CN112602490B - 一种适用于无花果生长的led植物照明补光系统 - Google Patents

一种适用于无花果生长的led植物照明补光系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，包括若干个LED植物照明光源组成的阵列构成不同的补光灯模组；LED植物照明光源中设有采用蓝光芯片、紫光芯片或者红光芯片串并联构成的粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源；将粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源构成单灯为100‑200W的LED粉紫光补光灯模组、LED粉红光补光灯模组或全光谱LED补光灯模组。该系统具有壮根、助长，调节花期、花色，促进果实成熟、上色，提升口感和品质的作用，大大提高了无花果的生长周期，为无花果产业提供指导依据。

Description

一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统
技术领域
本发明属于半导体照明技术领域，涉及一种适用于无花果生长的植物照明方法。
背景技术
无花果因其营养丰富，味道甘甜，有着较高的药用功效，市场需求量逐年增加，我国研究无花果种植起步较晚，无花果在自然环境下生长，由于无法控制光照等因素，仍存在生长周期较长导致的收益周期长、效益慢等问题。为了解决此问题，部分种植区采用高压钠灯进行植物补光，但由于高压钠灯的光源光谱不符合无花果生长所需光谱，且钠灯光源能效低，耗电量大，长时间使用经济性比较低，因此无法推广使用。目前LED植物照明的普及正在起步阶段，国内外暂未进行适用于无花果的植物照明系统的研究。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于无花果生长的LED植物照明智慧补光系统，解决了现有无花果自然生长中存在的问题，根据无花果的生长特性，量身打造理想的光谱配比。在植物照明智慧补光系统的应用下，生长出的无花果成长速度比一般自然生长的无花果快了近乎3倍，该系统具有壮根、助长，调节花期、花色，促进果实成熟、上色，提升口感和品质的作用，大大提高了无花果的生长周期。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明提供了一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，包括若干个LED植物照明光源组成的阵列构成不同的补光灯模组；
所述LED植物照明光源中设有采用蓝光芯片、紫光芯片或者红光芯片串并联构成的粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源；将粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源构成单灯为100-200W的LED粉紫光补光灯模组、LED粉红光补光灯模组或全光谱LED补光灯模组。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
所述LED植物照明光源包括围框结构的支架碗杯壁，及与该支架碗杯壁相接的碗杯底构成的封装支架，支架碗杯壁底端设有支架正极和支架负极，支架碗杯壁底部支架正极与支架负极之间设有导热层，散热片设在导热层上；碗杯底上设有芯片，在芯片上表面覆盖有胶体。
所述芯片为单颗芯片，或采用多颗芯片串并联。
所述芯片为激发波长为450-470nm的GaN蓝光芯片、激发波长为380-400nm的紫光芯片或激发波长为650-670nm的红光芯片。
当芯片是GaN蓝光芯片或紫光芯片时，胶体为硅胶和荧光粉的混合物；当芯片是红光芯片时，胶体为透明硅胶。
所述粉紫光植物照明光源采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉制作，红蓝比例为6～9:1光谱，红光峰值为660±5nm。
所述粉红光植物照明光源采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉+波长为530-540nm的铝酸盐绿粉制，红绿蓝比例6～9：1.5:1光谱，红光峰值为657±5nm。
所述全光谱植物照明光源采用蓝光芯片440-460nm激发波长为650-660nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作，红光峰值为650±5nm。
所述全光谱植物照明光源采用紫光芯片380-410nm激发波长为650-660nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作3000K/4000K/5000K/6000K，红光峰值为650±5nm。
若干个LED植物照明光源组成阵列的补光灯模组光通量在20-150lm；LED植物照明光源功率覆盖0.06W-3W。
发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
采用本发明LED植物照明系统在无花果“新稍成长、花芽分化阶段的坐果期”使用，通过采用粉紫光(红蓝比例6～9：1光谱)、粉红光(红绿蓝比例6～9：1.5：1光谱)、全光谱(类太阳光谱)三种LED植物生长光源，并通过控制若干个LED植物照明光源组成阵列的补光灯模组光通量；使得生长出的无花果成长速度比一般自然生长的无花果快了近乎3倍。该系统具有壮根、助长，调节花期、花色，促进果实成熟、上色，提升口感和品质的作用，大大提高了无花果的生长周期，为无花果产业提供指导依据。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是LED植物照明光源结构示意图；
图2是LED植物照明光源结构支架正负极散热片背面示意图；
图3是LED植物照明灯具结构示意图；
图4是LED植物照明灯具侧视图；
图5是该植物照明补光系统的试验方法示意图；
图6(a)、(b)、(c)分别为三种植物光源粉紫光LED、粉红光LED和5000K全光谱的仿太阳光谱的光谱图。
图中，图中，1、支架碗杯壁；2、支架碗杯壁外弧面与水平面之间的夹角；3、散热片；4、碗杯底；5、支架底端；6、支架负极；7、支架正极；8、胶体；9、芯片；10、导热层；11-14、补光灯模组；15、LED植物照明光源。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供的适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，包括LED植物照明光源的制作和补光灯的制作。
首先，制作LED植物照明光源：
参阅图1、图2，植物照明LED光源包括围框结构的支架碗杯壁1，及与该支架碗杯壁1相接的碗杯底4构成的封装支架，其中，支架碗杯壁1采用透明PC料、或者白色PPA、PPT塑材的碗杯壁，支架碗杯壁外弧面与水平面之间的夹角2为10°-90°。支架碗杯壁1底端设有支架正极7和支架负极6，封装支架底部背面设有导热层10；支架碗杯壁1底部支架正极7与支架负极6之间设有散热片3(参见图2所示)；碗杯底4上设有芯片9，在芯片9上表面延至支架碗杯壁1内侧壁至支架碗杯壁1顶端水平面覆盖有胶体8。
在该光源结构中，支架碗杯壁1材质选用化学性质稳定、耐高温焊接、有高反射率、与硅胶结合性好、有良好信赖性的透明PC料、或者白色PPA、PPT、EMC、SMC等塑材。
芯片9可以是单颗芯片，也可以是多颗芯片串并联。芯片9可以是蓝光芯片(450-470nm)、也可以是紫光(380-400nm)芯片或者红光芯片(650-670nm)。当芯片9是蓝光芯片或紫光芯片时，胶体8为硅胶和荧光粉的混合物。当芯片9是红光芯片时，胶体8为透明硅胶。
如图3所示，采用若干个LED植物照明光源15组成的阵列构成不同的补光灯模组；图3显示采用了四组补光灯模组11-14构成了补光系统。LED植物照明光源中设有采用蓝光芯片、紫光芯片或者红光芯片串并联构成的粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源；将粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源构成单灯为100-200W的LED粉紫光补光灯模组、LED粉红光补光灯模组或全光谱LED补光灯模组。
采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉制作粉紫光产品(红蓝比例6～9:1光谱)，红光峰值为660±5nm。
采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉+波长为530-540nm的铝酸盐绿粉制作粉红光产品(红绿蓝比例6～9：1.5:1光谱)，红光峰值为657±5nm。
采用蓝光芯片440-460nm激发波长为650-660nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作全光谱产品，或者紫光芯片380-410nm激发波长为650-660nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作3000K/4000K/5000K/6000K全光谱(类太阳光谱)产品，红光峰值为650±5nm。
通过芯片尺寸、芯片功率、芯片颗数可制作不同功率的植物照明LED光源，见图3所示，若干个LED植物照明光源呈阵列分布组成LED补光灯模组11-14，补光灯模组11-14组合构成植物照明补光系统，功率覆盖0.06W-3W之间。
LED光源尺寸不局限于2835，也可以是3030、5050、3535等所有尺寸的LED灯珠。
灯珠封装形式可以是SMD，也可以是大功率陶瓷封装、仿流明封装。
本发明通过研究光谱对植物光合作用色素吸收，以及植株生长形态建成作用，明确红光峰值在660±5nm、657±5nm、650±5nm光谱波段时对植物的生长有特定影响。进一步研究植物光补偿点和饱和点的光强，采用了光量子通量密度PPFD计量，换算到光源产品，以单位时间每瓦产生的光子通量PPF/W计量，再进一步等效，确定出光源产品光通量在20-150lm之间，其中，光通量根据植物的不同生长周期范围可调；确定出无花果需求的光谱波段以及植物照明LED光源产品亮度，制作出三款适用于植物生长的LED光源。下面通过表1说明三种植物光源产品光谱特点。
表1三种植物光源产品光谱特点：
Figure BDA0002879347110000061
Figure BDA0002879347110000071
本发明三种植物光源粉紫光LED、粉红光LED和5000K全光谱的仿太阳光谱的光谱图见图6(a)、图6(b)、图6(c)所示。
其次，制作植物照明补光灯：
参阅图3、图4，选用0.2W-1W 2835粉紫光LED光源、0.2W-1W粉红光LED光源、0.2W-1W全光谱LED光源各一组，设计出散热好的铝基板，1个模组32-64颗灯珠，一个补光灯由2-4个模组组成，制作出单灯为100-200W的LED粉紫光植物照明灯具、LED粉红光植物照明灯具、全光谱LED植物照明灯具。
下面给出试验方法来进一步说明本发明。
试验地点为某无花果庄园。本试验为温室大棚试验，试验品种为XX无花果。请参阅图5，选取生长良好、长势基本一致的无花果植株，分成4组，每组2排(每组试验之间设置两排隔离排)。补光灯分布在植株正上方，每株植株安装4个补光灯，分别设置并标记为粉紫光，红蓝比6-9：1粉红光，红绿蓝比6-9：1.5：1，全光谱对照组，不补光对照组。每个光质配比设置1个高度，距地面2.5m或者3m。高度可以是1-3m之间，同时设置未补光对照组。
补光时间设定两种时间，每天17.30-19.30进行，共2h，或者每天18:00-22:00进行4小时补光。
试验安排在大棚西侧，从棚尾算起，第一、第二排不作处理。第三、第四排为第一组实验(空白对照组)，第五、第六排为隔离排，第七、第八排为第二组实验(LED粉紫光植物照明灯具6-9:0:1)，第九、第十排为隔离排，第十一、第十二排为第三组实验(LED粉红光植物照明灯具6-9:1.5:1),第十三、第十四排为隔离排，第十五、第十六排为第四组试验(5000K全光谱LED植物照明灯具)。
试验结果：
自开始补光后，隔天观察试验植株情况，直至果实生长成熟，经测试，LED植物照明补光灯光合光子通量效率PPE在2.0-3.8μmol/J之间。与未补光对照组相比，可缩短无花果的生长周期20-30天左右，亩产较未补光对照组生长的产能高达500-600斤左右。果实为椭圆形，果形指数0.9～1.0，果实鲜重75.3g。无花果营养吸收完整，口感好，成长速度比一般自然生长的无花果快了近乎3倍，该植物照明系统可对国内外无花果养殖基地进行经验推广。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，其特征在于，包括若干个LED植物照明光源组成的阵列构成不同的补光灯模组；
所述LED植物照明光源中设有采用蓝光芯片、紫光芯片或者红光芯片串并联构成的粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源；将粉紫光植物照明光源、粉红光植物照明光源或全光谱植物照明光源构成单灯为100-200W的LED粉紫光补光灯模组、LED粉红光补光灯模组或全光谱LED补光灯模组，并通过控制若干个LED植物照明光源组成阵列的补光灯模组光通量在20-150lm，缩短无花果的生长周期20-30天；
所述芯片为激发波长为450-470nm的GaN蓝光芯片、激发波长为380-400nm的紫光芯片或激发波长为650-670nm的红光芯片；
粉紫光植物照明光源中红蓝比例为6～9：1光谱，粉红光植物照明光源红绿蓝比例为6～9：1.5：1光谱，全光谱为类太阳光谱；
所述粉紫光植物照明光源采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉制作，红光峰值为660±5nm；
所述粉红光植物照明光源采用GaN蓝光芯片450-460nm激发波长为660-670nm的氮化物红粉+波长为530-540nm的铝酸盐绿粉制，红光峰值为657±5nm；
所述全光谱植物照明光源采用蓝光芯片440-460nm激发波长为650-660 nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作，红光峰值为650±5nm；
所述全光谱植物照明光源采用紫光芯片380-410nm激发波长为650-660 nm的氮化物红粉+波长为510-540nm的YAG铝酸盐绿粉/LuAG铝酸盐绿粉+波长为480-500nm的铝酸盐绿粉制作3000K/4000K/5000K/6000K，红光峰值为650±5nm；
LED植物照明光源功率覆盖0.06W-3W。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，其特征在于，所述LED植物照明光源包括围框结构的支架碗杯壁，及与该支架碗杯壁相接的碗杯底构成的封装支架，支架碗杯壁底端设有支架正极和支架负极，支架碗杯壁底部支架正极与支架负极之间设有导热层，散热片设在导热层上；碗杯底上设有芯片，在芯片上表面覆盖有胶体。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，其特征在于，所述芯片为单颗芯片，或采用多颗芯片串并联。
4.根据权利要求1所述的一种适用于无花果生长的LED植物照明补光系统，其特征在于，当芯片是GaN蓝光芯片或紫光芯片时，胶体为硅胶和荧光粉的混合物；当芯片是红光芯片时，胶体为透明硅胶。
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