¿Cómo logran las lámparas de crecimiento de escritorio LED del cultivo no destructivo de la luz fría por debajo de 40 ° C?

Las características de luz fría de las lámparas LED se derivan de su naturaleza física: el mecanismo de luminiscencia de transición de la banda de los materiales semiconductores. Cuando la corriente pasa a través de una unión PN compuesta de materiales como Arseniuro de galio (GAA) o nitruro de galio (GaN), los electrones y los agujeros liberan fotones directamente durante el proceso de recombinación. Este proceso no depende de la excitación a alta temperatura, por lo que la proporción de pérdida de energía liberada en forma de energía de la luz supera el 80%. En contraste, las lámparas de sodio tradicionales de alta presión requieren altas temperaturas por encima de 2000 ° C para excitar el vapor de mercurio para emitir luz, y más del 80% de la energía en la energía eléctrica se pierde en forma de radiación térmica infrarroja.

Esta diferencia esencial determina que la intensidad de radiación térmica del accesorio de cultivo de la mesa LED es mucho menor que la de las fuentes de luz tradicionales. A una distancia de 10 cm de la superficie de la lámpara, la intensidad de radiación térmica de las lámparas LED es de solo 0.5W/m², mientras que la intensidad de radiación térmica de las lámparas de sodio de alta presión con la misma potencia puede alcanzar 15W/m². El umbral de percepción del cuerpo humano para la radiación térmica es de aproximadamente 1.2W/m², por lo que incluso si Accesorio de cultivo de mesa liderado Se ajusta al dosel de la planta, sus efectos térmicos son difíciles de ser percibidos por los organismos. Esta característica de la luz fría proporciona un entorno de iluminación de "estrés por calor cero" "para las plantas, de modo que la eficiencia de la fotosíntesis ya no está sujeta al efecto de inhibición de alta temperatura.

El sistema de control de temperatura de las lámparas LED logra un control preciso de la temperatura de la superficie a través de un mecanismo triple:
La carcasa de la lámpara adopta un sustrato de cerámica de alúmina nanoporoso, cuya conductividad térmica alcanza 200W/M · K, que es tres veces mayor que los de los sustratos de aluminio tradicionales. El material de cambio de fase (PCM) integrado en el sustrato sufre un cambio de fase sólido-líquido a 40 ° C, absorbe el exceso de calor y lo almacena como energía térmica latente. Los experimentos muestran que esta tecnología puede comprimir el rango de fluctuación de temperatura de la superficie de la lámpara de ± 5 ° C a ± 1.5 ° C.

La lámpara adopta una estructura de disipación de calor compuesto de aleta de tubería de calor. La sección de evaporación del tubo de calor está en contacto directo con el chip LED, y la sección de condensación está conectada a las aletas de disipación de calor para liberar el calor a través de la convección natural. Cuando la temperatura ambiente es de 25 ° C, esta estructura puede hacer que la temperatura de la superficie de la lámpara no sea más alta que la temperatura ambiente en no más de 15 ° C, asegurando que la lámpara permanezca por debajo de 40 ° C cuando funcione a plena carga.

El sistema de control de temperatura inteligente monitorea la temperatura de la superficie de la lámpara en tiempo real a través de la matriz de termistores NTC. Cuando la temperatura local se acerca al umbral de 40 ℃, inicia automáticamente el ajuste de la velocidad del viento de tres velocidades:
Modo de baja velocidad: comience cuando la temperatura ambiente sea <30 ℃, mantenga la temperatura de la superficie a 35-38 ℃;
Modo de velocidad media: active cuando la temperatura ambiente sea 30-35 ℃, fortalezca la convección del aire;
Modo de alta velocidad: Forzar la disipación de calor en condiciones de trabajo extremas para garantizar que la temperatura no exceda los 40 ℃.
Este mecanismo de control de temperatura de circuito cerrado permite que la velocidad de descomposición de la temperatura de la superficie de la lámpara sea inferior al 0,5% después de 1000 horas de operación continua, que es significativamente mejor que la tasa de descomposición del 15% de las fuentes de luz tradicionales.

Escenario de aplicación: Revolución de plantación provocada por características de luz fría
En el escenario tradicional de la fuente de luz, el espacio de la capa del cultivo estereoscópico de múltiples capas debe mantenerse por encima de 50 cm para evitar la acumulación de calor, mientras que las características de luz fría de las lámparas LED permiten que el espaciado de la capa se comprime a 15 cm. Por ejemplo, en un espacio vertical de 50 cm × 50 cm × 200 cm, se pueden organizar 8 capas de bastidores de cultivo, con una separación de solo 15 cm entre cada capa, y la uniformidad de la luz se puede lograr mediante tecnología de luz dispersa direccional> 90%. Este modo de plantación de alta densidad aumenta la producción anual por unidad de área a 200 veces que la de la agricultura tradicional, y la calidad del producto es más estable.

La función de atenuación independiente de los LED rojos y azules de las lámparas LED permite que las plantas en diferentes etapas de crecimiento obtengan espectros personalizados. Por ejemplo, se usa una relación azul roja 7: 3 para promover la expansión de la hoja durante la etapa de plántula de la lechuga, y una relación 3: 7 se cambia para inhibir el crecimiento excesivo durante la etapa de encabezado. Esta tecnología de regulación de luz dinámica acorta el ciclo de crecimiento de los cultivos en un 15%-20%, al tiempo que reduce la ocurrencia de plagas y enfermedades en más del 30%.

Las bajas características de generación de calor de la fuente de luz fría eliminan el consumo de energía de enfriamiento en verano, y con el sistema de control de temperatura inteligente, el consumo anual de energía de la fábrica de la planta se reduce en un 40%. En un caso de una cierta granja vertical urbana, el valor de producción anual por unidad de área de una fábrica de microplantes que usa tecnología de luz fría LED es 200 veces que la de la agricultura tradicional, y el contenido de vitamina C del producto aumenta en un 60%, y la detección de residuos de pesticidas es cero.

Impacto de la industria: la tecnología de luz fría reconstruye el modelo económico agrícola
La tasa de utilización de la energía de la luz de las lámparas de sodio de alta presión tradicionales es inferior al 20%, mientras que las lámparas LED pueden alcanzar más del 80%. Esta mejora de la eficiencia ha permitido que el valor de producción anual por metro cuadrado supere los 100,000 yuanes, proporcionando una base económica sostenible para la agricultura urbana.

La tecnología de luz fría aumenta la densidad del cultivo tridimensional en 3-5 veces. Por ejemplo, en el cultivo tridimensional de lechuga, 120 plantas pueden acomodarse por metro cúbico de espacio, mientras que la tasa de supervivencia de solo 30 plantas se puede mantener bajo la escena de fuente de luz tradicional.

A través del control dinámico de la calidad de la luz y el entorno de temperatura constante, la consistencia del crecimiento de los cultivos mejora significativamente. Por ejemplo, en el cultivo vertical de fresas, la diferencia en el ciclo de maduración de las capas superiores e inferiores de frutas se acorta de 7 días a 24 horas, y la desviación estándar del contenido de azúcar se reduce de 1.2 ° Brix a 0.4 ° Brix.

La evolución tecnológica actual de las lámparas de crecimiento de escritorio LED se centra en dos direcciones principales:
Regulación dinámica de la calidad de la luz
La tecnología de punto cuántico permite que la precisión de la regulación espectral alcance el nivel nanómetro, y las lámparas pueden ajustar la fórmula de la luz en tiempo real de acuerdo con las señales fisiológicas de las plantas. Por ejemplo, la proporción de la luz roja lejana aumenta automáticamente durante el período de cambio de color de los tomates para promover la síntesis de carotenoides.

Uso cooperativo de luz y calor
Desarrollo de un sistema de recuperación de energía basado en la generación de energía de diferencia de temperatura para convertir la disipación de calor de las lámparas en la fuente de alimentación auxiliar. Los experimentos han demostrado que esta tecnología puede aumentar la eficiencia energética general de las lámparas en un 15%-20%.
Estas innovaciones promoverán la evolución de las fábricas de microplantas de "agricultura alternativa" a "agricultura súper dimensional". Impulsada por el objetivo de la neutralidad de carbono, se espera que la tecnología LED de luz fría se convierta en la infraestructura central de la futura cadena de suministro de alimentos urbanos. Su valor de producción anual potencial de más de 100,000 yuanes por metro cuadrado está atrayendo la inversión continua de las fuerzas de investigación de capital global y científico.