Super kirkkaat valkoiset LEDit. LEDit kasveille, valikoima LED-lamppuja Kuinka saada LEDit vilkkumaan

Se ei olisi ollut mahdollista, jos ei olisi keksitty teknologiaa todellisen valkoisen saamiseksi. Loppujen lopuksi tehokkainkaan LED-lamppu ei todennäköisesti löydä massasovellusta, jos se ei loista valkoisena. LEDissä sähkövirta muunnetaan suoraan valosäteilyksi, ja teoriassa tämä voidaan tehdä lähes häviöttömästi. Itse asiassa LED lämpenee hieman, mikä tekee siitä erittäin kätevän. LED säteilee kapeassa osassa spektriä, sen väri on puhdas, eikä siinä ole haitallisia ultravioletti- ja infrapunasäteilyn lisäkomponentteja.

Kestävä ja luotettava, ja käyttöikä voi olla 20 vuotta. Mutta tämä ei ole raja. Jotkut yritykset ovat alkamassa tuoda tuotantoon uusinta kehitystä, joka mahdollistaa LED-laitteiden käyttöiän nostamisen jopa 100 vuoteen! Joten miten saat valkoista valoa LEDeihin? On olemassa useita tapoja tehdä valkoinen LED.

1. Keltainen-vihreä tai vihreä-punainen loisteaine levitetään siniseen LEDiin niin, että päästöt sekoittuvat muodostaen lähes valkoista valoa.
2. UV-LEDin pinnalle levitetään kolme sinistä, vihreää ja punaista valoa säteilevää fosforia.
3. RGB-värien sekoitus. Punaiset, siniset ja vihreät LEDit sijoitetaan tiiviisti yhdelle matriisille, jonka säteily sekoitetaan optisella järjestelmällä ja saadaan valkoista valoa.


Käytännössä yleisimmin käytetään sinistä LEDiä keltaisella loisteaineella ja ultravioletti-LEDiä valkoisella loisteaineella. mahdollisti tällaisen valaistuksen käyttöönoton kaikilla elämän ja teollisuuden aloilla. Nyt LED-lamppujen käyttö valonlähteinä on moninkertaisesti parempi kuin perinteisiä valonlähteitä käyttävät valaistuslaitteet niiden kiistattomien etujen vuoksi.


Tehokkaat valkoiset LEDit ovat saatavilla pinta-asennuspakkauksissa, jotka mahdollistavat tehokkaan piirilevyn valmistuksen ja vakiojuottoprosessit ilman liimojen tai lisävarusteiden tarvetta. Joka vuosi maailman johtavat kampanjat tekevät yhä enemmän parannuksia valovirran ja valotehokkuuden sekä LEDien luotettavuuden lisäämiseksi.

Keskustele artikkelista VALKOINEN LEDIT

Fotosynteesin intensiteetti punaisessa valossa on maksimi, mutta pelkästään punaisessa valossa kasvit kuolevat tai niiden kehitys häiriintyy. Esimerkiksi korealaiset tutkijat ovat osoittaneet, että puhtaalla punaisella valaistuna kasvatetun salaatin massa on suurempi kuin punaisen ja sinisen yhdistelmällä, mutta lehdet sisältävät huomattavasti vähemmän klorofylliä, polyfenoleja ja antioksidantteja. Ja Moskovan valtionyliopiston biologinen tiedekunta havaitsi, että kiinankaalin lehdissä kapeakaistaisessa punaisessa ja sinisessä valossa (verrattuna natriumlampulla valaistuun) sokerien synteesi vähenee, kasvu estyy ja kukintaa ei tapahdu.

Riisi. 1 Leanna Garfield, Tech Insider - Aerofarms

Millaista valaistusta tarvitaan, jotta saadaan täysin kehittynyt, suuri, tuoksuva ja maukas kasvi, jolla on kohtuullinen energiankulutus?

Kuinka arvioida lampun energiatehokkuutta?

Tärkeimmät mittarit fytolightin energiatehokkuuden arvioimiseksi:

  • Fotosynteettinen fotonivuo (PPF), mikromooleina joulea kohden, eli 400–700 nm:n alueella olevien valokvanttien lukumääränä, jotka 1 J sähköä kuluttava lamppu säteilivät.
  • Yield Photon Flux (YPF), tehollisina mikromoleina joulea kohti, eli kvanttien lukumääränä 1 J sähköä kohti, kun otetaan huomioon tekijä - käyrä McCree.
PPF tulee aina hieman korkeammalle kuin YPF(käyrä McCree normalisoituu yhteen ja on pienempi kuin yksi suurimmassa osassa aluetta), joten ensimmäinen mittari on hyödyllinen kalustemyyjille. Toinen mittari on ostajille edullisempi, koska se arvioi energiatehokkuutta paremmin.

HPS-tehokkuus

Suuret maatalousyritykset, joilla on laaja kokemus ja jotka laskevat rahaa, käyttävät edelleen natriumlamppuja. Kyllä, he suostuvat mielellään ripustamaan heille toimitetut LED-lamput koesänkyjen päälle, mutta he eivät suostu maksamaan niistä.

Kuvasta Kuvasta 2 voidaan nähdä, että natriumlampun hyötysuhde riippuu voimakkaasti tehosta ja saavuttaa maksiminsa 600 W:lla. Tyypillinen optimistinen arvo YPF natriumlampulle 600-1000 W on 1,5 eff. µmol/J. Natriumlamppujen 70–150 W teho on puolitoista kertaa pienempi.


Riisi. 2. Tyypillinen kasveille tarkoitetun natriumlampun spektri (vasemmalla). Kasvihuonemerkkien kaupallisten natriumlamppujen tehokkuus lumeneina wattia kohden ja tehokkaina mikromooleina Cavita, E Papillon, "Galad" ja "Reflax" (oikealla)

Mikä tahansa LED-lamppu, jonka hyötysuhde on 1,5 eff. µmol/W ja hyväksyttävä hinta voidaan pitää natriumlampun arvoisena korvaajana.

Punasinisten kasvilamppujen epäilyttävä tehokkuus

Tässä artikkelissa emme esitä klorofyllin absorptiospektrejä, koska on väärin viitata niihin keskustelussa elävän kasvin valovirran käytöstä. Klorofylli in vitro, eristetty ja puhdistettu, absorboi vain punaista ja sinistä valoa. Elävässä solussa pigmentit absorboivat valoa koko alueella 400–700 nm ja siirtävät sen energiaa klorofyllille. Arkin valon energiatehokkuus määräytyy käyrällä " Mc Cree 1972» (Kuva 3).


Riisi. 3. V(λ) - henkilön näkyvyyskäyrä; RQE on laitoksen suhteellinen kvanttitehokkuus ( McCree 1972); σ r Ja σ fr- fytokromin punaisen ja kaukaa punaisen valon absorptiokäyrät; B(λ) - sinisen valon fototrooppinen tehokkuus

Huomaa: maksimi hyötysuhde punaisella alueella on puolitoista kertaa korkeampi kuin minimi - vihreällä. Ja jos lasket tehokkuuden keskimäärin hieman leveällä kaistalla, erosta tulee vielä vähemmän havaittavissa. Käytännössä osan energian jakautuminen punaiselta alueelta vihreälle toisinaan päinvastoin parantaa valon energiatoimintoa. Vihreä valo kulkee lehtien paksuuden läpi alemmille kerroksille, kasvin tehokas lehtipinta-ala kasvaa dramaattisesti ja esimerkiksi salaatin sato kasvaa.

Kasvivalaistus valkoisilla LEDeillä

Työssä tutkittiin valaistuslaitosten energiakelpoisuutta yleisillä valkovaloisilla LED-lampuilla.

Valkoisen LEDin ominaisspektrimuoto määräytyy:

  • lyhyiden ja pitkien aaltojen tasapaino, korreloi värilämpötilan kanssa (kuva 4, vasen);
  • spektrin käyttöaste, joka korreloi värintoiston kanssa (kuva 4, oikea).


Riisi. 4. Valkoisen LED-valon spektrit, joilla on sama värintoisto, mutta erilainen CCT-värilämpötila (vasemmalla) ja samalla värilämpötilalla ja eri värintoistolla Ra (oikealla)

Erot valkoisten diodien spektrissä, joilla on sama värintoisto ja sama värilämpötila, ovat tuskin havaittavissa. Siksi voimme arvioida spektririippuvaisia ​​parametreja vain värilämpötilan, värintoiston ja valotehokkuuden perusteella - parametrit, jotka on kirjoitettu perinteisen valkoisen valon lampun etikettiin.

Sarjavalkoisten LEDien spektrien analyysin tulokset ovat seuraavat:

1. Kaikkien valkoisten LEDien spektrissä, jopa alhaisella värilämpötilalla ja maksimaalisella värintoistolla, kuten natriumlampuilla, on hyvin vähän kaukopunaista (kuva 5).


Riisi. 5. Valkoinen LED-spektri ( LED 4000K Ra= 90) ja natriumvalo ( HPS) verrattuna kasvin siniselle herkkyyden spektrifunktioihin ( B), punainen ( A_r) ja pitkä punainen valo ( A_fr)

Luonnollisissa olosuhteissa vieraiden lehtien varjostama kasvi saa enemmän punaista kuin läheltä, mikä valoa rakastavissa kasveissa laukaisee "varjostusoireyhtymän" - kasvi venyy ylöspäin. Esimerkiksi tomaatit kasvuvaiheessa (ei taimet!) Kaukan punaista tarvitaan venymään, lisäämään kasvua ja kokonaispinta-alaa ja siten satoa tulevaisuudessa.

Näin ollen valkoisten LEDien ja natriumvalon alla kasvi tuntuu avoimen auringon alla eikä veny ylöspäin.

2. Sinistä valoa tarvitaan "auringon seuranta" -reaktioon (kuva 6).


Riisi. 6. Fototropismi - lehtien ja kukkien kääntäminen, varsien venyttäminen valkoisen valon siniseen komponenttiin (kuva Wikipediasta)

Yhdessä watissa 2700 K valkoista LED-valovirtaa on kaksi kertaa enemmän fytoaktiivisia sinisiä komponentteja kuin yhdessä watissa natriumvaloa. Lisäksi kasviaktiivisen sinisen osuus valkoisessa valossa kasvaa suhteessa värilämpötilaan. Jos esimerkiksi koristekukkia on käännettävä ihmisiä kohti, ne tulee valaista tältä puolelta voimakkaalla kylmällä valolla, jolloin kasvit avautuvat.

3. Valon energia-arvo määräytyy värilämpötilan ja värintoiston perusteella, ja se voidaan määrittää 5 %:n tarkkuudella kaavalla:

missä on valoteho lm/W, on yleinen värintoistoindeksi, on korreloitu värilämpötila Kelvin-asteina.

Esimerkkejä tämän kaavan käytöstä:

V. Arvioidaan valkoisen valon parametrien pääarvoille, mikä pitäisi olla valaistus, jotta saadaan esimerkiksi 300 eff tietylle värintoistolle ja värilämpötilalle. µmol/s/m2:


Voidaan nähdä, että korkean värintoiston lämpimän valkoisen valon käyttö mahdollistaa jonkin verran heikomman valaistuksen käytön. Mutta jos otamme huomioon, että lämpimän valon LEDien valotehokkuus korkealla värintoistolla on jonkin verran pienempi, käy selväksi, että on mahdotonta voittaa tai hävitä energisesti merkittävästi valitsemalla värilämpötila ja värintoisto. Voit säätää vain fytoaktiivisen sinisen tai punaisen valon osuutta.

B. Arvioi tyypillisen yleiskäyttöisen LED-valon soveltuvuus mikrovihreille.

Anna valaisimen, jonka koko on 0,6 × 0,6 m, kuluttaa 35 W, jonka värilämpötila on 4000 TO, värintoisto Ra= 80 ja valoteho 120 lm/W. Silloin sen tehokkuus on YPF= (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) eff. µmol/J = 1,5 eff. µmol/J. Mikä kerrottuna kulutetulla 35 W:lla on 52,5 eff. µmol/s.

Jos tällainen valaisin lasketaan riittävän alas mikroviherpetiin, jonka pinta-ala on 0,6 × 0,6 m = 0,36 m 2 ja näin vältetään valon häviäminen sivuille, valaistustiheydeksi tulee 52,5 eff. µmol / s / 0,36 m 2 \u003d 145 eff. µmol/s/m2. Tämä on noin puolet yleisesti suositelluista arvoista. Siksi lampun teho on myös kaksinkertaistettava.

Erityyppisten lamppujen fytoparametrien suora vertailu

Verrataanpa vuonna 2016 valmistetun perinteisen toimisto-LED-kattovalaisimen kasviparametreja erityisiin fytolampuihin (kuva 7).


Riisi. 7. Vertailevat parametrit tyypillisestä 600 W natriumlampusta kasvihuoneisiin, erikoistuneen LED-fytolampun ja tilojen yleisvalaistukseen

Voidaan nähdä, että tavanomainen yleisvalaisin, jonka hajotin on poistettu kasveja valaistaessa, ei ole energiatehokkuudeltaan huonompi kuin erikoistunut natriumlamppu. Voidaan myös nähdä, että punainen-sininen valofytolamppu (valmistajaa ei ole nimetty tarkoituksella) on valmistettu alemmalla teknisellä tasolla, koska sen täysi hyötysuhde (valovirran tehon suhde watteina verkosta kulutettuun tehoon) on huonompi kuin toimistolampun hyötysuhde. Mutta jos puna-sinisten ja valkoisten lamppujen tehokkuus olisi sama, niin myös kasviparametrit olisivat suunnilleen samat!

Spekreistä näkyy myös, että punasininen fytolamppu ei ole kapeakaistainen, sen punainen kyhmy on leveä ja sisältää paljon enemmän punaista kuin valkoisen LED- ja natriumlampun. Tapauksissa, joissa tarvitaan punaista, tällaisen valaisimen käyttö yksinään tai yhdessä muiden vaihtoehtojen kanssa voi olla tarkoituksenmukaista.

Valaistusjärjestelmän energiatehokkuuden arviointi kokonaisuutena:


Riisi. 8. Kasvivalaistusjärjestelmän auditointi

seuraava malli UPRtek-spektrometri PG100N valmistajan mukaan se mittaa mikromooleja neliömetriä kohti ja mikä tärkeintä, valovirtaa watteina neliömetriä kohti.

Valovirran mittaaminen watteina on erinomainen ominaisuus! Jos kerrot valaistun alueen valovirran tiheydellä watteina ja vertaat sitä lampun kulutukseen, valaistusjärjestelmän energiatehokkuus tulee selväksi. Ja tämä on nykypäivän ainoa kiistaton tehokkuuskriteeri, käytännössä eri valaistusjärjestelmissä se eroaa suuruusluokkaa (eikä useaan kertaan tai vielä enemmän prosentteina, sillä energiavaikutus muuttuu spektrin muodon muuttuessa).

Esimerkkejä valkoisen valon käytöstä

Esimerkkejä hydroponisten tilojen valaistuksesta sekä puna-sinisellä että valkoisella valolla on kuvattu (kuva 9).


Riisi. 9. Maatilat vasemmalta oikealle ja ylhäältä alas: Fujitsu, Terävä, Toshiba, lääkekasvitila Etelä-Kaliforniassa

Ristikon järjestelmä on hyvin tunnettu Lentofarmit(Kuva 1, 10), joista suurin rakennettiin lähellä New Yorkia. valkoisten LED-valojen alla Lentofarmit kasvattaa yli 250 kasvityyppiä ja korjata yli kaksikymmentä satoa vuodessa.


Riisi. 10. Maatila Lentofarmit New Jerseyssä ("Garden State") New Yorkin rajalla

Suorat kokeet, joissa verrataan valkoista ja puna-sinistä LED-valoa
On hyvin vähän julkaistuja tuloksia suorista kokeista, joissa verrataan valkoisten ja puna-sinisten LEDien alla kasvatettuja kasveja. Esimerkiksi Moskovan maatalousakatemia näytti vilauksen tällaisesta tuloksesta. Timiryazev (kuva 11).


Riisi. yksitoista. Jokaisessa parissa vasemmalla olevaa kasvia kasvatetaan valkoisten LEDien alla, oikealla - punaisen sinisen alla (alkaen esityksiä I. G. Tarakanova, Moskovan maatalousakatemian kasvifysiologian laitos. Timiryazev)

Pekingin ilmailu- ja avaruusyliopisto julkaisi vuonna 2014 tulokset laajasta tutkimuksesta, joka koski vehnää, joka on kasvatettu erityyppisten LEDien alla. Kiinalaiset tutkijat päättelivät, että on suositeltavaa käyttää valkoisen ja punaisen valon sekoitusta. Mutta jos katsot artikkelin digitaalista dataa (kuva 12), huomaat, että eri valaistustyyppien parametrien ero ei ole mitenkään radikaali.


Kuva 12. Tutkittujen tekijöiden arvot kahdessa vehnän kasvuvaiheessa punaisten, puna-sinisten, punavalkoisten ja valkoisten LEDien alla

Nykyään tutkimuksen pääpaino on kuitenkin korjata kapeakaistaisen puna-sinisen valaistuksen puutteita lisäämällä valkoista valoa. Esimerkiksi japanilaiset tutkijat ovat havainneet, että salaatin ja tomaattien massa ja ravintoarvo kasvavat, kun punaiseen valoon lisätään valkoista. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että jos kasvin esteettinen vetovoima kasvun aikana ei ole tärkeää, ei tarvitse kieltäytyä jo ostetuista kapeakaistaisista puna-sinisistä lampuista, lisäksi voidaan käyttää valkoisia valolamppuja.

Valon laadun vaikutus tulokseen

Ekologian peruslaki "Liebigin piippu" (kuva 13) sanoo: kehitys rajoittaa tekijää, joka poikkeaa muita enemmän normista. Esimerkiksi jos vesi, kivennäisaineet ja NIIN 2, mutta valon intensiteetti on 30% optimaalisesta arvosta - kasvi antaa enintään 30% suurimmasta mahdollisesta sadosta.


Riisi. 13. Esimerkki rajoittavan tekijän periaatteesta alkaen opetusvideo YouTubessa

Kasvin reaktio valoon: kaasunvaihdon intensiteetti, ravinteiden kulutus liuoksesta ja synteesiprosessit - määrittää laboratorio. Vasteet eivät kuvaa vain fotosynteesiä, vaan myös kasvu-, kukinta- ja maku- ja aromiainesynteesiä.

Kuvassa Kuva 14 esittää kasvin reaktion valon aallonpituuden muutokseen. Mintun, mansikoiden ja salaatin ravinneliuoksesta mitattiin natriumin ja fosforin kulutuksen intensiteetti. Tällaisten kaavioiden huiput ovat merkkejä tietyn kemiallisen reaktion stimulaatiosta. Kaaviot osoittavat, mitä jättää pois täydestä spektristä joidenkin alueiden säästämiseksi - se on kuin poistaisit osan pianon koskettimista ja soitaisit melodian loput.


Riisi. 14. Valon stimuloiva rooli mintun, mansikoiden ja salaatin typen ja fosforin oton kannalta (tiedot toimittaa Fitex)

Rajoittavan tekijän periaatetta voidaan laajentaa yksittäisiin spektrikomponentteihin - täysimittaiseen tulokseen tarvitaan joka tapauksessa täysi spektri. Joidenkin alueiden täydeltä spektriltä vetäytyminen ei johda merkittävään energiatehokkuuden kasvuun, mutta "Liebig-tynnyri" voi toimia - ja tulos on negatiivinen.
Esimerkit osoittavat, että tavallisella valkoisella LED-valolla ja erikoistuneella "puna-sinisellä fytovalolla" on suunnilleen sama energiatehokkuus kasveja valaistaessa. Mutta laajakaistavalkoinen täyttää kattavasti kasvin tarpeet, jotka eivät ilmaistu vain fotosynteesin stimuloinnissa.

Vihreän poistaminen jatkuvasta spektristä valon kääntämiseksi valkoisesta purppuraan on markkinointitemppu ostajille, jotka haluavat "erikoisratkaisun", mutta eivät ole päteviä asiakkaita.

valkoisen valon korjaus

Yleisimmillä yleiskäyttöisillä valkoisilla LEDeillä on huono värintoisto. Ra= 80, mikä johtuu ensisijaisesti punaisen värin puutteesta (kuva 4).

Spektrin punaisen puute voidaan korvata lisäämällä lamppuun punaisia ​​ledejä. Tällainen ratkaisu edistää mm. CREE. Liebigin piipun logiikka viittaa siihen, että tällainen lisäys ei haittaa, jos se on todella lisäys, eikä energian uudelleenjako muilta alueilta punaisen hyväksi.

Mielenkiintoista ja tärkeää työtä teki vuosina 2013–2016 Venäjän tiedeakatemian biolääketieteellisten ongelmien instituutti: he tutkivat, kuinka valkoisten LEDien 4000 lisääminen valoon vaikuttaa kiinankaalin kehitykseen. TO / Ra= 70 valoa kapeakaistaista punaista LEDiä 660 nm.

Ja selvisi seuraavaa:

  • LED-valossa kaali kasvaa samalla tavalla kuin natriumin alla, mutta siinä on enemmän klorofylliä (lehdet ovat vihreämpiä).
  • Sadon kuivapaino on lähes verrannollinen kasvin vastaanottamaan valon kokonaismäärään mooliina. Enemmän valoa - enemmän kaalia.
  • C-vitamiinin pitoisuus kaalissa kasvaa hieman valaistuksen lisääntyessä, mutta lisääntyy merkittävästi, kun valoa lisätään punaiseen valkoiseen.
  • Punaisen komponentin osuuden merkittävä kasvu spektrissä lisäsi merkittävästi nitraattien pitoisuutta biomassassa. Minun piti optimoida ravintoliuos ja lisätä osa typestä ammoniummuodossa, jotta en ylittäisi nitraattien MPC-arvoa. Mutta puhtaan valkoisessa valossa oli mahdollista työskennellä vain nitraattimuodon kanssa.
  • Samanaikaisesti punaisen osuuden kasvulla kokonaisvalovirrassa ei ole juuri mitään vaikutusta sadon massaan. Toisin sanoen puuttuvien spektrikomponenttien täydentäminen ei vaikuta sadon määrään, vaan sen laatuun.
  • Punaisen LEDin korkeampi hyötysuhde mooliina wattia kohden tarkoittaa, että punaisen lisääminen valkoiseen on myös energiatehokasta.
Siten punaisen lisääminen valkoiseen on järkevää kiinankaalin tapauksessa ja täysin mahdollista yleisessä tapauksessa. Tietenkin biokemiallisella valvonnalla ja oikealla lannoitteiden valinnalla tietylle satolle.

Vaihtoehtoja spektrin rikastamiseen punaisella valolla

Kasvi ei tiedä, mistä valkoisen valon spektrin kvantti tuli ja mistä "punainen" kvantti tuli. Yhdessä LEDissä ei tarvitse tehdä erityistä spektriä. Eikä sinun tarvitse loistaa punaisella ja valkoisella valolla joistakin erityisistä kasvilampuista. Riittää, kun käyttää yleiskäyttöistä valkoista valoa ja lisäksi valaisee kasvi erillisellä punaisella valolampulla. Ja kun kasvin vieressä on henkilö, punainen lamppu voidaan sammuttaa liiketunnistimella, jotta kasvi näyttää vihreältä ja kauniilta.

Mutta myös päinvastainen päätös on perusteltu - loisteaineen koostumuksen valinnan jälkeen laajenna valkoisen LED-hehkun spektriä kohti pitkiä aaltoja tasapainottaen sitä niin, että valo pysyy valkoisena. Ja saat valkoista valoa erittäin korkealla värintoistolla, joka sopii sekä kasveille että ihmisille.

Avoimia kysymyksiä

On mahdollista tunnistaa kauko- ja lähellä punaisen valon suhteen rooli ja "varjon välttämisoireyhtymän" käytön tarkoituksenmukaisuus eri kulttuureissa. Voidaan väittää, mihin osiin aallonpituusasteikko kannattaa jakaa analyysissä.

Voidaan keskustella, tarvitseeko kasvi stimulaatio- tai säätelytoimintoon alle 400 nm vai yli 700 nm aallonpituuksia. Esimerkiksi on yksityinen viesti, että ultravioletti vaikuttaa merkittävästi kasvien kuluttajaominaisuuksiin. Muun muassa punalehtisalaattilajikkeita kasvatetaan ilman ultraviolettivaloa ja ne kasvavat vihreiksi, mutta ennen myyntiä niitä säteilytetään ultraviolettivalolla, ne muuttuvat punaisiksi ja menevät tiskille. Onko uusi mittari oikein? PBAR (kasvien biologisesti aktiivinen säteily) kuvattu standardissa ANSI/ASABE S640, Sähkömagneettisen säteilyn määrät ja yksiköt kasveille (fotosynteettiset organismit, määrää 280–800 nm:n alueen huomioon ottavan.

Johtopäätös

Ketjukaupat valitsevat vanhentuneempia lajikkeita, ja sitten ostaja äänestää ruplalla kirkkaampia hedelmiä. Ja melkein kukaan ei valitse makua ja tuoksua. Mutta heti kun rikastumme ja alamme vaatia enemmän, tiede tarjoaa välittömästi oikeat lajikkeet ja ravinneliuosreseptit.

Ja jotta kasvi voisi syntetisoida kaiken, mitä tarvitaan makuun ja aromiin, tarvitaan valaistus spektrillä, joka sisältää kaikki aallonpituudet, joihin kasvi reagoi, eli yleensä jatkuva spektri. Ehkä perusratkaisu on korkean värintoiston valkoinen valo.

Kiitos
Kirjoittaja ilmaisee vilpittömät kiitoksensa avusta artikkelin valmistelussa Venäjän federaation valtion tieteellisen keskuksen IMBP RAS:n tutkijalle, Ph.D. n. Irina Konovalova; Tatyana Trishina, Fitex-projektin johtaja; yrityksen asiantuntija CREE Mihail Chervinsky

Kirjallisuus

Kirjallisuus
1. Poika K-H, oi M-M. Kahden salaattilajikkeen lehtien muoto, kasvu ja antioksidanttiset fenoliyhdisteet, jotka on kasvatettu erilaisten sinisten ja punaisten valodiodien yhdistelmien alla // Hortscience. - 2013. - Vol. 48. – s. 988-95.
2. Ptushenko V.V., Avercheva O.V., Bassarskaya E.M., Berkovich Yu A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Zhigalova T.V., 2015. Mahdollisia syitä kiinankaalin kasvun hidastumiseen yhdistetyssä kapeakaistaisessa punaisessa ja sinisessä valossa verrattuna korkeapaineiseen valoon. Scientia Horticulturae https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.021
3. Sharakshane A., 2017, Kokonainen korkealaatuinen valoympäristö ihmisille ja kasveille. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
4. C. Dong, Y. Fu, G. Liu & H. Liu, 2014, Kasvu, fotosynteettiset ominaisuudet, antioksidanttikapasiteetti ja biomassan saanto ja laatu vehnän (Triticum aestivum L.) LED-valolähteille eri spektriyhdistelmillä
5. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D. et ai. Punaisten, sinisten ja valkoisten valodiodien vaikutukset hydroponisesti kasvatetun salaatin (Lactuca sativa L. var. capitata) kasvuun, kehitykseen ja syötäväksi laatuun // Scientia Horticulturae. – 2013. – V. 150. – S. 86–91.
6. Lu, N., Maruo T., Johkan M., et ai. Light-emitting diodien (LED) lisävalaistuksen vaikutukset tomaattien satoon ja korkealla istutustiheydellä kasvatettujen yksiristikkoisten tomaattikasvien laatuun // Environ. ohjata. Biol. - 2012. Voi. 50. – s. 63–74.
7. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., O.S. Yakovleva, A.I. Znamensky, I.G. Tarakanov, S.G. Radchenko, S.N. Lapach. Kasvivalaistuksen optimaalisten järjestelmien perustelu avaruuskasvihuoneelle "Vitacycl-T". Ilmailu- ja ympäristölääketiede. 2016. V. 50. Nro 4.
8. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Yakovleva O.S., Znamensky A.I., Tarakanov I.G., Radchenko S.G., Lapach S.N., Trofimov Yu.V., Tsvirko V.I. Vitamiinitilan kasvihuoneen LED-valaistusjärjestelmän optimointi. Ilmailu- ja ympäristölääketiede. 2016. V. 50. Nro 3.
9. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Smolyanina S.O., Pomelova M.A., Erokhin A.N., Yakovleva O.S., Tarakanov I.G. Valon säätöparametrien vaikutus nitraattien kertymiseen kiinankaalin (Brassica chinensis L.) maanpäälliseen biomassaan, kun sitä kasvatetaan LED-säteilyttimillä. Agrokemia. 2015. Nro 11.

Tunnisteet:

  • valoa
  • valaistus
  • fytolight
  • kasvit
  • nörttikasveja
  • LEDit
  • elämänlaatua
Lisää tageja

Sisäkasveilla ei aina ole tarpeeksi valoa kotona. Ilman tätä niiden kehitys on hidasta tai virheellistä. Tämän välttämiseksi voit asentaa LED-valoja kasveille. Juuri tämä lamppu pystyy antamaan tarvittavan värispektrin. käytetään laajalti kasvihuoneiden, viherhuoneiden, sisäpuutarhojen ja akvaarioiden valaistukseen. Ne korvaavat hyvin auringonvaloa, ovat edullisia ja niillä on pitkä käyttöikä.

Kasvien fotosynteesi on prosessi, joka tapahtuu riittävällä valolla. Myös seuraavat tekijät vaikuttavat oikeaan: ympäristön lämpötila, kosteus, valospektri, päivän ja yön pituus, hiilen riittävyys.

Valon riittävyyden määritys

Jos päätät asentaa lamppuja kasveille, sinun on tehtävä tämä mahdollisimman oikein. Tätä varten sinun on päätettävä, mistä kasveista puuttuu palkki ja mitkä se on tarpeeton. Jos valaistus on suunniteltu kasvihuoneeseen, on tarpeen säätää vyöhykkeistä, joilla on erilainen spektri. Seuraavaksi sinun tulee määrittää itse LEDien lukumäärä. Ammattilaiset tekevät tämän erityisellä laitteella - luksimittarilla. Voit myös tehdä laskelmia itse. Mutta sinun on kaivettava vähän ja suunniteltava oikea malli.

Jos projekti koskee kasvihuonetta, on olemassa yksi yleinen sääntö kaikenlaisille valonlähteille. Kun jousituksen korkeus kasvaa, valaistus heikkenee.

LEDit

Värisäteilyn spektrillä on suuri merkitys. Optimaalinen ratkaisu olisi punaiset ja siniset LEDit kasveille suhteessa kaksi: yksi. Se, kuinka monta wattia laitteessa on, ei ole iso asia.

Mutta useammin käytetään yhden watin. Jos diodit on asennettava itse, on parempi ostaa valmiita nauhoja. Voit kiinnittää ne liimalla, painikkeilla tai ruuveilla. Kaikki riippuu käytettävissä olevista rei'istä. Tällaisten tuotteiden valmistajia on paljon, on parempi valita tunnettu, ei kasvoton myyjä, joka ei voi antaa takuuta tuotteelleen.

Valon aallonpituus

Luonnollisen auringonvalon spektri sisältää sekä sinistä että punaista. Ne antavat kasveille mahdollisuuden kehittää massaa, kasvaa ja kantaa hedelmää. Säteilytettäessä vain sinisellä spektrillä, jonka aallonpituus on 450 nm, kasviston edustaja on alimitoitettu. Tällainen kasvi ei voi ylpeillä suurella vihreällä massalla. Se myös kantaa huonosti hedelmää. Absorboituessaan punaisella alueella aallonpituudella 620 nm, se kehittää juuria, kukoistaa hyvin ja kantaa hedelmää.

LEDien edut

Kun kasvi on valaistu, se kulkee aina: versosta hedelmään. Samaan aikaan, tänä aikana vain kukinta tapahtuu luminoivan laitteen toiminnan aikana. Kasvien LEDit eivät kuumene, joten huonetta ei tarvitse tuulettaa usein. Lisäksi kasviston edustajien terminen ylikuumeneminen ei ole mahdollista.

Tällaiset lamput ovat välttämättömiä taimien kasvattamiseen. Säteilyspektrin suuntaavuus myötävaikuttaa siihen, että versot vahvistuvat lyhyessä ajassa. Toinen etu on alhainen virrankulutus. LEDit ovat vain toisia Mutta ne ovat kymmenen kertaa edullisempia kasveille tarkoitettuja LEDejä, jotka kestävät jopa 10 vuotta. - 3-5 vuotta. Asentamalla tällaiset lamput sinun ei tarvitse huolehtia niiden vaihtamisesta pitkään aikaan. Tällaiset lamput eivät sisällä haitallisia aineita. Tästä huolimatta niiden käyttö kasvihuoneissa on erittäin suositeltavaa. Markkinoilla on nykyään suuri määrä erilaisia ​​tällaisten lamppujen malleja: ne voidaan ripustaa, kiinnittää seinään tai kattoon.

Miinukset

Säteilyn intensiteetin lisäämiseksi LEDit kootaan suureksi rakenteeksi. Tämä on haitta vain pienille huoneille. Suurissa kasvihuoneissa tämä ei ole välttämätöntä. Haittapuolena voidaan pitää korkeita kustannuksia verrattuna analogeihin - loistelamppuihin. Ero voi olla jopa kahdeksan kertaa arvo. Mutta diodit maksavat itsensä takaisin useiden vuosien käytön jälkeen. Ne voivat säästää paljon energiaa. Luminesenssin laskua havaitaan takuuajan päätyttyä. Suurella kasvihuonealueella tarvitaan enemmän valaistuspisteitä muihin lamppuihin verrattuna.

Valaisimen jäähdytin

Lämpö on poistettava laitteesta. Sen tekee paremmin jäähdytin, joka on valmistettu alumiiniprofiilista tai teräslevystä. Vähemmän työvoimaa vaatii U-muotoisen valmiin profiilin käyttöä. Jäähdyttimen pinta-alan laskeminen on helppoa. Sen tulee olla vähintään 20 cm 2 / 1 watti. Kun kaikki materiaalit on valittu, voit kerätä kaiken yhteen ketjuun. Kasvien kasvun LED-valot on parasta vaihtaa värin mukaan. Näin saadaan tasainen valaistus.

PhytoLED

Tällainen uusi kehitys, kuten fyto-LED, voi korvata perinteiset vastineet, jotka loistavat vain yhdellä värillä. Uusi laite yhteen siruun on kerännyt kasveille tarvittavan LED-valikoiman. Sitä tarvitaan kaikissa kasvuvaiheissa. Yksinkertaisin kasvilamppu koostuu yleensä lohkosta, jossa on LEDit ja tuuletin. Jälkimmäisen korkeutta voidaan puolestaan ​​säätää.

Päivänvalolamput

Loistelamput ovat pitkään pysyneet suosion huipulla kotitalouksien puutarhoissa ja hedelmätarhoissa. Mutta tällaiset kasvien lamput eivät sovi värispektriin. Ne korvataan yhä useammin fyto-LED- tai erikoisloistelampuilla.

natriumia

Tällainen voimakas kyllästysvalo, kuten natriumlaitteen valo, ei sovellu sijoitettavaksi asuntoon. Sen käyttö on tarkoituksenmukaista suurissa kasvihuoneissa, puutarhoissa ja viherhuoneissa, joissa kasvit on valaistu. Tällaisten lamppujen haittana on niiden alhainen tuottavuus. Ne muuttavat kaksi kolmasosaa energiasta lämmöksi ja vain pieni osa menee valosäteilyksi. Lisäksi tällaisen lampun punainen spektri on voimakkaampi kuin sininen.

Valmistamme laitteen itse

Helpoin tapa tehdä kasvivalaisin on käyttää nauhaa, jossa on LEDit. Tarvitsen sen punaisen ja sinisen spektrin. Ne liitetään virtalähteeseen. Jälkimmäiset voidaan ostaa samasta paikasta kuin nauhat - rautakaupasta. Tarvitset myös telineen - valaistusalueen kokoisen paneelin.

Valmistus tulee aloittaa paneelin puhdistamisella. Seuraavaksi voit liimata diodinauhan. Poista suojakalvo tätä varten ja kiinnitä se paneeliin tahmealla puolella. Jos sinun on leikattava nauha, sen palat voidaan yhdistää juotosraudalla.

Kasvien LEDit eivät tarvitse lisätuuletusta. Mutta jos itse huone on huonosti tuuletettu, on suositeltavaa asentaa nauha metalliprofiiliin (esimerkiksi alumiiniin). Kukkien valaistustilat huoneessa voivat olla seuraavat:

  • niille, jotka kasvavat kaukana ikkunasta, varjoisassa paikassa, 1000-3000 luksia riittää;
  • kasveille, jotka tarvitsevat hajavaloa, arvo on jopa 4000 luksia;
  • kasviston edustajat, jotka tarvitsevat suoraa valaistusta - jopa 6000 luksia;
  • trooppisille ja hedelmää kantaville - jopa 12 000 luksia.

Jos haluat nähdä sisäkasvit terveessä ja kauniissa muodossa, sinun on huolehdittava niiden valontarpeesta. Joten saimme selville kasvien edut ja haitat sekä niiden säteiden spektrin.

Bändi, jonka maksimi on keltaisella alueella (yleisin malli). LEDin ja loisteaineen säteily sekoittuessaan antaa eri sävyisiä valkoista valoa.

Tietosanakirja YouTube

    1 / 5

    ✪ Lyhyet valkoiset LEDit

    ✪ Valkoinen LED vs. punainen sininen valkoinen LED-kasvutesti - Amazon Lights (johdanto)

    ✪ Viileän valkoiset vs neutraalivalkoiset LEDit taskulampuissa (Thrunite TN12 -mallit)

    ✪ Valkoinen LED vs. punainen/sininen LED-valon kasvutesti - Osa 1 (koulutus) 2016

    ✪ Valkoinen LED vs. punainen sininen valkoinen LED kasvutesti aikavälillä - Salaatti Ep.1

    Tekstitykset

Keksintöhistoria

N. Holonyak hankki ensimmäiset punaiset puolijohdesäteilijät teolliseen käyttöön vuonna 1962. 70-luvun alussa keltaiset ja vihreät LEDit ilmestyivät. Näiden, vaikkakin vielä tehottomien laitteiden valoteho saavutti vuoteen 1990 mennessä yhden lumenin tason. Vuonna 1993 Shuji Nakamura, insinööri Nichiassa (Japani), loi ensimmäisen kirkkaan sinisen LED-valon. RGB-LED-laitteet ilmestyivät melkein välittömästi, koska siniset, punaiset ja vihreät värit mahdollistivat minkä tahansa värin, myös valkoisen, saamisen. Valkoiset fosfori-LEDit ilmestyivät ensimmäisen kerran vuonna 1996. Sen jälkeen tekniikka kehittyi nopeasti, ja vuoteen 2005 mennessä LEDien valoteho saavutti 100 lm/W tai enemmän. LEDit eri hehkusävyillä ilmestyivät, valon laatu mahdollisti kilpailun jo perinteisiksi tulleiden hehkulamppujen ja loistelamppujen kanssa. LED-valaistuslaitteiden käyttö arjessa, sisä- ja ulkovalaistuksessa on alkanut.

RGB-LEDit

Valkoista valoa voidaan luoda sekoittamalla erivärisiä LED-valoja. Punaisen (R), vihreän (G) ja sinisen (B) lähteiden kolmivärinen muotoilu on yleisin, vaikka löytyy myös kaksivärisiä, tetrakromaattisia ja monivärisempiä muunnelmia. Monivärisellä LEDillä, toisin kuin muissa RGB-puolijohdelähettimissä (lamput, lamput, klusterit), on yksi viimeistelty runko, useimmiten samanlainen kuin yksivärinen LED. LED-sirut on sijoitettu vierekkäin ja niillä on sama linssi ja heijastin. Koska puolijohdesiruilla on rajallinen koko ja omat säteilykuviot, tällaisilla LEDeillä on useimmiten epätasaiset kulmaväriominaisuudet. Lisäksi oikean värisuhteen saamiseksi ei useinkaan riitä nimellisvirran asettaminen, koska kunkin sirun valotehoa ei tiedetä etukäteen ja se voi muuttua käytön aikana. Haluttujen RGB-sävyjen asettamiseksi valaisimet on joskus varustettu erityisillä ohjauslaitteilla.

RGB-LEDin spektri määräytyy sen muodostavien puolijohdesäteilijöiden spektrin mukaan, ja siinä on selkeä viivamuoto. Tällainen spektri on hyvin erilainen kuin auringon spektri, joten LEDin RGB-värintoistoindeksi on alhainen. RGB-LED-valojen avulla voit helposti ja laajasti hallita hehkun väriä muuttamalla kunkin "kolmioon" kuuluvan LEDin virtaa, säätää niiden lähettämän valkoisen valon värisävyä heti työskentelyn aikana - yksittäisten itsenäisten värien saamiseksi.

Moniväristen LEDien valotehon ja värin riippuvuus lämpötilasta johtuu laitteen muodostavien säteilevien sirujen erilaisista ominaisuuksista, mikä vaikuttaa hehkun värin vähäiseen muutokseen käytön aikana. Monivärisen LED-valon käyttöikä määräytyy puolijohdesirujen kestävyyden mukaan, riippuu suunnittelusta ja ylittää useimmiten loistelamppujen käyttöiän.

Monivärisiä LED-valoja käytetään pääasiassa koriste- ja arkkitehtonisessa valaistuksessa, elektronisissa näytöissä ja videonäytöissä.

Fosfori-LEDit

Sinisen (useammin), violetin tai ultravioletin (ei käytetä massatuotannossa) puolijohdesäteilijän ja fosforimuuntimen yhdistelmä mahdollistaa edullisen valonlähteen, jolla on hyvät ominaisuudet. Yleisin tällaisen LEDin rakenne sisältää sinisen galliumnitridipuolijohdesirun, joka on modifioitu indiumilla (InGaN) ja loisteaineen, jonka reemission maksimi on keltaisella alueella - yttrium-alumiinigranaatti, joka on seostettu kolmiarvoisella ceriumilla (YAG). Osa sirun alkusäteilyn tehosta lähtee LED-kotelosta siroteltuaan loisteainekerrokseen, toinen osa absorboituu loisteaineeseen ja emittoituu uudelleen matalampien energiaarvojen alueella. Re-emissiospektri kattaa laajan alueen punaisesta vihreään, mutta tällaisen LEDin tuloksena syntyvä spektri on selvästi pudonnut vihreä-sini-vihreällä alueella.

Loisteaineen koostumuksesta riippuen LEDejä valmistetaan eri värilämpötiloilla ("lämmin" ja "kylmä"). Yhdistämällä erityyppisiä loisteaineita saadaan aikaan merkittävä lisäys värintoistoindeksissä (CRI tai Ra). Vuodelle 2017 on jo olemassa LED-paneeleja valokuvaukseen ja kuvaamiseen, joissa värien toisto on kriittistä, mutta tällaiset laitteet ovat kalliita ja valmistajia on vähän.

Yksi tapa lisätä loistelamppujen kirkkautta säilyttäen tai jopa alentamalla niiden kustannuksia on lisätä puolijohdesirun läpi kulkevaa virtaa lisäämättä sen kokoa - lisäämällä virrantiheyttä. Tämä menetelmä liittyy samanaikaisesti sirun laatuvaatimusten ja jäähdytyselementin laadun lisääntymiseen. Kun virrantiheys kasvaa, sähkökentät aktiivisen alueen tilavuudessa vähentävät valotehoa. Kun rajavirrat saavutetaan, koska LED-sirun osat, joissa on eri epäpuhtauspitoisuudet ja erilaiset kaistavälit, johtavat virtaa eri tavoin, tapahtuu siruosien paikallista ylikuumenemista, mikä vaikuttaa valotehoon ja LEDin koko käyttöikään. Lähtötehon lisäämiseksi samalla, kun säilytetään spektriominaisuuksien ja lämpöolosuhteiden laatu, valmistetaan LEDejä, jotka sisältävät LED-siruryhmiä yhdessä paketissa.

Yksi moniväri-LED-tekniikan keskustelunaiheista on niiden luotettavuus ja kestävyys. Toisin kuin monet muut valonlähteet, LED muuttaa valontuottoominaisuuksia (tehokkuutta), säteilykuvioita ja värisävyjä ajan myötä, mutta harvoin epäonnistuu kokonaan. Siksi esimerkiksi valaistuksen käyttöiän arvioimiseksi otetaan valotehon vähennystaso jopa 70 % alkuperäisestä arvosta (L70). Eli LED, jonka kirkkaus on pienentynyt 30 % käytön aikana, katsotaan epäkunnossa. Koristevalaistuksessa käytettävien LEDien käyttöikäarviona käytetään 50 % himmennystasoa (L50).

Fosphor LEDin käyttöikä riippuu monista parametreista. Itse LED-kokoonpanon valmistuslaadun (sirun kiinnitysmenetelmä kidepitimeen, virtaa kuljettavien johtimien kiinnitysmenetelmä, tiivistemateriaalien laatu ja suojaominaisuudet) lisäksi käyttöikä riippuu pääasiassa itse emittoivan sirun ominaisuuksista ja loisteaineen ominaisuuksien muutoksista ajan myötä (hajoaminen). Lisäksi, kuten useat tutkimukset osoittavat, lämpötilaa pidetään pääasiallisena LEDin käyttöikään vaikuttavana tekijänä.

Lämpötilan vaikutus LEDin käyttöikään

Toimintaprosessissa oleva puolijohdesiru luovuttaa osan sähköenergiasta säteilyn muodossa, osan lämmön muodossa. Samanaikaisesti, riippuen tällaisen muuntamisen tehokkuudesta, lämmön määrä on noin puolet tehokkaimmista pattereista tai enemmän. Puolijohdemateriaalilla itsessään on alhainen lämmönjohtavuus, lisäksi materiaaleilla ja pakkaussuunnittelulla on tietty ei-ideaalinen lämmönjohtavuus, mikä johtaa sirun kuumenemiseen korkeisiin (puolijohderakenteen kannalta) lämpötiloihin. Nykyaikaiset LEDit toimivat sirun lämpötiloissa 70-80 asteen alueella. Ja tämän lämpötilan lisäämistä galliumnitridiä käytettäessä ei voida hyväksyä. Korkea lämpötila johtaa vikojen määrän kasvuun aktiivisessa kerroksessa, johtaa lisääntyneeseen diffuusioon, muutokseen substraatin optisissa ominaisuuksissa. Kaikki tämä johtaa ei-säteilyllisen rekombinaation prosenttiosuuden kasvuun ja fotonien absorptioon sirumateriaaliin. Tehon ja kestävyyden lisääminen saavutetaan parantamalla sekä itse puolijohderakennetta (vähentämällä paikallista ylikuumenemista) että kehittämällä LED-kokoonpanon suunnittelua parantamalla sirun aktiivisen alueen jäähdytyksen laatua. Tutkimuksia tehdään myös muiden puolijohdemateriaalien tai -alustojen kanssa.

Loisteaine altistuu myös korkeille lämpötiloille. Pitkäaikainen altistuminen lämpötilalle estävät uudelleen emittoivat keskukset ja muunnoskerroin sekä loisteaineen spektriominaisuudet heikkenevät. Ensimmäisessä ja joissakin nykyaikaisissa moniväri-LED-malleissa loiste levitetään suoraan puolijohdemateriaaliin ja lämpövaikutus maksimoidaan. Säteilevän sirun lämpötilaa alentavien toimenpiteiden lisäksi valmistajat käyttävät erilaisia ​​menetelmiä vähentääkseen sirun lämpötilan vaikutusta loisteaineeseen. Eristetyt fosforitekniikat ja LED-lamppumallit, joissa loisteaine on fyysisesti erotettu emitteristä, voivat pidentää valonlähteen käyttöikää.

LED-kotelo, joka on valmistettu optisesti läpinäkyvästä silikonimuovista tai epoksihartsista, vanhenee lämpötilan vaikutuksesta ja alkaa haalistua ja kellastua ajan myötä, jolloin se imee osan LEDin lähettämästä energiasta. Heijastavat pinnat heikkenevät myös kuumennettaessa - ne ovat vuorovaikutuksessa kotelon muiden osien kanssa ja ovat alttiina korroosiolle. Kaikki nämä tekijät yhdessä johtavat siihen, että säteilevän valon kirkkaus ja laatu heikkenevät vähitellen. Tätä prosessia voidaan kuitenkin onnistuneesti hidastaa, mikä tarjoaa tehokkaan lämmönpoiston.

Loistelamppujen rakentaminen

Moderni phosphor LED on monimutkainen laite, joka yhdistää monia alkuperäisiä ja ainutlaatuisia teknisiä ratkaisuja. LEDissä on useita pääelementtejä, joista jokainen suorittaa tärkeän, usein useamman kuin yhden toiminnon:

Kaikki LED-suunnittelun elementit kokevat lämpökuormia, ja ne on valittava ottaen huomioon niiden lämpölaajenemisaste. Ja hyvän suunnittelun tärkeä edellytys on LED-laitteen kokoamisen ja valaisimeen asennuksen valmistettavuus ja edullinen hinta.

Valon kirkkaus ja laatu

Tärkein parametri ei ole edes LEDin kirkkaus, vaan sen valotehokkuus, eli valoteho jokaisesta LEDin kuluttamasta sähköenergian watista. Nykyaikaisten LEDien valoteho on 190 lm/W. Tekniikan teoreettiseksi rajaksi on arvioitu yli 300 lm/W. Arvioinnissa tulee ottaa huomioon, että ledeihin perustuvan valaisimen hyötysuhde on merkittävästi alhaisempi johtuen tehonsyötön tehokkuudesta, diffuusorin, heijastimen ja muiden rakenneosien optisista ominaisuuksista. Lisäksi valmistajat ilmoittavat usein emitterin alkuperäisen tehokkuuden normaalissa lämpötilassa, kun taas sirun lämpötila käytön aikana on paljon korkeampi. Tämä johtaa siihen, että lähettimen todellinen hyötysuhde on 5-7% pienempi ja lampun - usein kaksi kertaa.

Toinen yhtä tärkeä parametri on LEDin tuottaman valon laatu. Värinlaadun arvioinnissa on kolme parametria:

Ultraviolettisäteilijään perustuva fosfori-LED

Jo yleistyneen sinisen LEDin ja YAG:n yhdistelmän lisäksi kehitetään myös ultravioletti-LEDiin perustuvaa suunnittelua. Puolijohdemateriaali, joka pystyy emittoimaan lähellä ultraviolettialuetta, on päällystetty useilla kerroksilla fosforipohjaista europiumia ja sinkkisulfidia, joka on aktivoitu kuparilla ja alumiinilla. Tällainen loisteaineseos antaa uudelleenemissiomaksimit spektrin vihreällä, sinisellä ja punaisella alueella. Tuloksena olevalla valkoisella valolla on erittäin hyvät laatuominaisuudet, mutta muunnostehokkuus on edelleen alhainen. Tähän on kolme syytä [ ] : ensimmäinen liittyy siihen, että tulevan ja emittoituneiden fotonien energian välinen ero häviää fluoresenssin aikana (siirtyy lämmöksi), ja ultraviolettivirityksen tapauksessa se on paljon suurempi. Toinen syy on se, että osa UV-säteilystä, jota fosfori ei absorboi, ei osallistu valovirran luomiseen, toisin kuin siniseen emitteriin perustuvat LEDit, ja fosforipinnoitteen paksuuden kasvu johtaa luminesenssivalon absorption lisääntymiseen siinä. Ja lopuksi, ultravioletti-LED-valojen tehokkuus on paljon pienempi kuin sinisten.

Fosfori-LED-valojen edut ja haitat

Ottaen huomioon LED-valonlähteiden korkeat kustannukset perinteisiin lamppuihin verrattuna, on hyviä syitä käyttää tällaisia ​​laitteita:

Mutta on myös haittoja:

Valaistus-LED:issä on myös kaikille puolijohdesäteilijöille ominaisia ​​ominaisuuksia, jotka huomioon ottaen voit löytää menestyneimmän sovelluksen, esimerkiksi säteilyn suuntaamisen. LED loistaa vain yhteen suuntaan ilman lisäheijastimia ja diffuusoreita. LED-valaisimet sopivat parhaiten paikallis- ja suuntavalaistukseen.

Valkoisen LED-tekniikan kehitysnäkymät

Valaistustarkoituksiin soveltuvien valkoisten LEDien valmistusteknologioita kehitetään aktiivisesti. Tämän alan tutkimusta vauhdittaa lisääntynyt yleinen kiinnostus. Lupaus merkittävistä energiansäästöistä on investointien houkutteleminen prosessitutkimukseen, teknologian kehittämiseen ja uusien materiaalien etsintään. LEDien ja niihin liittyvien materiaalien valmistajien, puolijohteiden ja valaistustekniikan asiantuntijoiden julkaisujen perusteella on mahdollista tunnistaa tämän alueen kehityspolut:

Katso myös

Huomautuksia

  1. , s. 19-20.
  2. Cree MC-E LEDit sisältävät punaisia vihreitä sinisiä ja valkoisia säteittäjiä Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  3. Vishayn VLMx51 LEDit, jotka sisältävät punaisia, oransseja, keltaisia ​​ja valkoisia emitterit(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  4. Monivärinen LED XB-D ja XM-L Cree(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  5. Creen XP-C LEDit sisältävät kuusi monokromaattista emitteriä(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  6. Nikiforov S. Puolijohdevalaistustekniikan "S-luokka" // Komponentit ja tekniikat: aikakauslehti. - 2009. - Nro 6. - S. 88-91.
  7. Truson P. Halvardson E. RGB-LED-valojen edut valaistuslaitteille // Komponentit ja tekniikat: aikakauslehti. - 2007. - Nro 2.
  8. , s. 404.
  9. Nikiforov S. LEDien käyttöiän ja toiminnan lämpötila // Komponentit ja tekniikat: päiväkirja. - 2005. - Nro 9.
  10. LEDit sisä- ja arkkitehtoniseen valaistukseen(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  11. Xiang Ling Oon. LED-ratkaisut arkkitehtonisiin valaistusjärjestelmiin // Semiconductor lighting engineering: journal. - 2010. - Nro 5. - S. 18-20.
  12. LED RGB käyttöön elektroniikkalevyissä (Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  13. Korkea CRI LED Valaistus  | Yuji LED (määrätön) . yujiintl.com. Haettu 3. joulukuuta 2016.
  14. Turkin A. Galliumnitridi yhtenä lupaavista materiaaleista nykyaikaisessa optoelektroniikassa // Komponentit ja tekniikat: lehti. - 2011. - Nro 5.
  15. LEDit korkeilla CRI arvoilla(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  16. Cree EasyWhite tekniikka(Englanti) . LEDit Magazine. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  17. Nikiforov S., Arkhipov A. AlGaInN- ja AlGaInP-pohjaisten LEDien kvanttituoton määrittämisen ominaisuudet eri virtatiheyksillä emittoivan kiteen kautta // Komponentit ja tekniikat: päiväkirja. - 2008. - Nro 1.
  18. Nikiforov S. Nyt elektronit näkyvät: LEDit tekevät sähkövirran hyvin näkyväksi // Komponentit ja tekniikat: aikakauslehti. - 2006. - Nro 3.
  19. LEDit, joissa on matriisijärjestely, jossa on suuri määrä puolijohdesiruja(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  20. Valkoisten LEDien käyttöikä(Englanti) . MEILLE. Energiaministeriö. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  21. Tyypit vika LED ja menetelmät analyysi(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  22. , s. 61, 77-79.
  23. LEDit yritykset SemiLEDit(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  24. GaN-on-Si Program tutkii valodiodeja piipohjalla(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012.
  25. Creen eristetty fosforitekniikka(Englanti) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
  26. Turkin A. Semiconductor LEDs: historia, tosiasiat, näkymät // Semiconductor lighting engineering: journal. - 2011. - Nro 5. - S. 28-33.
  27. Ivanov A. V., Fedorov A. V., Semjonov S. M. Energiansäästölamput, jotka perustuvat kirkkaisiin LEDeihin // Energiahuolto ja energiansäästö - alueellinen näkökulma: XII Koko Venäjän kokous: raporttimateriaalit. - Tomsk: SPB Graphics, 2011. - S. 74-77.
  28. , s. 424.
  29. Heijastimet LEDeille, jotka perustuvat fotonikiteisiin(Englanti) . johdettu ammattilainen. Haettu 16. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 13. maaliskuuta 2013.
  30. XLamp XP-G3(Englanti) . www.cree.com. Haettu 31. toukokuuta 2017.
  31. Valkoiset LEDit korkealla valoteholla valaistustarpeisiin(Englanti) . Phys.Org™. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.

Johdanto

Tehokkuus

Valoteho, mitattuna lumeneina wattia kohden (lm/W, lm/W), on arvo, jota käytetään määrittämään energian (tässä tapauksessa sähkön) valoksi muuntamisen tehokkuus. Perinteiset hehkulamput toimivat alueella 10-15 lm/W. Muutama vuosi sitten LEDien standardihyötysuhde oli noin 30 lm/W. Vuoteen 2006 mennessä valkoisten LEDien tehokkuus oli kuitenkin yli kaksinkertaistunut: yksi johtavista valmistajista, Cree, pystyi osoittamaan 70 lm/W prototyypeissä, mikä edustaa 43 prosentin lisäystä kaupallisten valkoisten LEDien maksimitehoon verrattuna. Joulukuussa 2006 Nichia julkisti uudet valkoiset LEDit, joiden valoteho on 150 lm/W. Näiden näytteiden valovirta oli 9,4 lm ja värilämpötila 4600 K 20 mA virralla laboratorio-olosuhteissa. Väitetty hyötysuhde on noin 11,5 kertaa korkeampi kuin hehkulamppujen (13 lm/W) ja 1,7 kertaa korkeampi kuin nykyaikaisten loistelamppujen (90 lm/W). Lisäksi korkeapainenatriumlamput (132 lumenia/watti), jotka ovat paras valonlähde perinteisten lamppujen joukossa, ylitetään.

Edut

Solid State Light (SSL) -valoa ei vieläkään tunneta hyvin, vaikka se voidaan tuottaa ja toteuttaa LEDien avulla useista eri tavoista. Suurin osa yrityksistä ja suunnittelijoista tuntee vain perinteisen analogisen valkoisen valaistuksen, mutta eivät todellakaan arvioi LEDien tarjoamia kustannustehokkaita ja hyödyllisiä vaihtoehtoja. Puolijohde-LED-valaistuksesta saatavien helposti ennustettavien etujen (energiansäästö, pitkä käyttöikä jne.) lisäksi tulee ottaa huomioon seuraavat LEDien erityisominaisuudet uusina valkoisen valon lähteinä:

  • alhainen lämmöntuotanto ja alhainen syöttöjännite (takaa korkean turvallisuustason);
  • lasipullon puuttuminen (määrittää erittäin korkean mekaanisen lujuuden ja luotettavuuden);
  • ei lämmitystä tai korkeita käynnistysjännitteitä, kun se on päällä;
  • inertia päälle/pois (reaktio< 100 нс);
  • DC/AC-muunninta ei tarvita;
  • absoluuttinen ohjaus (kirkkauden ja värin säätö täydellä dynaamisella alueella);
  • säteilevän valon täysi spektri (tai tarvittaessa erikoisspektri);
  • sisäänrakennettu valonjako;
  • kompakti ja helppo asennus;
  • ultraviolettisäteilyn ja muun terveydelle haitallisen säteilyn puuttuminen;
  • ei käytetä vaarallisia aineita, kuten elohopeaa.

Kuinka saada valkoista valoa LEDien avulla?

Musta on kaikkien värien puuttuminen. Kun valo kaikista värispektrin osista menee päällekkäin (eli kaikki värit ovat läsnä), yhdistetty seos näyttää valkoiselta. Tämä on niin kutsuttu polykromaattinen valkoinen valo. Päävärit, joista kaikki sävyt voidaan johtaa, ovat punainen, vihreä ja sininen (RGB). Toissijaiset värit, joita kutsutaan myös täydennysväreiksi: lila (punaisen ja sinisen sekoitus); sininen (vihreän ja sinisen sekoitus); ja keltainen (punaisen ja vihreän sekoitus). Mikä tahansa täydentävä väri ja vastakkainen pääväri muodostavat myös valkoisen valon (keltainen ja sininen, syaani ja punainen, lila ja vihreä).

On olemassa useita tapoja saada valkoista valoa LED-valoista.

Ensimmäinen on värien sekoittaminen RGB-tekniikalla. Punaiset, siniset ja vihreät LEDit on sijoitettu tiiviisti yhdelle matriisille, jonka säteily sekoitetaan optisen järjestelmän, kuten linssin, avulla. Tuloksena on valkoinen valo. Toinen, vähemmän yleinen lähestymistapa sekoittaa ensisijaisen ja toissijaisen värin LEDit tuottaakseen valkoista valoa.

Toisessa menetelmässä keltainen (tai vihreä plus punainen) loisteaine levitetään siniseen LEDiin, minkä seurauksena kaksi tai kolme säteilyä sekoitetaan muodostaen valkoista tai lähes valkoista valoa.

Kolmas tapa on, että ultraviolettialueella säteilevän LEDin pinnalle levitetään kolme loisteainetta, jotka lähettävät vastaavasti sinistä, vihreää ja punaista valoa. Se on samanlainen kuin loistelamppu loistaa.

Neljäs tapa tuottaa valkoista valoa LEDien avulla perustuu ZnSe-puolijohteen käyttöön. Rakenne on sininen ZnSe-LED "kasvatettu" ZnSe-substraatille. Johtimen aktiivinen alue lähettää tässä tapauksessa sinistä valoa ja substraatti - keltaista.

Kristallityyppi

Fosfori

Emission väri ja mahdolliset sävyt

Käyttöalueet

Sininen ja Vihreä

Valkoinen + R, G, B ja kaikki moniväriset yhdistelmät

LCD-taustavalo, arkkitehtuuri, maisema, tulostaulut ja näytöt

Valkoinen + B, Y ja erilaisia ​​monivärisiä sävyjä

sinivihreä

Punainen tai puna-oranssi

Valkoinen + B, R ja erilaisia ​​monivärisiä sävyjä

Autojen valaistus, arkkitehtuuri, maisema

Sininen 470-450 nm

Vain valkoinen

Yleinen valaistus ja valaistus

UV

Valkoinen tai erilaisia ​​yksivärisiä värejä käytetystä loisteaineesta riippuen

Yleinen valaistus ja valaistus

Sininen keltainen

Valkoinen + sininen epitaksiaalisesta kerroksesta, keltainen alustasta

Yleinen valaistus ja valaistus

Kumpi tavoista on parempi?

Jokaisella niistä on omat etunsa ja haittansa. Värien sekoitustekniikka mahdollistaa periaatteessa paitsi valkoisen saamisen, myös siirtymisen värikartan läpi vaihdettaessa eri LEDien läpi kulkevaa virtaa. Tätä prosessia voidaan ohjata manuaalisesti tai erikoisohjelman avulla. Samalla tavalla on mahdollista saada erilaisia ​​värilämpötiloja. Siksi RGB-matriiseja käytetään laajalti dynaamisissa valojärjestelmissä. Lisäksi suuri määrä LED-valoja matriisissa tarjoaa suuren kokonaisvalovirran ja suuren aksiaalisen valovoiman. Mutta optisen järjestelmän poikkeavuuksista johtuvalla valopisteellä on erilainen väri keskellä ja reunoja pitkin, ja mikä tärkeintä, matriisin reunoista ja sen keskeltä tapahtuvasta epätasaisesta lämmönpoistosta johtuen LEDit lämpenevät eri tavalla, ja vastaavasti niiden väri muuttuu eri tavoin vanhenemisen aikana - kokonaisvärilämpötila ja väri "kelluvat" käytön aikana. Tämä epämiellyttävä ilmiö on melko vaikea ja kallis kompensoida.

Valkoiset loistelamput (loisteainemuunnetut LEDit) ovat huomattavasti halvempia kuin RGB-LED-matriisit (valovirran yksikköä kohti), ja niiden avulla saat hyvän valkoisen värin. Ja heille periaatteessa ei ole ongelma lyödä pisteen koordinaatit (X=0.33, Y=0.33) CIE-värikartassa. Haitat ovat seuraavat: ensinnäkin niillä on vähemmän valontuottoa kuin RGB-matriiseilla johtuen valon muuntamisesta fosforikerroksessa; toiseksi on melko vaikeaa valvoa tarkasti fosforin kerrostumisen tasaisuutta teknologisessa prosessissa (tämän seurauksena värilämpötilaa ei valvota); ja kolmanneksi, myös loisteaine vanhenee, ja nopeammin kuin itse LED.

Valkoisilla ZnSe-LEDillä on useita etuja. Ne toimivat 2,7 V jännitteellä ja kestävät hyvin staattista purkausta. ZnSe-LEDit voivat lähettää valoa paljon laajemmalla värilämpötila-alueella kuin GaN-pohjaiset laitteet (3500-8500 K verrattuna 6000-8500 K). Tämän avulla voit luoda laitteita, joissa on lämpimämpi hehku, jota amerikkalaiset ja eurooppalaiset pitävät parempana. On myös haittoja: vaikka ZnSe-pohjaisilla emittereillä on korkea kvanttituotto, ne ovat lyhytikäisiä, niillä on korkea sähkövastus, eivätkä ne ole vielä löytäneet kaupallista käyttöä.


Sovellus

Värikäs lämpötila

Tarkastellaan valkoisen LEDin emissiospektriä, jossa on loisteaine monivärisen valon lähteenä. Valkoisten LEDien avulla voit valita laajasta värivalikoimasta "lämpimästä" hehkuvalkoisesta "viileään" fluoresoivaan valkoiseen sovelluksesta riippuen.

Tämä kaavio näyttää valkoisen täyden valikoiman lämpimämmästä 2800 K:n alueesta viileään sinivalkoiseen 9000 K:n alueeseen. Monet valkoisen sävyt määrittävät jo ympäristössämme käytetyt erilaiset valonlähteet: toimisto, viileä sinivalkoinen loistelamppu; kotimainen, kellertävän valkoinen valo hehkulamput; teollinen, loistava sinivalkoinen valo elohopea lamppu; kelta-valkoinen valo ulkona olevista korkeapaineisista natriumlampuista.

Ladataan...
Ylös