用生长灯帮助植物茁壮成长

作者: Digi-Key 工程师 Lindsay Foy ; Ryan Heley

如果要评选当前的热门话题,我绝对会投园艺照明一票。随着发光二极管(LED)价格的下跌,制造商的市场心态上升以及立法上的观念转变,我们的工程部门收到了诸如“我该怎么做?”和“我从哪里开始?”等一系列问题。作为一名明尼苏达州的园艺专家和Digi-Key的技术人员,这似乎是我个人更加感兴趣的研究主题之一。不过我既不是植物学家,也不是光电学专业的电气工程师;但我认为我可以很好地掌握这些领域中的相关主题。希望本帖及其测试结果能帮你找到正确的思考方向,从而为植物打造适合的照明效果。

光与植物反应背后的科学

你也许能回忆起中学科学课上学习的叶绿素基本知识。叶绿素是一种光合作用的化合物,可使植物吸收阳光并将其转化为能量,从而支撑植物生长、繁荣、开花结果。

叶绿素可再分为 叶绿素 a叶绿素 b 。叶绿素b经过优化可吸收460nm波长的阳光光谱,而叶绿素a则可吸收650nm波长的能量。

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来源:《欧司朗白皮书: LEDs for horticultural lighting applications

当然,植物的生长还涉及许多科学元素,而不仅仅是叶绿素吸收。不同的光谱可以引发不同的植物反应,例如开花、结果和植物发育。曝光时间(称为光周期)也会产生影响。例如,一品红需要13个小时的不间断黑暗和11个小时的光照才能形成那些鲜红色的叶子。

利用LED代替广谱光源的优势在于,LED可以自定义光谱配方以引发所需的植物反应。(微管理员们,欢呼起来!)你需要回答一个问题:你究竟想用灯光来实现何种效果?因为这个答案会影响你要在设计中使用的LED。

欧司朗的LEDs for horticultural lighting applications是一本奇妙的白皮书,其中一个部分详细说明了特定植物结果对应的光谱。查找第8页上的“典型的照明配方”。

与其他光源(如荧光灯和高压钠灯)相比,LED的效率更高且使用寿命更长。

其他光源简介:

荧光灯具

荧光灯具适合于园艺爱好者,主要是因为其成本较低且易于使用。挂上灯具、装上灯泡就搞定了。这些灯泡级联形成一种白光,由不同的波长组成,因此覆盖了很宽的光谱:
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来源:维基百科的色温: https://en.wikipedia.org/wiki/Color_temperature

荧光灯称为T12、T8和T5。字母T表示该灯为管状,而数字表示其直径(以英寸为单位),即以八为分母、该数字为分子(T 5 = 5 /8英寸;T 8 = 8 /8或1英寸;T 12 = 12 /8或1½英寸)。

多年来,我借助两个双灯泡车间灯具和一个便宜的机械计时器来帮助天竺葵和多肉植物过冬并发芽。但是对于商业园艺师而言,还需要寻求其他解决方案,这主要是因为荧光灯不适合在大范围内提供照明而且效率不高。

高压钠( HPS )灯

HPS灯用于较大的温室应用中,可提供高强度的光,但无节能效果。这些灯非常巨大且昂贵,并且还有其他要求,例如预热和冷却时间。
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来源: http://horteng.envsci.rutgers.edu/conspics.htm

设计自己的 LED 植物生长灯具

从头开始

我们针对此类应用准备的大部分都是表面贴装LED,位于“LED照明—彩色”类别中。对于新手而言,你需要为自己的应用选择首选波长。如果你要打造通用的生长光,可以试着使用产生叶绿素的光谱460和650nm。

但我不想制作 PCB……

另一种选择是利用上面直接焊有LED的模块。这些类型的模块包含在我们的LED 照明 - COB,引擎,模块,灯条部分中。你同样需要选择适合所需的植物反应的波长。


Opulent America s 提供的 LST1-01F06-RYL1-00 Digi-Key 编号 1672-1131-ND ),其在星形板上装有 455nm 欧司朗 OSLON LED Q65112A0793 Digi-Key 编号 475-3273-1-ND

这些类型的LED可能更加易于使用,但你仍然需要绘制原理图并为设计选择合适的LED驱动器。你还必须考虑散热方面的问题——如有疑问,请尽可能使LED散热。

还有什么更加完善的吗?

另一个更接近于成品的选择是Digi-Key系统中用于生长灯应用的PCB LED板(零件编号1121-1640-ND)。该PCB长12英寸,包括12个660nm LED和7个460nm LED。规格书建议使用驱动器1121-1048-ND(如果仅使用一块LED板的话),并使用1121-1087-ND来并行驱动两块LED板。


Thomas Research Products 提供的 132541 Digi-Key 编号 1121-1640-ND

生长灯设计实例

我使用星形板以及驱动器和交流输入电缆制造了一个小型生长灯具,可覆盖5"x5"的小区域,适用于单个植物:

1个1866-1114-ND:LED驱动器——9-36V,350mA $8(¥66.90)
2个1672-1127-ND:450nm COB星形板,每个$7(每个¥56.79)
2个1672-1129-ND:660nm COB星形板,每个$8(每个¥62.71)
1个Q114-ND:交流电缆,6’ $3(¥21.20)

总成本:零件价格 $41(¥327)


其他实用信息

另外,下面再介绍一种适合1121-1640-ND LED灯条的散热方法。

利用两个尺寸为50mm的风扇使散热器保持凉爽。由于风扇总是朝着贴纸的一侧吹,因此可以用一块VHB胶带将风扇安装在散热器的两侧,可以起到很好的效果。风扇可以吸入外部空气,并通过散热器的散热翅片将其吹散,从而保持正常的运转温度。由于风扇是12VDC,因此建议使用单独的12VDC电源。以下是零件的示例列表:

单击此处查看987-1302-ND | 364-1254-ND | 3M9825-ND | 1121-1640-ND | 1121-1221-ND | ATS2189-ND | MB50151V1-000U-A99

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英文原文链接:Growing Something Great with Grow Lights