LED應用於作物栽培與植物燈認證發展現況

刊登日期:2015/3/5
  • 字級

前言
台灣地處亞熱帶海島型且氣候多變,一年四季雖有陽光照射,惟冬季晝短夜長而有日照不足的問題。因此,農作物在冬季生長時,常因缺乏陽光照射而延緩生長速度。本研究介紹藉由 LED人工光源提供農作物夜間輔助照明以增加光照時間,可使農作物正常生長並提高農作物的收成品質。由於 LED光源技術進步,使得 LED單價下降,且光電轉換效率提高,許多高經濟價值的農作物如茭白筍,原使用高壓鈉燈做為輔助照明,現已逐步替換為 LED光源,以夜間所需,提供適當的照明條件,達到降低照明所需電費,並具有提高茭白筍品質的優點。本文針對另一高經濟價值農作物—葡萄之夜間輔助照明進行介紹。

LED最適化光源開發
LED近年來效率不斷提高,成本不斷下降,在許多室內照明應用,已逐漸取代了傳統的日光燈或省電燈泡。但傳統燈具應用於植物照明並非全然適合,主要是植物進行光合作用的過程中,葉綠素運用太陽光的能量將二氧化碳和水轉換成有機物儲存能量,但並非所有的太陽光波長全被利用,不同植物有不同所需波長,視參與光合作用的重要元素如葉綠素a、葉綠素b和胡蘿蔔素等,不同元素只吸收特定區域的波長,如圖一所示。由於LED是發出特定波長的光線,因此LED用於植物照明時,可針對不同的農作物,調整紅光與藍光的比例,進而調配出適合農作物所需的最適化光源。


圖一 、光合作用吸收光譜

植物照明檢測認證現況
LED產品運用在室內照明蓬勃發展,也建立了完整的量測燈具及相關零組件的標準規範,台灣LED照明標準的制訂也在政府的大力推廣下越來越完善,讓LED產品有了嚴格的把關。然而,進行光合作用吸收的是特定波長,與人類眼睛感受的波長並非相同,因此植物照明所需波長與光強度明顯與室內照明不同,對於植物燈的定義,研究單位以光合有效輻射(Photosynthetic Active Radiation; PAR)來當作植物燈的量測值,與傳統照明常用的流明與照度使用單位不同。由於LED具有體積小、重量輕、壽命長與可調整波長的特點,國際上用於植物照明的植物燈產值在2014年將逾3,500萬美元,2017年的目標為3億美元。國內的植物照明市場亦是蓬勃發展,雖有很多研究人員與廠商投入人力與物力進行研發與量產,但國內尚未有專門針對植物照明進行認證的測試實驗室,以及提供植物照明的服務與量測,本研究依循國際照明委員會(CIE)標準規範與測試方法,成立植物照明認證實驗室,提供業界廠商與研究機構量測植物照明的服務。

植物燈檢測規範與驗證規劃
國際照明委員會針對光生物學與光化學部分提供了一套標準作業方法,該方法針對這些量測單位做了不同的術語指引,以便在調節植物光合作用時可以給予確認。人眼能夠感受的光線波長有一定範圍,光合作用葉綠素吸收的光線也一樣,如圖三所示的光合作用有效能量圖。其中,植物吸收波長應以光合有效輻射做為植物照明的量測值,而光合作用有效波段習慣上用 McCree所提出的 400~700 nm,雖然有些科學家認為 700~800 nm 波段也須涵蓋在量測中,原因是此波段會影響到光敏素的吸收情形,但光合作用與光敏素的媒介反應並不相同,故量測光敏素以 700~800 nm 波段為主。

而植物葉面受多少光的照射,以往在光學上常使用照度( Lux )和幅射照度( W/m2 ),但在植物燈使用上,為了更加表示光量子的數量與光合作用速度之間的相關性,也改用光合光量子通量密度( Photosynthetic Photon Flux Density; PPFD )來表示,單位為μmol/s/m2。而光源在波長400~700 nm 範圍所受到的光子量,稱為光合光量子通量( Photosynthetic Photon Flux; PPF ),單位為 μmol/s。現在許多的手持式照度計具有量測 PPFD的功能,同時也可轉換單位,量測照度與幅射照度的功能,然植物照明認證實驗室具備其他精密的光學設備,如……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。


圖三、光合作用有效能量圖

作者:賴韋志/工研院中分院
★完整內容請見下方3月號339期檔案。


分享
為此篇文章評分

相關廠商