冬吃西瓜夏吃柿？让植物逆生长，LED 植物灯有多神奇？

编辑手记：

植物照明，近年来照明行业越来越火的一个词汇。作为植物生长的人工光源，LED 植物照明的发展与植物工厂的商业化息息相关。近年来，得益于植物工厂商业化加速，国内 LED 植物照明快速发展。在去年的光亚展和双创周上都出现了“植物工厂＋”的概念产品，并得到了广大参展商的关注。

如今，植物照明广泛应用于植物工厂、植物景观以及育种照明三个领域，而目前最主要的市场是植物工厂。在植物工厂中，万物生长靠灯光，只需要弄清楚不同植物对水、光、肥的需要，就可以定制生长条件，打破它的地域性、季节性限制，只要温度、光照等因素合适，冬吃西瓜夏吃柿，也是完全没问题滴。

上期，我们主要探讨了植物照明的机制和特性，本期我们再来跟随许东老师的脚步来深入探讨 LED 植物灯的秘密。

LED 与 LED 植物灯介绍

文 | 许东

LED 是发光二级管（Light Emitting Diode）的英文缩写，属于半导体器件，1962 年 LED 开始应用，1993 年以前，LED 只有红光、绿光、黄光器件，主要用作指示灯，1993 年蓝光 LED 实现了工业化生产，四元素红光 LED 与蓝光 LED 应用在植物种植中逐渐得到发展，LED 应用在照明领域称之为半导体固态照明 SSL（Solid State Lighting），LED 应用在植物种植称之为植物人工辐射源 PARS（LED Plant Artificial Radiation Sources）。

LED 用于植物种植具有以下特点：

对于植物灯的研制，我们依据的是太阳辐射与植物光合作用的体系进行的。所以，对于 LED 光源也需要从 LED 的光谱分析开始，图8是 LED 植物灯常用的波长的光谱图，可以看出，每种波长的光谱中，波形单一平滑，无其他杂波，波形态与植物光合作用的峰值波长形态接近，可以提供多波段的组合。

图8：各种波长的 LED 的光谱图

针对不同的植物，按照其吸收光谱的特性，把这些不同波长的 LED 按比例组合在一起，形成多波段的人工辐射源，波长的组合和辐射量大小与植物品种有关，不同波长的 LED 辐射能量与 LED 本身的辐射特性有关，LED 辐射效率与封装厂的品质有关，需要专业仪器进行物理分析才能确定配比组合。

图9是 LED 植物灯的光谱对比图，从图中可以看出，LED 植物灯的光谱图与植物色素吸收光谱形态接近，但 LED 植物灯不能仿制色素吸收光谱图，需要参考莫克利曲线与科学实验得出。

图9：LED 植物灯与色素光谱图对比关系

对于 LED 植物灯的关键技术是结构散热和二次光学设计，其他方面可以参考《LED 植物灯光谱该如何设计？》文章。这里，只是介绍我们设计植物灯的技术支撑。

目前灯具散热技术已较为成熟，灯具内的散热支架可以配备反射杯和透镜，实现多种光学输出角度，同时，还具备防静电能力，使产品寿命得到根本保证。图11是各种光输出角度的散热支架。

图11：各种光输出角度的散热支架

辐射效率方面，在反射杯的反射面涂有特殊的反射涂层大大提高了光的输出效率，同时，通过光学设计的手法，使得反射中心与边缘的光强度趋于均匀化，辐射面的辐射均匀度得到极大的改善。如图12所示，合理的光学设计生成最适合植物生长的配光曲线。

图12：二次光学设计

在产品应用评估方面，一般在产品研制前，都需要通过仿真技术来做仿真模拟，预先分析产品应用的光分布数据与效果。图13是这些分析的图示。

图13：设计效果的工业仿真技术

图：仿真与产品应用

以采用模组化的光学引擎(light engine)概念设计的 BG5D 产品为例。

模组在集装箱植物工厂种植的应用，每平方米需要 68W 的耗电功率，DLA 达到 10，蔬菜种植效果良好，右边是育苗的应用。

以上参数为植物灯最基本的参数标注，是专业的表达方式，应用者根据这些参数才能较好的应用产品，如果光质包括 UV 或者 IR，可以参考《LED植物灯光谱该如何设计？》文章。

植物人工辐射源最终设计目标是实现低能耗且高效率的植物种植，因此，植物灯设计相比照明产品设计过程要复杂很多，首先需要了解种植工艺的要求，温室应用需要测试种植环境的 DLI，植物灯的光谱形态与二次光学设计需要专业设计，植物灯的设计依赖设计经验与技术支撑能力。

目前，植物灯的光谱设计的光质与光量均属于企业相对保密的内容，所以，具体的光质与光量与应用这里没有过多的叙述，可以有这样的共识：企业需要面向市场去盈利，要有技术服务与技术能力，植物灯光谱很容易被破解，但技术服务与技术能力不在破解范畴，只有自身具备优秀的技术，市场营销才能有保证。植物灯在种植工艺里仅仅是条件之一，并非唯一，植物灯只有符合种植工艺的要求，才能发挥最佳的效果。

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