作者：眼睛
是噱头还是新科技－LED 于农业之应用
中兴大学
生物系统工程研究室
陈加忠
LED 灯具在能源危机的时代以其" 节省能源" 为人注目。在欧洲长期使用人工光源的温室产业，对此种灯具曾经寄予愿望。但是在经过一段时间的田间使用试验，栽培者发现LED 灯与实用化仍有一段距离。有许多技术仍然需要持续开发。
2008 年11 月6 期 Flower TECH 即报导了荷兰温室生产者对LED 经过一年的使用的观察心得。内容介绍如下：
LED 灯具曾被宣传成为新世纪的人工光源，认为可以完全取代原来以金属钠灯为主的人工光源。因为其优点包括：
1. 每瓦 (Watt) 能源能够产生更可可用光量( mol)，因此降低使用能源。
2. 可产生特定的波长。
3. 可聚焦目标。
4. 使用寿命长。
5. 在光源下，释出的能量降低，容易散热。
经过一年的试验，LED 光源的效果并不如预期。一些研究人员提出如下解释：1.LED 灯具取得不易，因此实验期间不够长久。2. 试验是在温室内部一部份区域进行，容易受到邻近光源影响。Wageningen 大学的研究人员的结论如下：" 通常LED 光源的效率仍不如传统光源，因为缺乏参考比较数值，至今尚未有最后定论，但是LED 灯具由于成本高，能源效率低于传统灯具，LED 将来能否使用于园艺产业，仍是疑问重重。"
对LED 的制造厂商而言，他们仍然相信LED 在未来将是可以应用于温室照明。他们保持乐观的第一个理由在于LED 的技术将是持续进步，可以改进其能源使用效率。采用先进技术，智慧型光纤与整合资讯，可以使得LED 系统更具效率。第二个理由是LED 厂商相信每10 年，灯具输出能力增加20 倍，成本降低10 倍。因此LED 厂商维持乐观。
在温室内使用LED 灯具最大的矛盾问题在于LED 产生的热量。LED 与传统灯具都产生热量，LED 的特点是其热量不是对于光量的方向释出，而是对于光的方向相反方向释放。传统灯具的灯光方向也同样释出热量。如果通风不足，植物温度则太高。但是在寒冷的气候下，与光量同时到达的热量，对于植物恰好提供加温的功能，因此也可降低温室加温的能源。LED 无此功能，对于光量需求密集的作物，例如玫瑰花与果菜，LED 缺乏传统光源给光兼加温的功能，因此对于栽培者的帮助不大。
LED释放于灯具后方的热量仍然需要消除，否则缩短了灯具的寿命。此种热能移除技术仍然是需要克服的严重问题。目前的方法是储存热能于LED系统或是藉由外界冷却系统。如果LED的释放能量能够适切的移除，也可做为温室加温的能源。
由于LED 的冷却问题，LED 灯源光量无法超过12000lux ，因而无法 取代光合作用的所需光源。光源的光量增加，要能超过12000 lux ，则需要移走更高的热能。因此LED 不适合作为作物成长所需光源，反而适合作为作物成长调节与发展的光源，例如用以促使植物发育更紧密，或是诱使植物开花。
LED 另一个重要的研究主题是光谱对作物的影响。LED 的特色是可以产生极窄光谱的光源。传统人工光源的光谱范围相当宽广。但是不同作物所需要的最适合光谱波长范围至今尚未明了，可能因作物类别或是品种差异而不同。在400-700nm 的光合作用光谱范围中，两种基本颜色为蓝色(420-490nm) 与红色(620-680nm) 。制造蓝光LED 之成本远高于红光。因此植物所需要的波长必需预先了解。植物可能是需求不同光谱的组合光源，例如40 ％蓝光，50 ％红光与10 ％橘色光。因为植物在温室内已有自然光源，因此LED 灯源可能只是用以补充一些特定之光谱。
Wageningen 大学温室园艺研究群正在进行光谱对于作物之影响研究。在作物上方安置不同光谱的光源，波长的间距范围为20nm 。研究目的在于找出特定植物光谱应用的最佳组合。
Snijder Scientific 公司因应研究需要，采用LED 灯具安装于生长箱之内。此种生长箱可用以测试不同波长的光源对于作物的影响。此生长箱可以调节蓝光，红光与远红光的光量。如同传统生长箱也可以调节温度与相对湿度。使用此种生长箱，栽培者可以测试作物最佳环境：温度，湿度，光量与光质。
在试验不同的LED 波长的同时，高频率脉波LED 的研究已宣告结束。此种灯具每秒可开关数千次以上的光源宣称因此可节省能否，但是植物不会被愚弄，生长不受影响。研究结果已明白显示植物的成长是不受脉波光源频率所影响。而且光能量降低反而造成植物生长缓慢。
Philips 公司认为在多层栽培系统之下，LED 的应用可能性比传统灯具更高。在多层栽培系统中，LED 灯具比起白色萤光灯可节省80 ％能量。如果此种技术能够成功，植物生长空间可再减少。此种多层照明系统正在试用于组织培养苗的生长试验。
〈后记〉
自从LED 灯具受到重视，国内农业研究界也有许多与此相关的研究计划。其研究报告结论与其报导数据都与欧美学术界的研究结果几乎想反。台湾学术界几乎是一面倒的报导LED 的奇迹效果。尤其宣称高频脉波LED 的神化效果。
LED是否适用于植物生产？在效用方面则可思考植物需要的光量与光质是什么？LED能否提供这些光量与光质？在成本方面则可精算每平方公尺需要付出的灯具成本是多少
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发表于 2020-12-25 09:49:46