植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。     

植物工厂LED照明控制系统设计与研究

植物工厂LED照明控制系统涉及到多路LED独立控制、大功率白光LED的恒流驱动、ECU单元和系统控制的设计,以及监测电路与单元通信等技术问题.本文分别对大功率LED驱动和光谱特性、不同波长LED分控点亮和系统控制、现场通信技术进行了研究.在设计过程中完成了大功率LED驱动电路亮度可调、LED光色调整以及散热检测调试和验证,并以此构成了植物工厂LED照明控制系统的基本单元.在单元的通信接口和优先权限设定之后,组成了较为理想的现场可控光照系统.结果表明,经过系统控制设计的LED光源不仅节能、环保.而且由于LED的亮度、色温、光谱的可控制性满足了植物工厂的需要.     

基于LED光源的大型养鸡场照明系统设计研究

[目的]为大型养鸡场设计LED灯具及灯光照明控制系统,满足养鸡场对光照的要求。[方法]采用三基色LED光源设计LED灯具,并与LED灯光控制器、PC机以及灯光编辑软件组成LED灯具照明系统。[结果]照明系统能为养鸡场提供适宜的光照,可以节约电能、提高生产效率。[结论]该研究设计的照明系统融合电子、电工技术与计算机技术、嵌入控制技术和网络通讯等技术,顺应鸡生理特性,能够提高鸡只生产性能。     

基于 PLC 技术的种苗精准光培育平台设计与试验

【目的】光是影响植物生长、发育、代谢及外部表型最为重要的一个因素。在植物生长过程中，常使用人工光源代替自然光对种苗进行补光，以提高果蔬的品质、产量和效率。人工光型植物工厂是标准化高效育苗的重要途径之一，但其光源能耗高，占植物工厂总能耗的 60%~80%，严重阻碍工厂化育苗技术的推广与应用。因此，降低光源能耗，提高光的利用率是植物工厂育苗的核心目标之一。【方法】针对植物工厂培育平台层高固定、能耗高且难以匹配种苗生长光需求等问题，采用理论分析、模型构建和试验相结合的方法，开发一款基于可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术的种苗精准光培育平台。以黄瓜幼苗为对象，验证种苗精准光培育平台光强调控系统性能，探究其对黄瓜幼苗生长的影响。【结果】灯珠结构优化后的光强以及光分布均匀性均有所提高。开发的平台可通过手动、自动、HMI（ Human Machine Interface）和上位机等方式对黄瓜幼苗进行补光。通过平台光辐射能耗模型和层高调整控制策略，有效降低 LED 运行功率，节约电能约40.65%，光平台辐射模型的最大相对误差为 34.37%，最小相对误差为 3.57%，平均相对误差为 11.45%。栽培试验表明，在相同光强处理下，通过对比种苗精准光培育平台与传统层高固定平台对比，幼苗表型参数与壮苗指数无显著性差异。【结论】基于 PLC 技术的种苗精准光培育平台可以实现自动升降和智能调光，且在不影响种苗生长的情况下最多可节约电能 40.65%。     

太阳能光伏发电系统在植物工厂中的应用初探

从降低植物工厂运行成本的角度出发,将太阳能光伏发电系统与植物工厂相结合,可将太阳能转变成电能后为植物工厂的运行提供能源。太阳能技术的应用,将有望降低植物工厂的运行能耗,减少植物生产对常规能源的依附。     

LED在植物工厂中的研究现状与应用前景

随着光电技术的发展,LED发光效率不断提高,LED光源在植物栽培领域的研究逐渐受到世界各国的广泛重视。该文综述了LED在植物工厂中的研究现状,重点介绍了LED光源特性、光源系统的开发以及LED在植物栽培领域的应用研究,并对LED在植物工厂中的应用前景和发展趋势进行了分析。     

植物用LED平板灯的性能评价指标

由于人眼视觉函数和植物敏感曲线的不同,原有的适用于普通照明灯具评价方法和照明标准将不适于植物照明灯具。文章以植物光度学为理论依据,介绍评价植物用LED平板灯的性能评价标准指标。该指标符合实际应用中植物对光的要求,适用于大部分植物用LED平板灯的性能评价。     

微型植物工厂LED多光谱补光系统的设计与应用

不同的光谱、光强和光照周期对植物的影响不同。为了深入研究植物与光照的关系,设计一种微型植物工厂LED多光谱补光系统的可控光源。基于嵌入式系统,对微型植物工厂所需补光进行分析,通过控制不同波长的LED产生不同光强,使其接近所需光谱。该补光系统可从365～940 nm的25种不同波段的光谱自由选择,实现大功率LED光谱自由拟合、光照强度连续可调、光照周期自由设定的功能,同时可根据不同植物种类的适宜光环境需求进行"量身定做",进而实现精确补光。该系统成本低、效率高、精确性高、针对性强,更利于对光与植物关系的研究。     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

《植物工厂植物光质生理及其调控》学术专著出版

正简介:由中国照明学会农业照明专业委员会秘书长、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所刘文科研究员和查凌雁博士共同编著的设施园艺领域新书《植物工厂植物光质生理及其调控》于2019年5月由中国农业科学技术出版社出版。该书包括13章内容。该书系统总结了近30年来国内外有关植物工厂植物光质生理领域的研究成果,从生长发育、产量生理、代谢生理、营养生理、逆境生理、品质生理等多角度阐述了植物工厂植物光质生理及其LED调控优质高产、节能新技术,对大专院校农业生物环境工程、设施园艺科学与工程、植物生理学、蔬菜学等专业的科研工作者以及植物工厂、农业照明企业界人士具有参考价值。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

LED在农业与生物产业的应用与前景展望

随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。通过对LED在农业与生物领域研究现状的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。     

茶园节能型开沟刀设计与试验

针对茶园机械化开沟减阻减耗需要,设计茶园节能型开沟刀,用于减小茶园开沟时的开沟功耗。通过理论分析确定节能型开沟刀侧切刃与正切刃曲线方程,通过离散元仿真方法确定侧切刃螺旋线终点处滑切角与正切刃在侧切刃平面内展开曲线终点处静态滑切角分别为62°、56°。对设计完成的节能型开沟刀进行田间试验,试验结果表明:在开沟深度为15、20、25 cm时,节能型开沟刀的开沟功耗分别为0.093、0.107、0.128 kW,均小于对照组通用开沟刀的开沟功耗,说明设计的节能型开沟刀在各个开沟深度均能够达到降低开沟功耗的目的。此外节能型开沟刀在不同开沟深度的沟深稳定性系数均大于90%,高于国家标准和对照组通用开沟刀试验结果,说明设计的节能型开沟刀在降低作业功耗的同时,可保证开沟质量。     

水泵变频驱动的农田灌溉系统仿真研究

针对农田灌溉系统中电能消耗高且利用率低的问题,根据管道灌溉系统的特点,将变频调速技术引入水泵电机的节能控制。分析了包含变频器异步电机、水泵和管网的灌溉系统构成和节能基本原理,构建各部分数学模型,并在MATLAB/simulink平台上进行系统仿真。仿真案例结果表明:引入变频调速装置,可实现水泵出水口流量或扬程0~1的连续变化,节能率达56.6%;采取出水端扬程或者流量闭环控制,可以实现变频器的输出频率调制,进而控制水泵电机的运转。     

优质·高效·节能香蕉试管苗工厂化生产技术体系的探讨与实践

以海南大学农学院组培实验室香蕉试管苗工厂化生产为研究对象,通过对组培技术以及组培器具等的改进及其综合运用,对"优质、高效、节能"香蕉试管苗工厂化生产技术体系进行研究和实践。结果表明:通过外植体优选和变异率控制可确保试管苗的优质;通过芽分级接种技术、污染控制技术、适宜的培养密度以及合理的生产进度等4项技术措施的综合实施成倍地提高了效率;通过综合运用节能灯具、调控光温、利用自然光和培养容器改进等技术措施可降低能耗30%以上。产品质量达到或超过国家农业行业标准,室内直接生产成本可降低20%以上。     

温室多层立体栽培联合补光对生菜产量及品质的影响

针对温室单层栽培模式空间利用率低,资源浪费的问题,以阿奎诺生菜为研究对象,探究温室多层立体栽培结合人工补光模式对生菜产量、品质及电能利用率的影响。试验结果表明:栽培架中层和下层补光处理能显著提高生菜总干物质量。中、下层补光处理下,每增加1%日光照累积量(Daily light integral,DLI),单位面积产量分别增加0.6%和0.8%。栽培架中层补光处理、下层补光处理和对照上层不补光处理叶片比叶面积(Specific leaf area,SLA)比中层和下层不补光处理更小,即叶片更厚。高光强下生长的叶片在光合能力及光化学成分的形成有明显的促进作用,补光处理下叶片中的可溶性糖含量和叶绿素含量均高于不补光处理。在补光处理下虽然耗电量增加了,但生菜产量也明显提高了,补光处理下的投入/产出值与栽培架最上层不补光处理差异不显著为0.08~0.09 kW·h/g,但均明显高于中、下层不补光处理的0.2~0.3 kW·h/g,而且温室中采用3层栽培模式后,空间利用率提高了2倍。     

基于模糊PID控制的通信机房温度调节节能系统

针对通信机房温度控制消耗大量能源的弊端,利用冬季室外冷源,通过对水泵、室外风运转的智能控制,将室内热量由乙二醇液体循环系统传达到室外冷凝器;再由室外冷凝器将乙二醇液体的热量散发出去,达到降温的目的,保证机房在恒温、恒湿和洁净的条件下节约能源.由于系统存在很大程度的非线性、大滞后和不确定性,设计中结合模糊控制和PID算法的优点,采用模糊自适应PID控制技术,既保证了温度调节的快速性,又满足了系统的稳定性,并且系统稳态误差很小.MATLAB仿真结果表明,模糊PID控制算法能适应通信机房温度控制的要求,在响应速度、稳态精度及抗干扰能力等方面均优于传统PID控制,具有较好的鲁棒性.     

天然气净化厂脱硫装置能耗计算及测试方法

脱硫装置是含硫天然气净化厂的高耗能设备,目前国内石油天然气行业内部尚无系统完整的对天然气净化厂脱硫装置进行能耗计算和测试的方法.提出了脱硫装置的能耗计算和测试方法.脱硫装置的测算指标主要包括电耗、单位天然气处理量电耗、MDEA贫/富液换热器效率、MDEA贫液能量回收率、MDEA循环泵和酸液回流泵机组效率、重沸器热耗和单位天然气处理量热耗7个内容.根据脱硫装置的能耗计算方法,设计了脱硫装置测试方法,其包括测点的布置、测试对象、测量项目和测试所用仪器等.应用脱硫装置能耗计算和测试方法对长庆油田第一采气厂3座净化厂的脱硫装置进行现场测试和分析计算,结果表明：提出的能耗计算和测试方法能较好地反映出脱硫装置的能效水平,并可为脱硫装置开展能耗测试和计算提供理论依据及技术导向.     

浅析电力扬水泵站的节能途径

通过对电力提灌泵站能量消耗途径的分析,阐述泵站效率与能源单耗的关系,并结合实际提出降低能源单耗、提高运行效率的途径和办法,对加强电力扬水泵站运行管理实现节能提供依据.