LED不仅提供照明，还可以严格控制其光线，以提供其他好处，例如帮助作物生长或更大限度地提高牛奶产量。
 
作者：Recom Power技术营销团队
 
LED（发光二极管）照明在农业领域越来越受欢迎，特别是在畜牧业、温室和室内农业中，与传统照明方法相比，它具有几个优点，例如免维护和更高的能源效率——LED将其消耗的80%以上的电能转化为光，在相同的照明强度下消耗的能源减少60%。然而，优势是光谱控制：不同的作物和动物需要不同波长的光才能获得更佳的生长、产量和健康，LED照明可以提供所需的确切光谱，并且可以实时优化该光谱。这种微调色温的能力使LED照明成为一种经济高效的解决方案，尽管其初始成本可能高于传统照明方法。
 

图1：鸟类和人类趋光反应的比较
 
畜牧业
LED照明用于畜牧业，以改善动物福利、生长和生产力。适当和充足的照明对动物的健康和生长至关重要，LED照明可以提供动物发育不同阶段所需的确切光谱。
例如，在家禽养殖中，紫外线和可见光LED照明用于调节鸡的昼夜节律。适量和光谱的光可以促进产蛋量的增加，减轻压力，提高鸟类的整体福利。由于鸟类的视觉反应与人类不同（视网膜上的四色受体而不是三色受体），它们可以感知我们看不见的紫外线。
它们利用这种能力来识别彼此，以建立自己的啄食顺序，母鸡利用这种能力评估其幼崽的健康状况（更健康的小鸡有更密集的羽毛，反射紫外线的能力更强，因此母鸡可以快速区分弱小鸡和强小鸡）。在低紫外线条件下，家禽无法使用这种额外的感觉，因此变得不舒服，甚至具有攻击性。理想情况下，80%的空间的照明水平应为30-50lux（家禽的视野（300°）也比人类（180°）更宽，因此整个空间需要光线充足，没有可能对鸟类构成威胁的黑暗或阴影区域）。
在奶牛养殖中，LED照明可用于增加牛奶产量。奶牛每天需要特定量的光才能获得更佳的产奶量（通常每天16小时需要150勒克斯），LED照明可以提供所需的确切光谱和强度。测试表明，与过暗或过短的照明时间相比，当照明更佳时，牛奶产量可以提高5-16%。像家禽一样，奶牛的视野非常开阔，视野中的黑暗或阴影区域会让奶牛感到不安，因此需要宽阔均匀的照明。同样重要的是，要有一段时间的低光照（<50勒克斯），让奶牛得到适当的休息。由于牛看不到红光，在此期间，LED照明也可以切换到红色光谱，以便农场工人在不吵醒奶牛的情况下检查奶牛。
 
园艺
 

图2：使用人造光的垂直室内农业
 
如前所述，LED照明提供了精确的光谱控制，这意味着可以根据植物的特定需求量身定制光线；经典的生长灯在品红色和蓝色中辐射得更强烈。然而，植物生长的不同阶段需要不同波长的光，LED照明可以为每个阶段提供更佳光谱。另一个优点是，与传统的照明方法相比，它产生的热量和红外辐射更少，从而降低了植物在高光照水平下受到热应激的风险。这在室内农业和温室栽培中尤为重要，因为温度控制至关重要。
室内农业涉及在室内环境中使用纯人工照明种植作物，这可以全年生产作物。垂直农业涉及在堆叠层中种植作物，使其成为城市地区的一种空间高效的选择。LED照明为每一层植物生长提供必要的光照，降低能耗和热量输出。在水培农业中，植物生长在没有土壤的营养丰富的水溶液中，LED照明可以为光合作用提供合适的光谱，使植物生长更快，产量更高；它还可以定制，以满足不同植物物种的特定光照要求。无土园艺的一种变体是空气栽培，植物在空气或薄雾环境中生长，以及水产养殖，植物在有鱼的水生环境中生长。
同样，LED照明用于提供更佳植物生长所需的光谱，并支持水生生物的生长。室内农业越来越受欢迎，特别是在空间有限的城市地区。在这里，LED照明起着至关重要的作用，因为它为植物生长提供了必要的光线，同时降低了能耗和热量输出。在更大的范围内，LED照明用于温室栽培，为植物生长提供必要的光照，无论天气条件如何。人工照明也被用来延长生长季节，这意味着作物可以在正常生长季节之外生长。
 
一种实用的农业LED照明解决方案
以下示意图显示了一种非常灵活且经济高效的农业大面积室内LED照明解决方案的概念。该系统的核心由一台廉价的单板计算机（SBC）组成，如带有WiFi通信模块和小型LCD（可选带触摸屏）的Raspberry Pi或Arduino，以及一个能够在密封、防尘和无风扇的外壳中提供1000W功率的RACM1200数字电源。
 
 
图3：一个简单的通用LED照明系统的框图，该系统可以通过动态色谱为不同的牲畜和植物进行调谐
 
LED照明控制系统可以通过单独调暗不同的LED组来实时操纵色谱，而SBC与电源通信，在预设时间打开和关闭LED照明或设置整体光强度。通过数字控制降低输出电压，可以实现降低功耗的全局调光。
RACM1200非常适合这种应用，因为它有一个单独的“始终开启”的5V输出，即使主输出完全关闭，它也会继续为SBC供电；此外，它还包括一个单独的12V风扇输出，在这个例子中用于将SBC上I/O引脚的逻辑电平输出升压到更高的电压信号，该信号可以更有效地以全功率切换功率MOSFET。
LED灯具在安全的48VDC下运行，这意味着如果动物咀嚼任何暴露的电线，就不会有触电的风险，并确保灯具可以挂在天花板上的更佳高度，即使它们在农场工人触手可及的地方，也能获得均匀的照明。在垂直农业中，每个烟囱在潮湿或潮湿的薄雾环境中近距离单独照明，工人保护需要这种安全的超低压接线。当然，RACM1200是连续防短路的，如果输出短路，它不会损坏。
 
             
图4：改变每组LED的PWM信号会改变表观照明（色温）
 
通过修改来自SBC的每个通道的PWM信号来设置照明的色温，根据需要提供更多的红色、蓝色、白色或更多的紫外线照明。LED以200Hz以上的PWM信号切换，这样家禽就不会受到闪烁的干扰（人类看不到100Hz或更高频率的闪烁，因此许多经济高效的LED电源在50Hz或60Hz的电源频率的两倍下具有非常高的输出闪烁。对于能够感知高达190Hz的照明闪烁的鸟类来说，这可能是一个问题。RACM1200的输出是无闪烁的，PWM调光的频率高于动物可以看到的频率）。
整个系统可以安装在一个不超过鞋盒的外壳中，即使RACM1200的功率足以单独照亮整个谷仓或温室（输出功率1000W，无需风扇冷却）。另一个优点是80-264VAC的宽输入电压范围，因此即使是远程谷仓或远处户外厕所的不稳定或不稳定的主电源也不是大问题。
 
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