1. Princípio técnico: uma melhoria revolucionária na eficiência dos fótons
(1) Mudança no efeito da luz: da radiação térmica à manipulação quântica
Há uma grande diferença na forma como a tecnologia de iluminação tradicional converte energia. Lâmpadas incandescentes (0,2 μ mol/J) transformam 99% da energia elétrica em calor, lâmpadas de sódio de alta-pressão (1,5 μ mol/J) produzem espectros por meio de descarga de arco e a tecnologia LED (2,8-4,1 μ mol/J) faz conversão eletro-óptica por meio de junções PN semicondutoras. Os LEDs de pontos quânticos tornaram muito mais fácil a manipulação do espectro de luz com uma precisão de alguns nanômetros. Por exemplo, a eficiência quântica da luz vermelha (660 nm) passou de 30% para 65%, enquanto a eficiência quântica da luz verde (550 nm) passou de 30% para 65%.
(2) Controlar a perda de calor: a chave científica para gerenciar a temperatura da junção
Cada aumento de 10 graus Celsius na temperatura da junção do LED faz com que a saída de luz caia 4% e a vida útil caia 50%. A Shanghai Sansi Electronics usa sua própria tecnologia de dissipação de calor de cerâmica para manter a temperatura de junção dos chips LED abaixo de 65 graus e a taxa de degradação da luz abaixo de 0,3% por mil horas. As lâmpadas LED de crescimento duram mais do que as lâmpadas fluorescentes normais, que duram cerca de 5.000 horas. As lâmpadas LED de crescimento duram mais de 50.000 horas. Eles podem ser usados de forma sustentável por mais de 11 anos se você usá-los 12 horas por dia.
(3) Precisão Espectral: A Revolução Quantitativa do PPFD e YPFD
PPFD (densidade de fluxo de fótons fotossintéticos) conta a quantidade de fótons em uma determinada área, enquanto YPFD (densidade de fluxo de fótons de produção) calcula quanto diferentes comprimentos de onda contribuem para a fotossíntese, pesando-os. Experimentos revelaram que a alface pode atingir um YPFD de 1,8 μ mol/m²/s quando há uma quantidade igual de luz vermelha e azul. Isto é 25% maior do que quando há apenas luz vermelha. O gerenciamento dinâmico do espectro na Fazenda Vertical Qingdao reduziu o ciclo de desenvolvimento da alface em 15 dias e a energia necessária para crescer cada unidade de 0,35 kWh/kg para 0,22 kWh/kg.
2. Comparação do consumo de energia: uma comparação quantitativa com fontes de luz mais antigas
(1) Consumo de energia por metro quadrado: o melhor do LED
Os dados do Experimento Comparativo Beijing Miyun (2021-2023) mostram que as estufas de luz natural usam uma média de 0 kWh/m² de eletricidade por ano e produzem 5,8kg/m²; O sistema de iluminação suplementar de luz natural+LED utiliza 67 kWh/m² de eletricidade, produz 18,3 kg/m² de eletricidade e tem um índice de eficiência energética abrangente de 3,2 vezes. O sistema de iluminação inteiramente artificial utiliza 210 kWh/m² de energia, mas utiliza 20 vezes mais área plantada do que o plantio externo, e o uso de energia por unidade de rendimento é, na verdade, menor.
(2) Consumo de energia por nível de equipamento: encontrar o equilíbrio certo entre potência e eficiência
A maioria das lâmpadas LED domésticas de crescimento usa entre 15 e 150 watts de potência. Se você usar uma luminária de 100 W 12 horas por dia, o custo da eletricidade será de 0,5 yuans por kWh, 0,6 yuans por dia e 18 yuans por mês. Os sistemas LED podem reduzir o uso de energia em mais de 50% em comparação com a iluminação normal de sódio de alta-pressão de 400 W. A fábrica integrada do deserto de Wulanbuhe, na Mongólia Interior, combina geração de energia fotovoltaica com iluminação suplementar LED para capturar 42 kg de carbono por metro quadrado a cada ano. Isto reduz as despesas de energia em 60% em comparação com estufas padrão.
(3) Contabilidade da Pegada de Carbono: Passando do Uso de Energia para a Ecologia
Quando você compara a energia usada para cultivar 1kg de alface, você vê que o plantio ao ar livre consome 0,05 kWh de eletricidade e tem uma pegada de carbono de 0,21kgCO ₂ e; as estufas tradicionais utilizam 2,8 kWh de eletricidade e têm uma pegada de carbono de 1,89 kgCO ₂ e; As fábricas de plantas LED (eletricidade verde) utilizam 8,5 kWh de eletricidade, mas ao utilizar sistemas de circulação hidropónica para eliminar 12 g de fertilizante, a pegada de carbono é de apenas 0,32 kg CO ₂ e. A história energética da iluminação agrícola muda drasticamente quando as plantas passam de “consumir 8,5 kWh de eletricidade” para “sequestro líquido de carbono de 0,5 kg”.
3. Cenário de aplicação: Uma forma prática de otimizar o uso de energia
(1) Plantio doméstico: uma revolução verde que utiliza muito pouca energia
Com base em resultados de testes reais de consumidores de Xiaohongshu, a lâmpada LED de 5W para cultivo usa 0,06 kWh de eletricidade e custa 0,03 yuans para funcionar 12 horas por dia. Esta é a mesma quantidade de energia que uma geladeira funcionando por 3 horas ou uma TV funcionando por 1,6 horas. A estratégia do preço da eletricidade no pico da meia-noite pode reduzir sua conta de luz em mais 50%. Com um sistema de dimerização inteligente, os usuários domésticos em Shenzhen Guanlan podem manter seu consumo mensal de eletricidade em menos de 10 kWh e seu custo anual de eletricidade em menos de 60 yuans.
(2) Estufa comercial: controle exato do índice de eficiência energética
No Parque de Demonstração de Yangling, a estufa de 5.000 metros quadrados utiliza horticultura multicamadas-dimensional. Cada sistema LED tem uma densidade de potência de 150W/m². Faça com que o sistema de controle ambiental da Internet das Coisas trabalhe em conjunto para otimizar a intensidade da luz, a proporção espectral e o conteúdo de CO ₂. O controle de iluminação dinâmico utiliza 18% menos energia por unidade de produção do que os sistemas estáticos, mas também aumenta a produção em 25%.
(3) Aceleração Reprodutiva: Controle Quântico de Fotociclos
O Centro de Tecnologia Yangling do Grupo Sinochem Syngenta utiliza a regulação do fotoperíodo para produzir cinco gerações de milho a cada ano. A tecnologia LED na estufa inteligente imita as condições da luz solar tropical e acelera o ciclo reprodutivo de 120 para 48 dias. Em comparação com abordagens anteriores, a tecnologia de regulação da qualidade da luz aumenta a vida do pólen masculino em 30% e a taxa de polinização feminina em 25%, ao mesmo tempo que reduz a energia necessária para criar unidades em 40%.
