Продавец ООО "М-ФОКУС" / Прямые поставки с завода по России развивает свой бизнес на Tiu.ru 12 лет.
Знак PRO означает, что продавец пользуется одним из платных пакетов услуг Tiu.ru с расширенными функциональными возможностями.
Сравнить возможности действующих пакетов
Начать продавать на Tiu.ru
Корзина
20 отзывов
СКИДКИ ДО 30 %   I   БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА ПО РОССИИ   IПодробнее
ПРЯМЫЕ ПОСТАВКИ ПО РОССИИ 24/7
+74952204622
8 800 777 800 5
8 800 777 800 5
Бесплатный звонок по России
+7 (495) 220 46 22
Отдел продаж
+7 (499) 700 50 79
Техническая поддержка

Влияют ли CRI и световая отдача на фотосинтетическую фотонную эффективность?

Влияют ли CRI и световая отдача на фотосинтетическую фотонную эффективность?

27.01.21

Заказчики время от времени просят светодиоды с высоким индексом цветопередачи для своих проектов по выращиванию растений, и иногда это сбивает нас с толку: почему светодиоды с хорошей цветопередачей для человеческого зрения также необходимы для роста растений? 

Чтобы понять это, мы проводим соответствующие эксперименты и расчеты, чтобы проанализировать причину этого требования, чтобы выяснить, имеет ли оно смысл.

Выводы:

1.     Что касается оценки фотонной эффективности, мы не думаем, что CRI и визуальная эффективность существенно влияют на результат.

2.     Учитывая реалистичную производительность для конкретного выращивания растений, соответственно могут быть важны CRI и визуальная эффективность.

CRI (индекс цветопередачи)

CRI оценивает способность источника света, который передает исходный цвет объекта, с полной оценкой 100 (Ra), этот показатель выбирает тестовые образцы цветов Манселла, принимая различные источники света в качестве эталонных источников и сравнивая результат хроматической аберрации в тесте. мерные и эталонные источники света. Чем больше аберрация, тем ниже оценка цветопередачи. Взяв среднее арифметическое значение первых 8 тестовых образцов цвета, мы получаем Ra в качестве общего индекса цветопередачи, взяв 15 тестовых образцов цвета, мы получаем расширенный индекс цветопередачи. В этом расчете также участвует трехцветный стимул, который используется для адаптации человеческого глаза, CRI - это своего рода визуальное восприятие.

В настоящее время на рынке мы можем найти различные светодиодные продукты с индексом цветопередачи (Ra) от 80 до 98. В качестве предзнаменования следующего содержания мы поговорим немного подробнее о методе улучшения CRI.

На спектральном уровне могут быть разные рецепты комбинации люминофора для увеличения показателя CRI, но наиболее эффективным и практичным способом является усиление длинных волн красного спектра. На рисунке 2 показано сравнение между Ra 80 и Ra 98 на примере спектров 3000K и 6000K. Можно сделать вывод, что смещение красного спектра помогает значительно увеличить индекс цветопередачи.

Световая эффективность

Светодиод известен своими замечательными энергосберегающими характеристиками по сравнению с обычными источниками света, и это также помогает выиграть Нобелевскую премию. С другой стороны, энергосбережение означает эффективность. Существуют различные измерения эффективности, а световая отдача, которая является визуальным восприятием, измеряется на основе фотопического зрения с максимальной чувствительностью на 555 нм.

Согласно теории расчета светового потока, когда другие условия одинаковы, чем больше спектр перекрывает световое зрение, тем более высокая световая отдача может быть получена. Эта теория также отвечает, что в целом светодиоды с высоким индексом цветопередачи всегда имеют относительно низкую светоотдачу.

WPE (эффективность розетки)

Эффективность сетевой розетки оценивает эффективность преобразования электрической энергии в оптическую. В отличие от CRI, WPE вычисляет физические характеристики без добавления визуальных восприятий. Понимание и анализ WPE также помогают в расчетах по поиску подходящего радиатора.

PAR (фотосинтетически активное излучение)

Фотосинтетически активное излучение определяет длину волны 400-700 нм, в пределах которой фотосинтез соответствует наиболее чувствительной. Он похож на диапазон зрения человеческого глаза, но чувствительность совсем другая.

PPF (фотосинтетический фотонный поток) и PPE (фотосинтетический фотонный поток)

Поток фотосинтетических фотонов - это расчет, основанный на PAR, и по сути это фотон, генерируемый источником света каждую секунду, измеренный с помощью микромоля (мкмоль), и расчет включает постоянную Авогадро ( a = 6,022 × 10 23 ) , Постоянная Планка ( h = 4,14 × 10 -15 эВ ∙ с ), скорость света ( c = 3 × 10 м / с ) и спектральное распределение мощности (дискретное в определенных нанометровых интервалах, измеряемых как Вт / нм). Следовательно, мы можем рассчитать поток фотосинтетических фотонов на каждом нанометре.

Очевидно, что все константы и переменные, используемые для расчета PPF, являются «чистыми» физическими величинами без дополнительных фотосинтетических или биологических весов. Это также означает, что до тех пор, пока в PAR существует определенное спектральное распределение мощности, можно получить тот же PPF независимо от формы спектра.

Было бы легко вычислить эффективность фотонов, когда у нас есть поток фотонов, PPE измеряет, насколько эффективно источник света генерирует фотоны, с основанным знаменателем электрической мощности, PPE обычно описывается как мкмоль / Дж (Дж = Джоуль, равно до Вт · с). Аналогичным образом, расчет СИЗ касается «чистой» физической ценности. Это сильно отличается от расчета светового потока и эффективности.

Соответствующие эксперименты

Чтобы сравнить экспериментальные результаты в равной степени, мы стараемся сделать условия как можно более похожими, а экспериментальные условия основаны на:

  • Спектр белого света 4000К CCT.

CRI имеет значение только тогда, когда свет белый, мы выбираем 4000K, который является одним из наиболее часто используемых цветов CCT в садоводческом освещении, в качестве экспериментального объекта.

  • Светодиодная матрица, люминофор и корпус.

Кристалл и упаковка остаются такими же (упаковка 2835), учитывая настройку CRI, что означает, что длина волны спектра будет изменена, люминофор также будет применяться по-другому.

Условие испытания.

С промышленным стандартным интегрирующим шаром и спектрометром, со стандартной процедурой калибровки, условия испытаний остаются постоянными, чтобы избежать каких-либо инструментальных ошибок.

  • Принцип различных схем спектра.

Как упоминалось выше, улучшение CRI в основном связано с улучшением спектрального распределения мощности на более длинной длине волны (600-650 нм), а улучшение световой отдачи на уровне спектра заключается в настройке спектрального распределения мощности в пределах фотопического зрения, насколько это возможно. Поэтому в следующих экспериментах с разным дизайном спектра переключение между CRI и световой эффективностью рассматривается как первичное.

Соответственно, четыре разных эксперимента CRI обрабатываются, чтобы соответствовать условиям выше, это Ra 95+, Ra 90+, Ra 85+ и Ra 80+, и выбирают средний результат из 10 образцов, чтобы избежать эффекта смещения, список оптических.

Результат реальных испытаний соответствует теории - с улучшением CRI световой поток и эффективность постепенно уменьшаются.

На рисунке 7 (а) четыре спектра сравниваются как нормализованные по одной и той же оси координат. Можно обнаружить, что максимальная длина волны красного спектра смещается вправо при увеличении Ra.

Абсолютные значения освещенности Ra 80 и Ra 95 сравниваются на одной и той же оси координат. Очевидно, что излучение синего пика Ra 80 сильнее, чем Ra 95, это связано с тем, что красный люминофор с большей длиной волны поглощает больше энергии от синего кристалла или люминофоров, возбуждаемых синим кристаллом. Следовательно, энергия из спектра распределяется более равномерно.

Широко признано, что световой поток не подходит для оценки характеристик освещения для садоводства, потому что растения видят иначе, чем человек, вместо этого следует принять PPF и PPE.

Как ни странно, от Ra 80 до Ra 95 световая отдача, очевидно, различается, но PPF и PPE одинаковы (с учетом инструментальной ошибки во время тестов), что означает, что CRI и световая отдача не влияют на PPF и PPE, почему?

Понять причину

Как упоминалось выше, эксперименты проводятся в максимально возможных условиях, помимо того же самого корпуса 2835, светодиодные матрицы имеют такую ​​же длину волны пика 450 нм, мощность излучения 230 мВт и люминофоры, используемые в экспериментах:

  • Ra 80

Зеленый люминофор: Lu 3 Al 5 O 12 : длина волны пика Ce 530 нм, EQE (внешняя квантовая эффективность) 74%;

Красный люминофор: (Ca, Sr) SiAlN 3 : длина волны пика Eu 625 нм, EQE 85%;

  • Ra 85

Зеленый люминофор: Lu 3 Al 5 O 12 : длина волны пика Ce 532 нм, EQE 76%;

Красный люминофор: (Ca, Sr) SiAlN 3 : длина волны пика Eu 629 нм, EQE 86%;

  • Ra 90

Зеленый люминофор: Lu 3 Al 5 O 12 : длина волны пика Ce 532 нм, EQE 72%;

Красный люминофор: (Ca, Sr) SiAlN 3 : длина волны пика Eu 640 нм, EQE 78%;

  • Ra 95

Зеленый люминофор: Lu 3 Al 5 O 12 : длина волны пика Ce 532 нм, EQE 72%;

Красный люминофор: (Ca, Sr) SiAlN 3 : длина волны пика Eu 651 нм, EQE 84%.

Можно сделать вывод, что форма спектра является одним из решающих факторов, влияющих на поток и эффективность. От Ra 80 до Ra 95 за счет уменьшения распределения в пределах зрительной функции поток и эффективность снижаются синхронно. На рисунке 6 показано, что эти четыре светодиода генерируют одинаковую мощность излучения (с учетом инструментальной погрешности), но результаты становятся разными при преобразовании в световой поток.

Дополнительным явлением этих различных CRI является то, что, как широко понимается, длинноволновый спектр в основном влияет на воспроизведение насыщенного красного цвета, которым является R9 в CRI 15 TCS (Test Color Samples), однако в этих экспериментах очевидно, что длинные -спектр длин волн также влияет на Ra - среднее значение от R1 до R8 значительно. Действительно, по результатам CRI R9 является наиболее изменчивым параметром, от Ra 80 до Ra 95, R9 рассчитывается как -7,36, 19,12, 62,49 и 91,55 соответственно. На рисунке 8 показаны конкретные значения Ri для четырех светодиодов CRI.

Чтобы объяснить это явление, мы могли бы проверить коэффициент отражения CRI TCS 1-8 (рис. 9). От 600 до 650 нм, TCS1-8 имеют соответствующую отражательную способность, которая колеблется от 14,8% до 67,6%, что означает, что распределение в пределах 600-650 нм эффективно влияет на TCS 1-8, то есть длинноволновая часть эффективно влияет на Ra.

Что касается PPF и PPE, хотя они начинаются с «фотосинтетически» или «фотосинтетически», в расчетах не участвует ни один конкретный ботанический фактор. Помимо соответствующих констант, спектральное распределение мощности, которое по сути является мощностью излучения, определяет PPF и PPE. 

Эксперименты выбирают один и тот же светодиодный кристалл с мощностью излучения 230 мВт, длиной волны 450 нм и 2,9 В, и приводом на 150 мА, с тем же эквалайзером зеленого и красного люминофоров, которые используются для разных CRI, что означает все переменные, используемые для расчета излучения светодиода. мощность и PPF / PPE одинаковы, тогда мы получаем этот результат и вывод о том, что CRI и световая отдача не влияют на PPF и PPE, но напоминаем, что этот вывод основан на тех же экспериментальных условиях - одинаковых константах и ​​переменных в расчетах и ​​основан на по общему признанию того, что улучшение CRI означает улучшение длинноволнового спектра.

Заключение и размышления

Хотя сделан вывод, что CRI и световая эффективность не влияют на PPE, расчет PPF / PPE измеряет количество фотонов в PAR, но это не включает взвешивание различных фотосинтетических чувствительности. На рисунке 10 показано сравнение спектров Ra 80 и Ra 95 с чувствительностью к поглощению хлорофилла a, поглощению хлорофилла b, фитохромному красному (P r ) и фитохромному дальнему красному (P fr ) и длинноволновому (> 600 нм) диапазону. которая является самой разной частью между Ra 80 и Ra 95, на рисунке 10 представлена ​​зеленым и фиолетовым цветом.

Очевидно, длинноволновая часть (> 600 нм) участвует в пиках фотосинтетической чувствительности, и сравните различные спектры CRI, пик Ra 95 ближе к пикам фотосинтетической чувствительности, что означает, что при рассмотрении поглощения хлорофилла a, Спектры хлорофилла b, P r и P fr с высоким индексом цветопередачи должны работать лучше, а «высокий индекс цветопередачи» основан не на лучшей визуальной цветопередаче, а на более достаточном спектральном распределении мощности в длинноволновой области (> 600 нм). Что касается фактических характеристик конкретных растений на определенной стадии роста, мы оставляем это на усмотрение биологов.