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園藝照明的複雜性模式

Modeling the complexities of horticulture lighting

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

資料來源:https:// www.illumitex.com/modeling-the-complexities-of-horticulture-lighting-white-paper/

 

在環控農業的設計過程也要瞭解照明。對於光源需求準確的模式化,可以協助生產者計算設備成本與回收年限。對於光源與設備能夠轉化成最後產品之利益與損失可以估計。

園藝光源模式分成兩部分,1.電力轉為光源,2.光源轉為生物質量。

1.概論

園藝使用光源愈加複雜,效率也是逐年改善。光源與植物之關係愈加瞭解,光源技術與設計也是不斷創新。然而各種情況下的最佳光源還是有許多爭議。此篇文章提出一個動態模式,針對不同環境,不同應用方式,不同的可利用資源,使得設計者與生產者,可以預測每一單元與各參數的輸出結果與單位成本。表一為此照明作業模式

2.能源轉成光能

在建模過程中,以實際量測光源能量為主,而不是引用廠商之型錄。量測範圍為光合作用能量(PAR),範圍400-700nm,自能源單位(w)轉換至光合作用能量(μmol/s),其效率並不是100%。許多能量轉成熱源,轉換比例單位為μmol/J

不能使用之光能轉成熱量,可用以加溫作業。但是在需要降溫作業的環境,室內環境幾乎依靠空調設備。

光能中廢能此名詞(photon waste),代表光能不能用以光合作用,原因在於1.其波長不對,2.沒有被作物葉冠吸收,3.因為距離太遠,在未到達植物葉冠前散射或稀釋。

a.不同燈具與LED有其特定光譜,光能之數量、品質與周期對植物之影響與植物之品系與生長階段有相關。

b.光能如果未到達植物表面,即是一種浪費。例如光源照耀在牆壁、走道或植株中間。高壓鈉燈具有反射板用以將向上燈光反射至植物,但是反射方法還是會浪費光能LED以直射光提供光源,反射方法還是會浪費光能。

c.光源在空氣中前進會損失能量,與距離平方呈現比例關係。

3.光能轉換成為生物物質  

光能由光合作用轉成生物物質。對一個垂直照明系統而言,此光利用效率
(Light Use Efficiary
LUE)2.7%,代表0.027比例之光能(PAR範圍)轉成植物的化學能量。其餘植物未利用部分包括在植物表面反射而損失,能量因植物代謝作用而消耗等。LUE因植物種類而不同,生物質量中無法成為商品出售部分稱為廢生物質(Wasted biomass)

4.養分輸入

光能量轉換時其他相關因子包括相對濕度,巨量/微量養分,CO2、水、空氣流速(風速)等,光量增加時,需要更多水分與CO2。如果輸入條件不足,光合作用效率降低。

其他環境因子也造成影響,例如自高壓鈉燈釋出之熱量使得葉片溫度上升,降低相對溼度,影響蒸散作用,因此影響光合作用能力。因此自鈉燈轉為LED燈對原來環境之影響十分複雜。

5.時間因子

植物在不同生長階段對光量與光質之要求也不同。灰塵累積燈具可能引起輸出光量降低。