LED植物灯光谱技术跟参数新

LED植物灯光谱技术和参数

光的研究基础是光谱，光的应用品质需要光谱分析，LED植物灯的光谱尤为重要，制造商对植物灯光谱的设计能力决定其市场竞地位，LED植物灯光谱需要根据种植工艺专门设计而不能去仿制。

植物工厂是跨界产品，好亮固体光源研究所把植物工厂技术分为种植设备技术与种植工艺技术，植物灯光谱技术是种植设备与种植工艺的重要关联点，需要明确的一点是种植工艺决定光谱设计，对植物灯的设计与制造是保证种植工艺所要求的光质能达到最佳效率，植物灯的这些特点决定了植物光谱设计具有复杂性和多样性。

1、光的应用分类

视觉应用：应用于照明，物理单位是以平均人眼的视效函数对光谱辐射功率加权得到的光通量为主要参数。

非视觉应用：以动物、植物、医疗、微生物、识别、数据传送等应用，物理单位是辐射功率或者光量子数。

2、光子的能量

LED发光是能量的转换现象，电子与空穴复合时多余的能量会发光，产生光子，波长越短，产生光子的能量越高，光子是光传递能量过程中的最小单位，植物光合作用吸收的是这种带能量的光子，光合作用是在光子能量包驱动进行，而不是一般的光能量作用，这就是植物光合作用需要光子去表达的原因。

单个光子的能量在波长400nm与波长700nm的能量比是1.75，也就是说，蓝光比红光能量大1.75倍。

图：相同辐射功率下，产生光子的数量随着波长的增大而增加。

光合作用是由光子通量产生，是携带能量的光子在酶的作用下分解CO2与H2O后产生新的分子的过程，但不是所有被植物吸收的光子产生相同的光合作用，需要用能量传递的角度理解光合作用，用“光餐”来理解光子与植物的关系。

光合有效辐射的光子数量采用两种度量单位：光合光子通量（PPF），其波长范围从400到700nm，二是产生的光子通量（YPF），其波长范围可以根据植物的光合响应下确定波长范围。

3、植物灯的参数与单位

摩尔量（mol）

在描述物质构成的基本单位如分子、离子、光量子等的时候，通常采用摩尔量表示，摩尔量是由6.022EXP(23)个物质的基本粒子构成一个基本量，单位是：摩尔（mol），在植物光合作用里光子的数量也是采用摩尔量表示，一个光子摩尔（mol）里包含有6.022EXP(23)个光子，由于在植物光合里摩尔的单位大，许多参数采用微摩尔表示。

1摩尔（mol）=1000000微摩尔（umol）。

1微摩尔（umol）包含有6千万个亿的光子。

PAR

光合有效辐射（Photosynthetic Active Radiation）

植物用于光合作用的特定波长范围（400-700nm）的辐射称作光合有效辐射，标注单位有两种：

一是用光合辐照度表示（w/m2），主要用于太阳光的光合作用的广义研究。

二是用光合光子通量密度PPFD表示（umol/m2s），主要用于人造光源和太阳光对植物光合作用的研究。

采用每秒辐射到植物表面的光子流量的这个方法表示辐射源的辐射能力，称为PPF_PAR法。PAR约占太阳总辐射的50%，需要注意的是，光合辐照度这个单位体现不出波长的影响。PPF

光合光子通量（Photosynthetic Photon Flux）是指波长在400-700nm波段里，人造光源每秒辐射出光子的微摩尔数量，单位umol/s。

PPFD

光合光子通量密度（Photosynthetic Photon Flux Density）与PPF相对应的是每平方米每秒光源辐射出的微摩尔数量，单位umol/m2s，是密度的概念。

PPFD是表示在一平方米范围里的PPF。

PPFD是个与辐射距离相关的物理量，与照射距离的平方成反比。

1PPFD表示每秒1微摩尔的光子数量辐射在1平方米的表面。

1umol/m2s（PPFD）有多大呢，它表示10平方纳米里有6个光子。

YPF

产生的光子通量（Yield Photon Flux）

是指在人造光源所发出的波长范围里，每秒辐射出的光子微摩尔数量，单位umol/s。通常认为的波段是360-760nm，对于LED光源，波长范围设定为380-800nm。

YPFD

产生的光子通量密度（YieldPhotonFluxDensity）

与YPF相对应的是每平方米每秒辐射的微摩尔数，单位umol/m2s，是密度的概念。YPFD是表示在一平方米范围里的YPF。

YPFD是个与辐射距离相关的物理量，与照射的距离的平方成反比。

YPFD更能准确的表达LED植物灯光质的光量。

对于红光蓝光谱，YPF=PPF，其他光谱PPF

PAR与PPFD的区别，PAR是个物理概念，而PPFD的这个物理概念的单位。

PPFD与PPF的关系：PPFD是由种植工艺参数得出的基本量，PPF是灯具制造的主要参数。为了清晰了解辐射、照明、植物光合作用的三个概念，我们制作了下面的表格。

人造光源的辐射、照明、植物光合作用这三个概念对比表：

图中右侧是安装高度。从图中可以看出，适当的安装高度可以降低光源功率，减少系统能耗。

对于同一PPF的光源，安装高度与PPFD的关系是安装高度增加，PPFD以2次方的速率下降。

4、不同光源与灯具之间定量分析参数

对于不同的人造光源，采用下面的指标可以比较他们之间的光谱参数性能，这些参数也可以比较同种光源相同光谱形态下不同厂家的光谱参数性能，通常，这些值越大越好，但是，数值大并不意味着种植效率高，需要具备专业技能的专业评估。

PPF/w：表示每耗电一瓦所产生的PPF。

PPFD/w：表示每耗电一瓦所产生的PPFD。

YPF/w：表示每耗电一瓦所产生的YPF。

YPFD/w：表示每耗电一瓦所产生的YPFD。