LED食虫植物光源

By | 2016年1月30日

原文链接:http://www.carnivorousplants.org/howto/SoilsWater/Lighting.LED.php

中英对照:http://blog.windworkshop.net/?p=286

(译注:文章中提到的LED配比的灯在全灯养情况下只适用于捕蝇草以外的食虫,捕蝇草只能半日照半灯养,别问我为什么知道_(:3」∠)_)

LED光源是一个新兴的科技。不同于在以后不会有什么变化的技术成熟的荧光光源。LED光源的技术是在不停的变化的。LED生产商的目标是制造对于我们来说节能且舒适的光源。尽管植物光源不是他们的目标,但是还会有一些厂家会定制一些植物光源的组件。

当下主要有两种LED产品,一种是开始被淘汰的我们普通照明所采用的分立彩色LED技术。为了得到白光去混合蓝、绿和橙色的LED用以生产出类似最新技术的荧光灯的光谱。单色LED依旧在诸如交通灯、建筑以及烘托分为上有着自己的应用。蓝色建筑灯(译注:这里所说的建筑灯指的是装饰建筑物外观的夜景用的等)一定程度上可以用做植物光源,但红色建筑灯太黄。深红色的波长适合植物,但不是最有效的植物吸收位点,所以并没有什么卵用。

现今主流的LED产品是白色LED。这种LED的光很像荧光灯的光。荧光灯使用高压电和水银蒸汽产生紫外线,不可见的紫外线激发玻璃管壁上的荧光粉转化为可见光。白色LED则使用类似的方式替代产生紫外光,它通过发光二极管来产生强烈蓝光。蓝光穿过涂有或嵌有荧光粉的材料将大部分的蓝色光转化成波长更长的颜色。你可以把它称作白色LED,但事实上,当他们关掉以后可以看到黄色或者橙色的荧光粉。

关于更多的LED灯工作的技术问题可以看看Wikipedia LEDWikipedia LED lamp的文章。


White LEDs

白色LED芯片,LED灯泡产品由一个安装这种芯片的灯泡,加上电源、大规模散热片、漫射器(译注:灯罩)、连接器组成。这种LED灯泡因为使用了很多特制的部件所以非常昂贵。图中展示的是Bridgelux RS Array Series(译注:普瑞光电RS阵列系列,面光源),型号DS25,以及飞利浦LUXEON K DS102

Strip LED lighting

白色LED灯带。这个灯带有10mm宽,每25mm安装3个2030LED。三条这样的灯带可以替换T5-HO荧光灯。


当决定了你需要的植物灯类型,你先想清楚,为什么你要种植物,如果你种植物因为你喜欢看它们,你还是使用为人设计的光源。如果你不关心植物长什么样,那么一盏高效的植物灯会让植物看起来比较暗。植物看起来像这种颜色是因为它们吸收并利用所有的光线。你同样可以使用介于这两种之间的光,植物看起来会缺少些颜色,或许你会喜欢紫色的植物。

白色LED光源

你想要看到植物自然的颜色最好是使用为家庭设计的LED光源。现在生产的白色LED使用荧光粉模拟卤素灯。它不同于荧光灯,LED灯拥有更广的光谱的荧光粉产生更自然的光线。(译注:个人觉得这个指的是3500k-4000k色温的LED,往上就太惨白了,往下就太黄了)

一个LED灯泡的问题通常是“便宜”的灯产生的CRI显色指数少于85。这种灯缺少植物所需的深红色光。CRI为95的灯泡拥有的峰值光线接近叶绿素吸收的红色峰值,但是成本也是80CRI灯泡的两倍。95CRI的灯泡可以认为是专业级的产品但不像80CRI的消费级这么好找。

LED灯的最大特点是有明确的方向性。你可以选择你所需要的而不是那些花哨的带各种反光板和镜子的灯。LED射灯对于植物来说很很好,或多或少能支持植物的水平方向的叶子。你可以用一盏LED射灯放在猪笼草,大盆的茅膏菜或者捕蝇草,或是作为照明的六边形水晶球(译注:这个乱入的东西是什么鬼……)之上。不过缺乏散射光是个缺点。光束很窄以至于养猪笼草不会像太阳瓶子草那样好,哪怕是在植物周围放置的镜子也不行。

LED灯的另外一个优点是光线和散热器比荧光灯好。荧光灯的在35℃的室温下工作会更有效率但灯具的陷阱热效应(译注:冷气会自发的向热的地方流动的效应)会反过来加热下方的植株。LED灯会产生热量,当变热时就会老化。必须注意并确保他们有足够的空气循环以保持凉爽。在理想条件下,在每天使用16小时,使用4-8年的情况下,灯通常衰减30%的亮度。如果灯过热,它们的亮度会衰减的更快。

还有一个问题是LED灯比较昂贵,每瓦的流明数比最高效的荧光灯要低。在家庭中,这个情况就不同了,因为相比起卤素灯和荧光灯,它的费效比还是很好的。你的家里的电费越多就越需要LED灯。但这对于植物来说并不是替换荧光灯的最好方法。T8结构的LED灯太暗了,考虑作为植物光源的话CRI太低,成本也高。

LED灯带是一个有趣的新产品。你可以买背部有胶带的LED灯带,将他们贴在机柜或者其他东西的底部,连接上电源就可以作为一个很好的光源使用了。在你的家中你可以用作补充照明或者技术照明,安装在其他照明器具不容易装上的地方。防水LED灯带甚至可以用在水景或者潮湿的地方。不幸的是,优质的白色植物灯是唯一符合费效比的。你无法和T5或者T8比,T5和T8的费效比甚至比节能灯还高,除非节能灯能为你的植物产生热量。根据你选择的不同的灯条,约2-8英尺替换一盏26w的节能灯,或者8-30英尺替换一根4英尺的T5-OH灯。


Feit PAR30 15W的LED灯,使用8英寸(20cm),10英寸(25cm)和20英寸(30cm)的灯泡的光强度对比

LED dispersion

(译注:图为不同的灯在固定高度上距离光中心点的光强)

10000到20000勒克斯,LED的工作时距离捕蝇草和茅膏菜为11英寸(28cm),在这个距离上的有效种植面积为直径8英寸(20cm)的圆形,这种灯泡有38°的额定光束角。这是被广泛用于LED灯具的。记得检查LED射灯/泛光灯的额定光束角。


白色LED灯的底线不如T5-OH灯的时候你可以使用T5-OH灯,然而在许多有创造性的事情上T5-OH灯无法或不能正常工作,这时就可以使用LED灯来照明。

有颜色的LED灯。

对于商家或是无菌培养的植物,植物灯的颜色不是他们关心的因素。商家更关心用更少的钱培养出更好的植物。商业种植着可以通过使用彩色LED照明替代荧光灯照明减少在电费上的一半的支出。因为他们只支付的完全用于植物需要的光的费用。对于无菌培养,每年可以节省数千美元或欧元。

麻烦在于需要多少以及需要混合什么光对植物最好。白色的人性化光照你可以根据光照计来调整光照强度,而光照计对调整植物照射的深红色和蓝色光却无能为力。

另一个因素是深红色660nm的LED灯不容易获得(译注:某宝:风太大我听不清)。它属于定制项目,因为对于人来说太暗了。620nm的红色LED通常容易获得并且可以产生很橙黄的光,对于植物效果拔群。常见的460nm蓝色LED对于植物来说几乎是完美的

很不幸我没法给我们室内养殖的朋友在光的颜色的比例上更多的帮助。他们发现他们的植物在相同电源相同种植面积下T5-OH灯下比LED灯下生长得更好。因为他们(我说的)希望植物能在白光下生长。使用白色LED比荧光灯更具成本优势。

因为在电力消耗上,欧洲的电力消耗是典型北美的两倍,欧洲的商业种植者已经做了很多关于LED的实验。Andreas Wistuba使用定制的防水LED灯条使用了不同比例的颜色。他发现没有一个合适的比例适用于所有的植物——有的植物喜欢蓝色,有的则不喜欢。他还在努力,它从他的供应商那里收到质量参差不齐的灯条。唯一值得的是,使用这些彩色灯条可以节省他每年数千欧元的电费。

随着照明技术的成熟,它看起来是蓝色、白色、深红色的LED混合的灯条,这种组合的灯条很适合作为植物光源。白色LED的比率可以已我们看到植物的自然色调为准进行调整。它只需要混合10%到15%的白色LED,配合蓝色和深红LED就可以呈现植物的自然颜色。


彩色LED使用在无菌培养中。

LEDs in tissue culture

使用LED进行无菌培养实际上比荧光灯照明更好,如果深红、蓝色、和白色的比例适合,植物会很喜欢。对于一种植物合适的比例对反而不利于另外一种。要检查植物有必要的白色光源如LED闪关灯、头灯或旧荧光灯。

注意在墙壁和桌子的交界处的光散射和光强度分布。安装LED的架子离植物的距离要比荧光灯远一些。图片来自Andreas Wistuba.

— John Brittnacher

关于定义和植物照明的介绍,请参阅 Indoor Plant Lighting页面。

本页面是覆盖了关于LED照明比荧光灯照明好的内容。


叶绿素的吸收

Chlorophyl Spectrum

叶绿素的吸收光谱图,叶绿素吸收的主要是蓝色和红色,之所以呈绿色是因为叶绿素反射绿色光。

显色指数为95,色温3000k,白色光芯片LED的光(波)谱(长)功(分)率(布)
95 CRI LED

这种高CRI的LED提供宽光谱的峰值时叶绿素首选的波长。

显色指数为80,色温3000k,白色光芯片LED的光(波)谱(长)功(分)率(布)
80 CRI LED

一个5000k的LED会提供高于465nm的峰值以及更绿的光。

译注:国内能查得到的资料里边大部分5630、5730等SMD封装的光谱图基本就长这样,当然有CRI95的,某宝查不到,google查到了北京有一家生产5630 CRI95的在外国卖1美元一片,对比一下国内那些1-3毛钱的5630/5730简直不能看……

3000K色温,CRI85的T5-OH荧光灯光谱图
T5-HO 3000K

CRI85的T5-OH 800系列荧光灯,注意纵轴的相对刻度(译注:在哪0 0?)。

 

荧光灯和LED的技术参数比较

灯泡 CRI 功率 * 流明
* 每瓦流明数
CFL 1 节能灯
82 26 1365 53
T5-HO 2 85 54 4650 88
PAR30 LED 3 95 15 880 59
PAR30 LED 4 80 15 790 53
PAR AgroLED 5,10 n/a 12 850 71
T8 LED 6 83 17 1700 100
T8 AgroLED 7,10 n/a 22 1248 57
LED Strip Light 8 >80 3/ft 152/ft 52
LED Strip Light 9 >80 7.5/ft 575/ft 75

*初始LED的流明数,荧光灯的平均流明数LED亮度衰减的速度没有荧光灯那么快,预计使用4-8年,每天使用16小时将会衰减30%。
1 GE FLE26HT3/2/841
2 Sylvania FP54/841/HO/ECO
3 Sylvania LED15PAR30/DIM/P/930/Fl40 (41 lm/w after 4 years)
4 Feit 15PAR30L/LEDG5 (37 lm/w after 5 years)
5 Sunlight Supply 901430 (7 red/3 blue/2 white LEDs)
6 Feit T4817/LEDCL/41K
7 Sunlight Supply 901422 (red LEDs)
8 Flexfire Colorbright Warm White LED strip light 暖白灯条
9 Flexfire Industrial Ultra Bright™  加装散热片的暖白灯条
10 没有全光谱,所以流明数对于其他的灯没有太大的参考作用。


光从PAR30 LED与另外一种灯泡的光散布比较图

LED and Fluorescent dispersion

光强度的散布图,来自于12.5英寸(32cm)的LED灯和8英寸(20cm)的荧光灯比较。在相同距离上荧光灯的照射生长区域为11英寸(28cm)宽,而LED的照射生长距离为7英寸(18cm)的直径。这意味着要使用8个15W的LED射灯共计120W提供的光线相当于2个T5-OH共计108W的荧光灯。

以上测试的灯泡是4个一组的T5-OH灯和2个一组的Tek 44灯泡(数据使用勒克斯表以及经过平滑处理)。

在不同距离上使用PAR30 LED和双灯光荧光灯的照明峰值对比。
LED Lux by distance

距离单位为英寸。请记住这是水平光照,荧光灯是T5-OH Sun Blaze 42。(数据使用勒克斯表以及经过平滑处理)。

分立式LED在植物照明器具中。
LEDs

左边的LED是白色的使用荧光粉的LED。右边的是彩色LED,这是“老旧”的LED技术。LED芯片安装在陶瓷支架上,支架下方有泡沫塑料支撑。

分立式LED灯开启。

LEDs on

这个灯具由50%深红、20%蓝色、10%橘黄、10%红色和10%白色组成。灯具长1米,功率为156W。肉眼看起来植物比较接近自然色,而数码相机拍出来则偏粉色。制造商声称80%的光线或许可以被植物吸收。

在长凳上进行补充照明的温室。
Greenhouse LED lighting

刚离开无菌培养的苗可以在温室的长凳上补光驯化。照片来自Andreas Wistuba。

晚上的长凳温室。
Greenhouse LED lighting

照片来自Andreas Wistuba。

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