植物生长灯植物辐射能量和光子通量计算

請參閱第一講相關LED植栽的光量名詞說明
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光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
光譜能量分佈圖譜
Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率 總量，公式如下
光量
A1 A2
應該補投射面積值
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See: USU_spectral_characteristics.pdf
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太陽光譜和各種燈具 光子通量分佈圖
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太陽光譜能量分佈圖譜
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太陽光輻射能量和光子通量
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umole/(m2*s)
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YPF Spectral Weighting Function Solar Spectral Sunny Day
YPF(Yield Photon Flux) 是實際有效 地植物光合作用的光子數量。 由於紅色光子更有效地誘導光合作用 反應，YPF 提供了更多的權重給植物 的靈敏度曲線上的紅色光子。
PPF ：2000 μmol/s * m2 YPF ：1798 μmol/s * m2
植物生長燈具 輻射能量和光子通量
計算
1/Nov/2014
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基本測量方法
目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種
1. 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
2. 光合作用光子通量( photosynthetic photon flux ， PPF)
各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/ s
390
UV(300-399) 300
490
Blue(400-490) 400
Green(491-600) Red(601-700)
Near infrared(701-850)
600 491 700 601 850 701
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看懂植物燈規格 相關數據
(人眼視覺反應)
但植物則不同，對紅光─藍光光譜 最為敏感，對綠光較不敏感，但是 敏感性的差異不似人眼如此懸殊， Quantum Sensor 才 是 測 量 400~700 nm 的。
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植物光合作用有效能量
(人眼視覺反應)
(植物光合作用反應)
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光量子感測器
Ideal PAR energy sensor
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
各種燈具之光子通量分佈圖
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umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
複金屬燈 光譜能量分佈圖譜
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
日光燈 光譜能量分佈圖譜
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等離子光源 LEP（Light Emitting Plasma） 光譜能量分佈圖譜
PPFD
A1
應該補投射面積值
A2
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看得懂燈珠參數
PS-ST-NLAPBG4XX-K0X
PPFD = 0.198 * 450
120
= 0.74 μmol/s @450nm
PPF 值(400~510nm)， 請參閱page 9 可由光譜能量圖和光子數量圖得出
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LED植物燈規格書注意事項
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輻射能量轉換成光子數量
光譜能量分佈圖譜
光子通量密度分佈圖
0.4瓦每平方米
1.4 umole/(m2*s)
計算
X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度
X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)
1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度
Pw 為輻射功率總量， Wλ 為光譜功率密度，W/nm △λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
得到 400~720波長範圍內的輻射功率總量
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光合作用光子通量 ( photosynthetic photon flux ，PPF)
PPF 定義： 光源在400~700 nm 波長範圍內所發射的每秒光子數； 單位：μmoles/second ，微摩爾/秒 。
PPF 值告訴我們由光源產生 的光子數有多少。 例如植物燈標示 PPF ：240μmol/ s ，是指 將所有400~700 nm波長範 圍內的光子加在一起， 就 得到了光合作用光子數量有 240μmol這麼多。
(McCree, 1972a; McCree, 1972b; Inada, 1976; Sager, 1988) 光通平台-植栽
各種能量轉換對照表
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PPF =
範例： 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量 算出此光源在420nm 有 1.4 μmol/s * m2
PPFD
= 1.4 μmol/s * m2
PPF 值為將可見光範圍(400~700nm)波長範圍內的光子加在一起， 就得到了光合作用光子通量(數量)。
See 相關LED植栽的光量名詞說明.pdf
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看懂植物燈規格相關數據
315W 陶瓷複金屬燈光譜圖
315W 陶瓷複金屬光子數量圖
PPF D
PPF ： 598 µmol/s 1.90 PPF/W (598/315)
各個不同波段的光子通量
Unit: μmol/ s
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
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看得懂燈具參數
PPF
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看得懂燈具參數
Pw 為輻射功率總量， Wλ 為光譜功率密度，W/nm △λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
PwB 為藍光部分的輻射功率，W
PwR 為紅光部分的輻射功率，W
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LED 光合作用光子通量 ， PPF
umole/(m2*s)
PPF =
Photosynthetic Photon Flux (PPF): photon flux integrated over the 400-700 nm
Yield Photon Flux (YPF):
waveband
photon flux weighted and integrated according to plant response
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計算式
1 Jule λi 的光子數： λi/hc PW (λi) Jule 之λi 光子數： ： PW (λi) * λi/hc PW (λi) Jule 之λi μmol光子數： PW (λi) * λi/nhc
h=蒲朗克常數 =6.626 × 10-34 joules s
1 μmol光子數， n= 6.02x 1017光子
2. 1 Jule 420nm 光子數=1/0.04733 × 10-17 =21.128 x1017光子
3. 1 umol ： X= 6.02x 1017光子 ： 21.128 × 1017 ； X=3.51 umole (每瓦)
4. 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量
5. 可算出此光源在420nm 有 1.4 umole/(m2*s)
6. 如果對每個波長都進行這樣的轉換，可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。
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LED 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
LED 光譜能量分佈圖
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率 總量，公式如下
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LED白光 光譜能量分佈圖譜
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光量子感測器
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感測器的敏感度曲線
植物對光譜的敏感性與人眼不同
(植物光合作用反應)
人類眼睛最敏感的光譜約為 555 nm，介於黃-綠光，對藍光區與紅 光區敏感性較差；Photometer 測 量的就是人類眼睛的感覺。我們通 常在測量的 lux 就是 photometer， 是針對人類眼睛的感受來測量的。