一, ויסות איכות אור: להבין כיצד צמחים "מדברים" אחד עם השני באמצעות פוטוסינתזה
צמחים סופגים אור באופן סלקטיבי מאוד, ומערכת הפיגמנטים הפוטוסינתטית שלהם פועלת כמו ספקטרומטר מדויק מאוד. כלורופיל a/b סופג אור ב-660 ננומטר אדום ו-450 ננומטר כחול, ואילו קרוטנואידים עוזרים בספיגה ב-480 ננומטר כחול. טכנולוגיית LED יכולה לענות במדויק על הצרכים של צמחים בגלל הסלקטיביות הספקטרלית הטבעית שלה.
1. ההשפעות הביולוגיות של סוגים שונים של אור
המחקר האמפירי של מיצובישי כימיקל ביפן מוכיח כי שימוש במקור אור LED הכולל אור אדום של 660 ננומטר ואור כחול 450 ננומטר יכול לשפר את היעילות הפוטוסינתטית של חסה ב-37% ביחס למנורות פלורסנט קונבנציונליות, תוך העלאת תכולת ויטמין C ב-22%. מחקר של נאס"א בגידול צמחים בחלל הראה שתערובת מסוימת של אור אדום וכחול עשויה להגביר את צפיפות הסטומטית של ציפורני החתול ב-40%, מה שהופך את הטרנספירציה ליעילה הרבה יותר. טכניקה זו לשליטה באיכות האור הובילה לרעיון של "נוסחה קלה", המאפשרת לשנות את שילובי הספקטרום בהתאם לסוג היבול ושלב הגידול שלו. לדוגמה, בשלב הצמיחה התזונתי של עגבניות, נעשה שימוש בספקטרום עם 60% אור כחול כדי לעזור לגבעולים ולעלים לצמוח. בשלב הצמיחה הרבייה נעשה שימוש בספקטרום עם 70% אור אדום כדי לעזור לצמחים לפרוח ולשאת פרי, מה שמביא ליבול של יותר מ-40 קילוגרם לצמח בכל שנה.
2. טכניקה לשליטה באיכות האור הדינמי
האינטרנט של הדברים שולט במערכת תאורה דינמית בחווה אנכית בשנג'ן שמשנה את בהירות האורות בהתבסס על נתוני מזג אוויר-בזמן אמת. במזג אוויר רטוב, ערך ה-PPFD (צפיפות שטף הפוטון הפוטוסינתטי) אמור לעלות אוטומטית כדי לוודא שהיבול מתפתח באופן קבוע. האקדמיה הסינית למדעי החקלאות המציאה טכניקת "גמד מבוקר אור" המשתמשת באור כחול פועם כדי להוריד את גובה צמחי התות ב-35% ולהעלות את תפוקת הפירות ב-25%. זוהי דרך ירוקה לגדל צמחים בבניין.
2, מהפכת יעילות אנרגיה: מפסולת תרמית סולארית לאספקה מדויקת
מנורות נתרן בלחץ גבוה- הופכות רק 12% מהאנרגיה החשמלית לקרינה פעילה פוטוסינתטית, בעוד שמנורות מתכת הליד מייצרות הרבה-קרינה אינפרא אדומה רחוקה, השורפת צמחים. הפיתוח של טכנולוגיית LED עשה הבדל גדול במידת היכולת שלנו להשתמש באנרגיית האור.
1. צעד גדול קדימה עד כמה ההמרה הפוטואלקטרית עובדת היטב
ה-LED מסדרת GreenPower מבית Philips Lighting מציע יעילות שטף פוטון של 2.8 מיקרומטר מול/J, שהיא גבוהה ב-233% מזו של מנורות נתרן בלחץ גבוה-. המכון למוליכים למחצה באקדמיה הסינית למדעים יצר שבב LED אדום עמוק בעל יעילות קוונטית חיצונית של יותר מ-85%. זה מוריד את עלות האנרגיה לתעשיות המפעל ל-0.15 יואן לק"ג מוצר. מהפכת יעילות אנרגטית זו מסייעת ישירות לייצור המפעל להיות כדאי יותר מבחינה כלכלית. לדוגמה, חווה אנכית בשנג'ן שהשתמשה במערכת LED עמעום חכמה הפיקה פי 20 יותר יבולים למ"ר מאשר גידולם בשדה פתוח. הוא גם השתמש רק בחמישית-מכמות המים והחשמל.
2. מערכת בקרה חכמה לסביבת התאורה
מפעלי LED מודרניים משתמשים ברשתות חיישנים כדי לפקוח עין על דברים כמו עוצמת האור, הפצה ספקטרלית ותכולת CO₂ בזמן אמת. לאחר מכן הם משתמשים באלגוריתמים של למידת מכונה כדי לשנות את אסטרטגיית התאורה שלהם תוך כדי תנועה. לדוגמה, אם טמפרטורת העלים גבוהה מדי, המערכת תוריד אוטומטית את כמות האור האדום ותעלה את כמות האור האדום הרחוק. זה יפתח את הסטומטה ויקרר את הצמח על ידי הגברת הטרנספירציה. טכנולוגיית בקרת-לולאה סגורה זו שומרת על סביבת צמיחת הצמח יציבה ב-99.7% מהזמן, וזה פי שלושה מאשר חממות טיפוסיות.
