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LED還有漫長的路

 

中興大學生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

在過去數年之中,LED光源已成為園藝產業經常討論的技術。在歐洲的園藝光源研討會(Horticultural Lighting Conference),研究人員、製造業與生產者聚集一起討論建立LED光源所需的參數條件,為環控農業創造作物理想的生長環境。此研討會在2017523日召開,地點為Dutch High Tech Campus, Eindhoven。在製造商方面,包括單晶片、二極體、燈具(Lenses)與其他相關技術,還有園藝界的生產者,研究人員,育種者與顧問。

此研討會之焦點為目前LED燈具應用於園藝商業生產之情形。荷蘭Wageningen大學與Anja Die leman 報告LED之基本原理如何應用於作物。Carolin Horst來自Osram公司,解釋高壓鈉燈 (HPS)LED之不同。Horst說明高壓鈉燈仍然是人工光源之主流。雖然已有許多LED之研究,但是目前LED之功能與使用壽命仍然需要許多改進之處。LED無法提供全光譜,有許多細部結構仍然需要改善,包括正確的電源供應(power supply)、驅動器(drivers)、冷卻器(cooler)、光學元件(Optics)、外殼(casing)PCB等等。LED也有一些勝過HPS之優點,例如光源使用效率高,光源有更多變化。

比利時ProtestationStefaan Fabri 深入比較HPSLED。其試驗是以玻璃溫室內Maerlice TOV番茄作物為主。以四種光源比較番茄產量。

1. HPS SON-T 180

2. HPS SON-T 217

3. LED257

4. LED258

結果顯示,使用LED產量至少有25%的增加量。Fabri強調仍然有許多試驗需要進行,其研究結果並不代表立即投資使用LEDLED的能源成本可降低30%,但是溫室需要更多熱能以進行加溫。溫室使用LED,所需能源是否與HPS不同,與地區性能源成本,天然氣價格與作物種類相關。

(評論)

這是一個失敗的試驗,HPS之光量為180217LED之光量為257258,在不同光量條件之下,產量結果是光量之影響,不是研究人員疏忽,就是故意造假。

 

Isabel Vandevlde同樣來自Belgian Proefstation。他的結果顯示在溫室內栽培萵苣,LED區比HPS區其加溫用天然氣耗損量至少多了3%。此研究是以Philips LED Toplights在活動植床栽培系統上方栽培Salatrio萵苣。LED燈可以有更多的根重與更多種顏色,生長更結實,品質更佳。Lollo萵苣在LEDs之下生長更快,顏色更佳。Red Oakleaf 萵苣有更少的葉尖燒現象(tipburn)

Stopckbridge Technology CentrePhillip Davies有兩間研究中心。他解說如何以LED光譜調整植物之型態與化學成分,因此生產作物可以到得到更高的價值。但是他也同時解釋如果不確知生產燈具目的,反而有負效果。如果光譜使用錯誤,反而使得生產結果更加惡劣。使用更多燈具不見得有更好效果。更多燈具代表更多產量,但是成本更高,收益不見得更好。對於不同的作物要決定其正確的光源使用策略是一件困難的事。甜椒在人工光源之下栽培十分困難。紅藍光比例對數個不同作物都有不同影響,遠紅外光線對小黃瓜幼苗生長有所影響,所有的知識要轉化成實際應用,在栽培過程中,除了光源,還要考慮更多因子。除了光源,還有介質、濕度、二氧化碳濃度等重要因子。

Joris Van Lommel 介紹使用不同光源應用於溫室水耕萵苣生產。更多的光譜反而促使更多葉尖燒焦。更多光量使產量增加,但也促使更多葉尖焦黑,更多光量需要更多投資經費,但是不代表在所有生產季節都可以增進產量。生產者需要考慮市場定位,品種選用與生產季節。例如使用LED在三月其利潤就低於冬季。

Liesbet van Herck 的研究是使用LED應用於溫室甜椒生產。研究結果顯示,甜椒在LED光下方很難成長,而且可用品種十分有限。其研究中,五個品種有四個品種在LED之下生長更差,只有Kaite品種之產量增加27%。其解釋為甜椒在LED之下,無法在生長季節長期維持活力。

位在Den Boschkant的實際番茄生產業者Marja van Dessel,與Philips公司簽約在她的溫室進行大規模的商業試驗。她認為投資LED技術並不容易,對於擴充大規模使用LED,他們公司有許多懷疑。她強調,將研究知識轉成實際應用是如此重要。其研究中,在LED光源下種植100kg的番茄,結果番茄產品是非常巨大(big)、難看(ugly),沒有味道(tasteless)與非常差的品質(very bad quality)。因此在商業生產無法實務應用。因此需要更多的研究人員一齊來討論如何實務應用此新技術,以避免發生這種狀況。

Rensselaer Polytechnic InstituteLighting Research CenterJaimin S. Patel 博士探討LED燈能否用以控制植物病菌與疾病。他使用UV-BUV-C進行病原菌控制,觀察短期與長期之影響。發現UV-B LED其效果並不能與UV-B螢光燈管相比較。還有許多研究需要持續進行,以目前的LED技術,對於病原菌控制,其效能還是不足。

 

(討論)

2017523日,在荷蘭舉辦的Horticultural Lighting Conference,提供了太多的真相。尤其溫室業者Marja van Dessel說明番茄使用LED的結果。比照Wageningen大學發表的一連串論文。學者以產學計畫與Philips公司合作,拿人手軟,因此發表出一篇篇避重就輕的論文。這也是畫虎蘭的寫真。

在台灣,LED最著名的神話是筊白筍的增產。而在荷蘭舉辦的Lighting conference,看到了講出真正事實的生產業者。在台灣的LED相關學術研究中,LED反而成為照妖鏡,照出這些研究人員的學術水準與學術良知。