نظرة عامة
نظرًا لأن اختراع الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) ، فقد كان هناك ارتفاع كبير في كمية الفوتونات التي يمكن تحويلها من الطاقة الكهربائية ؛ ومع ذلك ، فإن هذا يقترب من الوصول إلى الحد المادي. عند النقطة التي تتحول فيها جميع طاقة الإدخال إلى طاقة في شكل فوتونات التمثيل الضوئي ، يتم تحقيق أقصى قدر من الكفاءة النظرية. يمكن أن تصل كفاءة المصابيح الزرقاء إلى 93 ٪ ، فمن الممكن أن تصل "البيض" الذي يحول الفوسفور إلى 76 ٪ ، ويمكن أن تصل المصابيح الحمراء إلى 81 ٪. بسبب هذه التحسينات ، أصبحت آفاق جديدة لإضاءة البستنة متاحة. في هذه المقالة ، سنناقش الموضوعات التالية: (1) الفيزياء الأساسية وكفاءة المصابيح ؛ (2) الفعالية الحالية لـLEDs؛ (3) تأثير الجودة الطيفية على إخراج المحاصيل ؛ و (4) الفعالية المحتملة لتركيبات البستنة. يمكن تحقيق ذلك من خلال تحسين التأثيرات الطيفية على مورفولوجيا النبات ، والتي تختلف من الأنواع إلى الأنواع. هذا سيسمح بالتقدم في تحويل الفوتونات. من ناحية أخرى ، فإن تأثيرات الطيف على التمثيل الضوئي قابلة للمقارنة للغاية عبر الأنواع ؛ ومع ذلك ، فإن التعريف المقبول حاليًا للفوتونات الضوئية ، التي تتراوح من 400 إلى 700 نانومتر ، قد يتطلب بعض التعديل. تعتبر التدوير الحالي ، والتدخل الحراري ، وبرامج التشغيل (مزود الطاقة) ، والخسائر البصرية هي الخصائص الأربع المتأصلة في جميع تركيبات LED. يتم إنشاء الحد الأعلى لفعالية لاعبي LED من خلال ضرب فعالية حزمة LED بواسطة هذه العوامل الأربعة. بالنظر إلى الوضع الحالي لتكنولوجيا LED ، تشير الحسابات إلى أن قيود الفعالية للتركيبات البيضاء والأحمر هي 3.4 ميكرولتر J - 1 ، بينما بالنسبة للتركيبات الزرقاء والأحمر ، تكون حدود الفعالية 4.1 ميكرولتر J - 1. من خلال تضمين الحماية البصرية ضد الماء والرطوبة المفرطة ، يتم تقليل هذه القيم بحوالي 10 ٪. هناك مفاضلات بين فعالية الذروة والتكلفة ، والتي نقوم بالتفصيل.
الفيزياء
يشير مصطلح "الكفاءة" إلى النسب التي لها نفس الوحدات في كل من البسط والمقام ، ويمكن ذكر هذه النسب كنسبة مئوية. يشير مصطلح "كفاءة LED" إلى نسبة ناتج الطاقة البصرية إلى مدخلات الطاقة الكهربائية ، معبراً عنها على أنها واط لكل واط أو في المائة. يشير مصطلح "الفعالية" إلى النسب التي يتم التعبير عنها في مجموعة متنوعة من الوحدات. يتم استخدام مصطلح "الفعالية" في مجال الإضاءة البستانية لوصف كمية الفوتونات التي يتم إنتاجها في الثانية الواحدة لكل واط من كهرباء المدخلات. نظرًا لحقيقة أن Watt يساوي Joule في الثانية الواحدة ، يمكن تبسيط هذا إلى ميكرول في كل مرة. إن علاقة Planck -Einstein ، والتي يشار إليها غالبًا باسم معادلة Planck ، هي تعبير رياضي يصف العلاقة بين طاقة الفوتون وطول الموجة. باستخدام هذه المعادلة ، يمكننا أن نرى أن العلاقة بين الطاقة وطول الموجة متناسبة عكسيا. المعادلة المستخدمة للتحويل بين الكفاءة والفعالية ، وكذلك لحساب أعلى فعالية فوتون التمثيل الضوئي المحتملة لطيف معين. يتم استخدام هذه المعادلة للتحويل بين الكفاءة والفعالية.
من أجل تحديد التأثير الذي تحدثه الفوتونات على النباتات فيما يتعلق بكمية الطاقة الكهربائية التي هي المدخلات ، نحصل على الوحدات ذات الصلة من خلال تحويل كفاءة المصابيح إلى فعاليتها. هذا يتوافق مع القانون الفيزيائي المختلف المعروف باسم قانون Stark -Einstein ، والذي يرى أنه لكل فوتون تم امتصاصه ، فإن جزيء واحد فقط قادر بالفعل على التفاعل. من الممكن إعادة صياغة هذا القانون من خلال الإشارة إلى أن فوتون واحد قادر على إثارة إلكترون واحد. يقتصر نطاق فعالية الفوتون في هذا العمل على الفوتونات ذات الأطوال الموجية التي تتراوح من 400 إلى 700 نانومتر ، باستثناء LEDs البعيدة ، والتي تتضمن فوتونات ذات أطوال موجية تصل إلى 800 نانومتر. من الشائع بالنسبة لصانعي الحزم LED الإبلاغ عن الفعالية في لومنات لكل واط لأن هذا مقياس ذي معنى للإضاءة البشرية. ومع ذلك ، لا ينطبق هذا المقياس على الإضاءة البستانية لأنه قياس للفوتونات الموزونة للرؤية البشرية بناءً على حساسية العين البشرية لألوان مختلفة.
حزمة LED ، وهي شريحة LED الموجودة داخل السكن ، هي المقصود بمصطلح "LED" في هذه المقالة. بالإضافة إلى تسهيل الاتصالات الميكانيكية والكهربائية إلى المباراة ، يعمل الإسكان أو العبوة أيضًا كقناة حرارة ، ويؤثر على توزيع الفوتونات ، ويتضمن طبقة الفسفور لمصابيح LED البيضاء (لمزيد من المعلومات ، انظر أدناه). حزم LED هي الجمهور المستهدف لمعايير أداء LED. عندما يتم دمج حزم LED في لاعبا اساسيا ، يشار إلى ذلك على أنه لاعبا أساسيات LED.
كفاءة LEDS الأساسية في صميمها
هناك ثلاثة كفاءات فرعية تسهم في الكفاءة الكلية لمصابيح LED (حزم LED) ، والتي هي نتاج هذه الكفاءة الفرعية الثلاثة:
نسبة طاقة الفوتون المنبعثة ، المعبر عنها في فولت الإلكترون ، إلى الجهد المطبق (Vphoton/VF) هي تعريف الكفاءة الكهربائية. تتأثر هذه النسبة بالمقاومة الكهربائية الداخلية لـ LED.
تشير الكفاءة الكمومية الداخلية ، المعروفة أيضًا باسم الفوتون لكل إلكترون ، إلى العملية التي يتم من خلالها تحويل الإلكترونات إلى فوتونات. تتأثر هذه العملية بطرق إعادة التركيب غير الإرادية ، والتي تشمل الشوائب والعيوب الفيزيائية.
يشار إلى نسبة الفوتونات التي تترك مادة أشباه الموصلات LED إلى إجمالي عدد الفوتونات التي يتم إنشاؤها على أنها كفاءة استخراج الفوتون. تتأثر هذه النسبة بكل من الانعكاس الداخلي وامتصاص. يتم استخدام عبارة "خسائر الحزمة" في صناعة LED للإشارة إلى أي خسائر تحدث أثناء عملية حصاد الفوتونات من حزمة LED. قد يكون لأنواع حزم LED مجموعة واسعة من الاختلافات في هذه.
تم تأسيس شركة Shenzhen Benwei Lighting Technology Co. ، Ltd في عام 2010. إنها مؤسسة وطني للتكنولوجيا الفائقة تدمج التصميم ، والبحث والتطوير ، وإنتاج ومبيعات منتجات الإضاءة الداخلية والخارجية ، ويمكن أيضًا القيام بتفاصيل OEM و ODM.
