARS）將是與LED照明技術(shù)一樣成為L(zhǎng)ED技術(shù)最大的應(yīng)用市場(chǎng)，本文闡述植物工廠的整體概念和技術(shù)要點(diǎn)，論證了尖端科技融合的植物工廠的發(fā)展， led質(zhì)量，展示了植物工廠作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新科技的應(yīng)用，植物工廠從根本上改變農(nóng)業(yè)種植的概念，恒光電器，植物工廠標(biāo)志著設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，是最具有投資價(jià)值的新型產(chǎn)業(yè)。在城市內(nèi)建立以生產(chǎn)蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的新領(lǐng)域。

　　概述

　　植物工廠PF（Plant Factory）是農(nóng)業(yè)種植工業(yè)化的產(chǎn)物，是21世紀(jì)蔬菜種植發(fā)展方向，它標(biāo)志著設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，是未來(lái)10年最具有投資價(jià)值的新型產(chǎn)業(yè)。在城市內(nèi)建立以生產(chǎn)蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的新領(lǐng)域。

　　植物工廠最主要的特征是打破傳統(tǒng)蔬菜生產(chǎn)模式，通過(guò)對(duì)植物光合、溫度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液等實(shí)現(xiàn)人工控制的高效率種植，實(shí)現(xiàn)訂單化生產(chǎn)，蔬菜的生產(chǎn)周期不會(huì)因?yàn)樘鞖獾仍�因而改變，生產(chǎn)的蔬菜是真正的安全型蔬菜，水耕法（即無(wú)土培植）是植物工廠的主要手段，層架式結(jié)構(gòu)是主要形式，隨著以LED技術(shù)為基礎(chǔ)的植物人工輻射源（PARS）的應(yīng)用成本進(jìn)一步降低，植物工廠將迎來(lái)發(fā)展的黃金期。

　　植物工廠成為投資熱點(diǎn)的主要原因是：

　　1)  種植環(huán)境惡化，食品安全，醫(yī)療費(fèi)用增加等對(duì)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(tǒng)農(nóng)業(yè)遇到困境。

　　3) 城市化進(jìn)程帶來(lái)的城市人口增加，蔬菜供應(yīng)增大，而土地資源卻不斷減少。

　　4) 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引發(fā)的環(huán)境負(fù)擔(dān)不斷增加。

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

　　6) 為追求產(chǎn)量而在蔬菜種植中使用農(nóng)藥和防蟲(chóng)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(yè)污染問(wèn)題突出。

　　8) 太陽(yáng)能與風(fēng)能等清潔能源的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程照明，地?zé)釕?yīng)用技術(shù)也逐步應(yīng)用。

　　9）LED技術(shù)的應(yīng)用成本下降，多波段光質(zhì)應(yīng)用。

　　植物工廠定義

　　植物工廠的定義：植物工廠是一個(gè)采用人工種植環(huán)境，實(shí)現(xiàn)全年固定周期量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)訂單化生產(chǎn)，穩(wěn)定地提供無(wú)公害蔬菜的封閉的清潔生產(chǎn)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境里，植物的光合作用（光質(zhì)，光量，照明方案，光周期）、溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養(yǎng)液成分、生產(chǎn)過(guò)程等都可以得到計(jì)算機(jī)與傳感器的有效控制，是以科學(xué)為基礎(chǔ)且獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　植物工廠的優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 產(chǎn)品是按照訂單生產(chǎn)，生產(chǎn)周期與產(chǎn)量可以穩(wěn)定。

　　2) 采用植物人工輻射源與溫度控制系統(tǒng)，不受地區(qū)氣候條件的影響。

　　3) 封閉的立體化種植，節(jié)省土地資源和防止污染。

　　4) 生產(chǎn)周期短，全年產(chǎn)量高，年產(chǎn)量是露天種植的4到8倍。

　　5) 可以做到真正的無(wú)公害安全蔬菜。

　　6) 生產(chǎn)人員按照程序規(guī)范生產(chǎn)，ROSH認(rèn)證，無(wú)需專業(yè)技術(shù)。

　　7) 工廠設(shè)置在城市內(nèi)的購(gòu)物區(qū)或者工業(yè)園區(qū)，減少供應(yīng)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(yáng)與人工輻射互補(bǔ)方式。

　　2) 按照種植結(jié)構(gòu)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(guī)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(shù)發(fā)展緊密聯(lián)系，植物工廠的概念是在人造光源的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，最早利用人造光源進(jìn)行的種植是在溫室進(jìn)行，其理論依據(jù)是植物光合作用的研究成果，在太陽(yáng)光的可見(jiàn)光范圍內(nèi)（波長(zhǎng)范圍：380nm-735nm）太陽(yáng)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(yáng)光實(shí)現(xiàn)植物室內(nèi)種植。白熾燈、HID、熒光燈等人造光源已經(jīng)在溫室種植得到了廣泛的應(yīng)用，不同的人造光源在植物種植的區(qū)別是對(duì)電能的利用效率不同，提高電能利用效率直接導(dǎo)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(wú)法有效的調(diào)節(jié)，植物的吸收率低，對(duì)電能的利用效率無(wú)法進(jìn)一步提高。

　　人類的技術(shù)進(jìn)步總是伴隨著能源利用效率的提高而發(fā)展，上個(gè)世紀(jì)九十年代初，發(fā)藍(lán)色光的LED（發(fā)光二級(jí)管）芯片制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，建筑照明，LED照明得到迅猛的發(fā)展，LED光源引發(fā)人造光源的變革，成為照明產(chǎn)業(yè)的主要光源，LED照明成為新一代光源的最主要特征是節(jié)能與環(huán)保， LED技術(shù)的發(fā)展對(duì)于農(nóng)業(yè)種植的人造光源也帶來(lái)新的進(jìn)步，LED技術(shù)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(wú)法比擬的，車間照明，LED技術(shù)也就成為植物種植過(guò)程中的最佳選擇。

　　我們這個(gè)星球最為神奇的現(xiàn)象是植物創(chuàng)造的，植物是地球上唯一可以把太陽(yáng)可見(jiàn)光部分的輻射能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的生物，如果沒(méi)有植物的光合作用，CCC認(rèn)證，地球上就不會(huì)有動(dòng)物和人類，植物的光合作用是依靠有機(jī)物生存的其他生命的基礎(chǔ)。植物光合作用的研究表明，植物對(duì)太陽(yáng)光不同波長(zhǎng)的吸收是不同的，植物的光合作用主要依靠藍(lán)光與紅光這兩部分進(jìn)行，用人造光源代替太陽(yáng)光時(shí)，產(chǎn)業(yè)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(diǎn)，因?yàn)長(zhǎng)ED光源本身只能發(fā)出單一波長(zhǎng)的光，LED光源發(fā)光波長(zhǎng)在380nm到735nm范圍內(nèi)可以人為的控制，而其他光源幾乎無(wú)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(jié)能的。采用LED技術(shù)對(duì)植物光合作用的光質(zhì)、光量、光周期的控制性能優(yōu)于其他人造光源。

　　植物工廠的核心技術(shù)

　　1）、植物的光合作用實(shí)質(zhì)上是對(duì)太陽(yáng)輻射的光子的生物化學(xué)反應(yīng)，植物的光合作用是由太陽(yáng)輻射的光子產(chǎn)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(jiǎn)稱PARS，如果用“照明”概念下的流明、照度等參數(shù)標(biāo)定植物的光合作用會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用錯(cuò)誤，LED植物人工輻射源波長(zhǎng)范圍在太陽(yáng)輻射范圍內(nèi)，對(duì)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(guān)鍵作用，植物工廠要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期最小化且供貨周期固定的生產(chǎn)模式，戶外照明，生產(chǎn)環(huán)境的溫度與濕度的控制可以保證植物在最佳溫度環(huán)境的快速生長(zhǎng)，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(biāo)。

　　3）、植物工廠一般采用水培或者霧培的種植方式，3c認(rèn)證，這兩種方式的基質(zhì)是營(yíng)養(yǎng)液，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的成分指標(biāo)的自動(dòng)化控制也是保證植物工廠最小周期生產(chǎn)的主要手段，車間照明，營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)化控制主要包括：液溫、EC、ph、溶氧以及營(yíng)養(yǎng)液成分的補(bǔ)充、營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)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(zhǎng)環(huán)境的二氧化碳濃度控制也是保證植物快速生長(zhǎng)的條件之一，在植物工廠的環(huán)境控制系統(tǒng)中，都設(shè)置有二氧化碳濃度控制裝置，同時(shí)，植物光合作用產(chǎn)生的氧氣也需要采用過(guò)濾通風(fēng)設(shè)備排出。空氣過(guò)濾裝置也有效防止病菌的侵入，在植物工廠里，農(nóng)作物幾乎沒(méi)有病蟲(chóng)害的襲擾。

　　5）、植物工廠的數(shù)據(jù)檢測(cè)與傳輸采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境檢測(cè)、營(yíng)養(yǎng)液檢測(cè)等數(shù)據(jù)需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，植物工廠的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用，各種傳感器與控制器大多采用控制簡(jiǎn)單、距離短、功耗小、低速率的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。

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