1. 照明の品質規制: プラント照明規定の破り
植物は光の使い方に非常にこだわります。植物は光合成のために 400 ～ 700nm の範囲の可視光（太陽放射の約 43% ～ 52.5% を占める）のみを吸収できます。主な吸収ピークは赤色光 (610 ～ 720nm) と青色光 (400 ～ 510nm) です。 LED プラントライトは、半導体材料の光電機能を利用して、一度に 1 色の光だけを放射します。チップを組み合わせることにより、細かいスペクトル制御を実現することもできます。
660nmの赤色光は植物の感光性色素を活性化し、植物がより多くのクロロフィルを生成し、より多くの炭水化物を貯蔵するのに役立ちます。トマト植物の赤色光の量が 60% に達すると、果物の可溶性糖含量は 18% 増加し、ビタミン C 含量は 25% 増加します。南京農業大学の研究によると、菊の茎部分は赤色光にさらされると100%発根し、自然光にさらされる場合よりも40%多く発根することがわかりました。
ブルーライトのルール: 450nmのブルーライトは、クロロフィルの生成と茎や葉の成長に最も重要です。ブルーライトが 30% ある環境では、レタスの葉のクロロフィルは 22% 増加し、茎は 15% 太くなりました。また、ブルーライトは植物の成長を防ぎ、植物をよりコンパクトにし、スペースを有効に利用するのに役立ちます。
730nm の遠赤色光は植物の光増感剤 B (PhyB) と作用して、細胞の伸長と開花時間を調節します。イチゴの植物に10％の遠赤色光を加えると、匍匐性の茎の節間が20％短くなり、果実の成熟が5日早まる可能性がある。
フルスペクトル シミュレーション: ハイエンド LED システムは、紫外光 (380 ～ 400 nm) と赤外光 (700 ～ 1000 nm) を含む太陽スペクトルをコピーできます。-植物は紫外線にさらされると、リコピンやアントシアニンなどの二次代謝産物をさらに多く生成します。赤外線は植物の呼吸を助け、適切な温度を保つのに役立ちます。
2. 光の強さと日長の制御: 開発ニーズが正確に満たされていることを確認します
植物の光合成には、光補償点（光合成速度が呼吸速度と等しい点）と光飽和点（光が増えても光合成速度が上がらない点）があります。 LED システムは、スマート調光テクノロジーを使用して、成長のさまざまな段階で植物のニーズに自動的に調整します。
苗の段階では、根の成長と葉の拡大を助けるために、40% の青色光と 50% の赤色光を混ぜて使用します。連雲港市の雲台農場では、胡蝶蘭のインテリジェント栽培室にある LED 補助光により、組織培養苗の発根時間を 7 日間短縮し、高品質苗の割合を 30% 高めました。-
栄養成長期には、葉の光合成を促進するために赤色光の量を増やします (60% ～ 70%)。このスペクトル配合により、工場でのレタスの成長サイクルが 60 日から 45 日に短縮され、単位面積あたりの収量が 40% 増加します。
生殖成長期：植物を開花させるには、赤色光と遠赤色光の比率（5：1）を変更します。成長しすぎないようにするには、ブルーライトを追加します。この提案はイチゴの糖度を15％高め、市場に出回る時期を10日早めます。
光周期の調節: タイマーを使用して、植物の開花時期を概日周期に従うようにします。 12 時間明るく、12 時間暗闇という条件下では、キクのような短日植物は、本来の環境よりも 20 日早く開花します。
3. スマート制御システム: 閉ループの光環境を作る-
新しい LED 植物照明システムは、IoT センサー、AI アルゴリズム、アクチュエーターを使用して、閉ループで光環境を調整します。
環境認識レイヤー: 光量子センサー（PPFD の測定用）、スペクトル アナライザー、植物の表現型を監視する機器を使用して、光の強度、スペクトル分布、植物の成長因子に関するリアルタイム データを取得します。{0}
意思決定のためのレイヤー: AI アルゴリズムは、植物の成長方法のモデルに基づいて、スペクトルの式と光の持続時間をリアルタイムで変更します。たとえば、トマトの葉のクロロフィル濃度が低下すると、システムは自動的に赤色光の量を増やし、より長く点灯し続けます。
エグゼクティブ層: 調光可能な LED ドライバー モジュールを使用して、0% から 100% まで無段階調光します。多層栽培システムでは、照明の各層を個別に調整して、光が均一になるようにすることができます。
エネルギーマネジメント担当：太陽光発電と蓄電装置を組み合わせてエネルギーを最大限に活用します。上海孫橋現代農業開発区では、LED システムのエネルギー使用量を 30% 削減し、二酸化炭素排出量を 45% 削減する統合蓄光技術を採用しています。
4. 技術のブレークスルー: 実験室から工場へ
LED 植物照明は、時間の経過とともに 3 つの点で変化してきました。
第一世代 (2000 ～ 2010 年) は、主に 1 色でのみ動作する赤と青の LED で構成されていました。光効率は約 50lm/W で、スペクトルとあまり一致しませんでした。それらは主に科学研究活動に利用されました。
第 2 世代 (2010 ～ 2020 年): より優れた光効率 (150lm/W) を備えた多波長組み合わせ LED を作成し、インテリジェントな調光機能を備え、温室生産で広く使用され始めました。-
第 3 世代 (2020 年から現在): 量子ドット LED とペロブスカイト材料のおかげで、光効率は 250lm/W を超え、フルスペクトルの動的制御が可能になりました。南京農業大学は、寿命が 50,000 時間で、消費電力が蛍光灯より 69.7% 少なく、1.5 年で元が取れる LED 組織培養ランプを製造しました。
5. 応用例：農業生産の向上
連雲港雲台農場では、10 層の三次元栽培ラックで LED 植物ライトを使用しています。-これにより、標準的な温室に比べて胡蝶蘭の植栽密度が3倍、単位面積当たりの収量が10倍になり、水の使用量が90％削減されます。
北京小唐山温室には、光強度が 200 μ mol/m 2/s を下回ると自動的に点灯する上部 + 植物間デュアル モード補助照明システムが備えられています。これにより、緑色野菜の成長サイクルが 15 日短縮され、欧州連合の品質基準を満たします。
世界初の「植物工場5.0」実証プロジェクトがオランダのヴァーヘニンゲン大学に構築された。 LED光環境規制を利用して年間1平方メートル当たり100キログラムのトマトを栽培し、地球表面の光エネルギーの92％を使用する。
