LED光源装置及控制方式

目前，针对植物工厂不同应用途径的要求，己经开发出了管状、板式等多种形式的LED光源装置，供生产用户使用。

管状LED光源装置 为了更好地与T8、T5荧光灯灯管互换，目前己经研制出可替代T8、T5荧光灯的管状LED光源。这类光源由灯架、灯管、灯头等组成，灯架内安装有特定的整流器，可直接将220V交流电转化成可供LED使用的直流电，灯架两端各封接一个电极，并设置与普通荧光灯管同样标准的灯头，在完全不改变其他结构的条件下，就可用管状LED光源直接替换现有的荧光灯，安装使用方便。

这种管状LED光源，是在灯架内表面按一定比例均匀设置660 nm红光、450 nm蓝光和730nm远红光LED灯珠，根据光环境优化参数的研究结果，如生菜栽培设定LED红光/蓝光/远红光（R/B/FR）的比例为8：1：1，黄瓜育苗设定R/B/FR的比例为7：1：1等，进行合理配置。管状LED光源装置可以独立应用于植物工厂的生产，也可与荧光灯配合使用。

管状LED光源装置是植物工厂应用最为普遍的光源系统，既可用于叶菜栽培育苗等，也可以用于植物组培、果菜类作物补光灯等。

LED光源板及其配套装置 板式LED平面光源也是植物工厂重要的光源形式之一，由超高亮度的红光LED和蓝光LED两种光源组成，其中红光LED的峰值波长为660 nm，蓝光LED的峰值波长为450 nm，通过板面设计进行均匀交叉分布为保持温度相对恒定，在光源板中部设有温度传感器，对光源板的中央温度进行实时监控，采用专用散热片与轴流风扇结合进行散热，以提高LED的工作效率及稳定性。光源的发光强度采用脉冲宽度调制（PWM），红、蓝LED两种光源的发光强度可实现分别调控，以满足不同植物对光环境的需求。

案例中植物工厂使用的LED光源板，红光LED的电能转换效率为6.7%，蓝光LED的电能转换效率为13%（发光效率的单位应该为lm/W）；红光LED的发射光强度达到38 W/m2，蓝光LED的发射光强度达到12 W/m2；整个光源系统的光合有效光量子流密度可达255 μmol/（m2·s）。发光面积与育苗盘尺寸吻合，以减少光能损耗。LED平面光源系统的性能参数见表1。

LED光源板可以用于植物工厂的叶菜栽培、育苗等，也可以用于植物组培等。

LED光源控制方式及效果 LED光源装置与计算机之间采用RS-48S通信方式连接，通过外接计算机调控LED光源板的發光强度、发光频率及开关时间。LED光环境调控装置另外还外接1个控制盒，单色光的发光强度、发光频率可通过控制盒实现手动控制。

LED光环境调控装置实行PWM控制方式，其占空比与LED光源的发光强度之间呈线性关系。因此，在进行不同红蓝光比例（R/B）调控时，可以按照控制比例计算对应的占空比，实现单色光发光强度的调节。

光源板的温度对光照参数影响明显，试验表明，在不启动轴流风扇散热的情况下，当光源板的温度从2℃上升至55℃时，红蓝两种LED光源发光强度均呈线性递减趋势；但发光强度随温度的升高减少幅度不大，减少程度<10%。且实际运行过程中在启动轴流风扇散热时，光源板的最高温度一般<38℃，对光源板的性能及植物生产的效果影响并不显著。