1. Teknik prensip: Işık kalitesi düzenlemesinin moleküler düzeyde tasarlanması
Bitkiler ışığı nasıl kullanacakları konusunda oldukça seçicidirler. Bitkiler fotosentez için yalnızca 400 ila 700 nm arasındaki görünür ışığı (güneş radyasyonunun %43 ila %52,5'ini oluşturur) kullanabilir. Kırmızı ışık (610 ila 720 nm) ve mavi ışık (400 ila 510 nm) ana emilim zirveleridir, bu nedenle bunlara bitkilerin "hafif gübresi" denir. LED bitki ışıkları, belirli dalga boylarında monokromatik ışık göndermek için yarı iletken malzemelerin fotoelektrik özelliklerini kullanır. Ayrıca ince spektrum kontrolü elde etmek için çip kombinasyonlarını da kullanıyorlar.
Örneğin, kırmızı ışık (660nm) bitkilerin çiçek açmasına, meyve vermesine ve C vitamini yapmasına yardımcı olurken, mavi ışık (450nm) bitkilerin klorofil yapmasına, gövde ve yaprakların büyümesine yardımcı olan ana ışıktır. Araştırmalar, marul yetiştiriciliğinde 4:1'lik kırmızı/mavi ışık oranının yaprak klorofil içeriğini %23 artırdığını ve büyüme oranını %18 hızlandırdığını; benzer şekilde çilek yetiştiriciliğinde kırmızı/mavi ışığın 5:1 oranında kullanılması meyve şekeri içeriğini %15 oranında artırır ve pazarlanma süresini 10 gün kısaltır. Ayrıca uzak kırmızı ışık (730nm) eklemek, bitkilerin boğum aralarının uzunluğunu değiştirebilir. UV ışığının (380-400nm) eklenmesi zararlıları ve hastalıkları uzak tutabilir ve ikincil metabolitlerin miktarını artırabilir.
2. Asıl fayda, "Enerji Kara Deliği"nden "Işık Verimliliği Devrimi"ne geçiştir.
Yüksek-basınçlı sodyum lambalar ve metal halojenür lambalar, üç büyük sorunu olan iki tür geleneksel sera aydınlatmasıdır: spektrumları sabittir ve değiştirilemez, çok fazla ısı yayarlar ve çok fazla elektrik kullanırlar. Örneğin, 1000 W'lık yüksek-basınçlı bir sodyum lambası, fotosentetik olarak aktif radyasyonunun (PAR) yalnızca %30'unu kullanılabilir ışığa dönüştürür. Ayrıca seranın içindeki sıcaklığı yükselten ve ekstra bir soğutma sistemi gerektiren çok sayıda kızılötesi termal radyasyon üretir. Üç önemli teknolojik gelişme LED bitki ışıklarını devrim niteliğinde hale getirdi:
Spektrum özelleştirme: LED çiplerinin düzenini değiştirerek monokromatik ışığın tam spektrum ışığa istediğiniz oranını yapabilirsiniz. Weizhaoye Optoelektronik'in "tam döngü spektral şeması", fide aşamasında köklerin büyümesine yardımcı olmak için çok miktarda mavi ışık (%40), vejetatif büyüme aşamasında yaprakların büyümesine yardımcı olmak için çok miktarda kırmızı ışık (%60) ve üreme büyüme aşamasında çiçeklerin açmasına yardımcı olmak için biraz uzak kırmızı ışık (%10) kullanır.
Soğuk ışık kaynağının özellikleri: LED'lerin ışık verimliliği 200lm/W'den fazladır ve ısının %5'inden azı termal radyasyon yoluyla kaybolur. Bunları soğutmak için başka bir ekipmana gerek yoktur. Lianyungang'ın kelebek orkide yetiştirme odasındaki Yuntai Çiftliği'ndeki LED sistemi, katmanlar arasındaki mesafeyi olağan 1,5 metreden 0,6 metreye indiriyor ve belirli bir alanda yetiştirilebilecek bitki sayısını üç katına çıkarıyor.
Enerji kullanımında devrim: LED bitki ışıkları, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürme konusunda yüksek-basınçlı sodyum lambalara göre üç kat daha iyidir. Hollanda'daki Wageningen Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, domates fabrikası üretimine LED ışıkların eklenmesinin, meyvenin kilogramı başına enerji kullanımını 5,2 kWh'den 1,8 kWh'ye ve gübre kullanımını da %30 azaltabileceğini buldu.
3. Uygulama senaryosu: laboratuvardan sanayileşmeye kadar komple zincir kapsamı
Serada bitki yetiştirmek: LED ekstra aydınlatma, kışın her zaman az ışıklı ve gölgeli olan kuzey bölgelerinde salatalık verimini %40, domates C vitamini düzeylerini ise %25 artırabilir. Weizhaoye Optoelectronics, Pekin'deki Xiaotangshan'daki sera için çift-modlu bir ek aydınlatma sistemi tasarladı. Işık şiddeti 200 μ mol/m²/s'nin altına düştüğünde otomatik olarak açılır. Bu, yapraklı sebzelerin büyüme döngüsünü 15 gün kısaltır.
Bitkiler için fabrika: LED sistemleri, tamamen yapay bir ışık ortamında alandan en iyi şekilde yararlanmak için çok-katmanlı üç-boyutlu kültürü kullanır. Şanghay Sunqiao Modern Tarımsal Kalkınma Bölgesi, 10 katmanlı dikey ekim çerçevesi ve gelişmiş bir ışık ortamı kontrol sistemi kullanıyor. Bu, standart seralara göre metrekare başına 10 kat daha fazla ürün yetiştirmelerine ve %90 daha az su kullanmalarına olanak tanıyor.
Araştırma ve üreme: LED'ler bitki fotobiyolojisi çalışmaları için mükemmeldir çünkü spektrum özellikleri kontrol edilebilir. Çin Tarım Bilimleri Akademisi Sebze ve Çiçek Araştırma Enstitüsü, ışık yalnızca 300 μ mol/m²/s olduğunda bile fotosentetik verimliliğini %85'te tutabilen "Zhongvegetable 606" domates çeşidini test etmek için ayarlanabilir bir spektral LED platformu kullandı.
Özel çevresel bitkilendirme: LED bitki ışıkları artık Antarktika araştırma istasyonları ve uzay araçları gibi koşulların çok zorlu olduğu yerlerde yaşam destek sistemlerinin en önemli parçaları haline geldi. Çin'in Antarktika'daki Çin Seddi İstasyonu serası, tüm yıl boyunca marul ve çilek yetiştirmek için tam spektrumlu bir LED sistemi kullanıyor. Sistem, Dünya yüzeyinin %92'si kadar fotosentetik verime sahiptir.
