如何提高植物灯的光效，PAR，PPF和PPFD

从HID时代开始，植物照明就已经不是一种新的照明应用了，但LED灯可为不同的植物定制不同的光谱，它的使用和迭代已完全更新了整个植物照明行业，因而植物照明市场成为了全球增长最快的市场之一，尤其是在美国和欧洲。本文就如何提高植物灯的照明效果并制作更好的植物灯具提供了一些思路。

1. 光对生长的影响

在自然光谱中，不同波长的光对植物生长的影响如下：

a)280~315nm对形态和生理过程的影响极小；

b)315~400nm，叶绿素吸收较少，影响光周期效应从而妨碍茎的伸长；

c)400-520nm（蓝光），叶绿素吸收率最大，促进光合作用；

d)520~610nm，色素吸收率不高，使光合作用降低；

e)610~720nm（红光），叶绿素吸收率低，对光合作用和光周期影响显著；

f)720~1000nm，吸收率低，刺激细胞伸长，影响开花和种子发芽；

g)>1000 nm 转化为热量。

大体上，PAR（光合有效辐射）是指能有效刺激植物光合作用的光谱，波长范围为400~700nm。

2. 关于植物灯如何能更高效的几个概念

a) 植物灯的光效是指植物照明系统将电能转换为可用于光合作用光子(PAR)的效率。很多植物灯厂商使用总瓦数或每平方英尺的瓦数作为描述光强度的度量标准。但是，这些值并没有告诉你任何信息，因为瓦特是描述电气输入而不是光输出的度量。如果知道光的PPF以及输入功率，则可计算出植物照明系统将电能转换为PAR的效率。在此提醒，PPF的单位为μmol/s，而电能的测量单位为每秒焦耳(J/s)，因此，分子和分母中的秒数相消，该单位变为µmol/J。数值越高，则代表照明系统将电能转换为PAR的光子的效率越高。

b) PPF是光合作用光子通量。PPF测量每秒照明系统产生的PAR总量，使用一种叫积分球的专用仪器进行测量，该仪器可以捕获并测量照明系统发出的所有光子。PPF的单位是每秒微摩尔（μmol/s），这大概是衡量植物照明系统第二重要的方法，但是不管出于何原因，大多数照明公司都没有列出该指标。值得注意的是，PPF并没有告诉你实际测量到有多少光落在植物上，但如果你要计算照明系统产生PAR的效率，它是一个重要的指标。

c）PPFD是光合作用光子通量密度。PPFD测量实际落到植物上的PAR总量，或正如科学家所说那样：“每秒落在给定面积上促进光合作用的光子数量”。PPFD是对植物冠层上特定位置的“点”测量，计量单位微摩尔每平方米每秒（μmol/m²/s）。如果想知道一指定生长区域（例如4'x 4'）内灯的真实发光强度，在一个确定的高度上取几个PPFD测量值的平均值是非常重要的。有些照明公司仅公布在覆盖区域的中心点测量的PPFD值，这极大地高估了灯具的真实发光强度。单一的测量值不能代表什么，因为通常植物灯的中心处最亮，越往覆盖区域的边缘测量，发光强度越弱。

光从光源到终点（从植物灯到植物）传播时会变弱。您会在大多数生长光强度图表中注意到，PPFD值随着距离的增加而减小。 

这就是为什么在种植时要注意植物灯悬挂高度的原因。

为了选用合适的植物照明系统来满足种植和业务目标，需要了解PPF，PPFD和光效才能做出明智的购买决策。 但是，这三个指标不能当作唯一的购买决策因素，还需要考虑其他几个因素，例如外形尺寸和利用率。 

需要综合考虑所有因素，以根据您的耕种和业务目标选择最合适的系统，并且要传达的信息是，PPF，PPFD和光效是科学家和行业领先的植物照明公司使用的参数标准。如果一个公司没有为您提供用于植物照明的这些参数，那么他们不应该出售，而我们也无法验证其系统是否有效。 

3. 选择合适的LED电源来提高灯具性能

a) 为灯具选择合适的功率。

不同的植物对PPFD会有不同的反应。

b) 为灯具选择正确的输入电压。

主要有两种不同的输入电压范围， 120-277Vac和200-480Vac， 其可以覆盖大多数植物灯应用。随着功率范围的增加和线材成本的增加，越来越多的用户选择高压输入以减少线材的功率损耗和线材成本。

c) 高效率的电源意味着更高的光效和更长的使用寿命。

一线电源厂家的的大功率电源（例如600-800W）拥有95％以上的效率，300-400W有94％的效率。在大功率应用中，1％的效率差异意味着超过10％的散热差异，从而导致内部元器件10-20度的温度差异。众所周知，电容温度每降低10度，电源寿命会延长一倍，并且会带来更好的MTBF。

d) 选用单个大功率电源还是多个小功率电源？

对于高性能电源，单个高功率电源应该是主流选择。原因如下：

-更高的效率。使用的小功率电源越多，意味着高损耗和低效率。

-布线简单。

-故障率加倍或增加三倍。电源越多，故障率就越高，维护起来就越困难。

-浪涌电流。多个电源同时工作会带来更高的浪涌电流。

-启动不一致。多个电源具有不同的启动时间，用户体验差。

-更高的调光驱动电流。通常单个灯具控制器能够驱动至少50个电源，因此单个灯具中的电源越多，可以控制的灯具就越少。而且控制回路中的电源数量较多会导致调光线上的压降高，可能会导致不同灯具亮度不一致。

4.优特电源植物照明解决方案。

a）优特电源提供2种版本的输入电压：120-277Vac和200-480Vac，此范围涵盖了世界上大部分的电网。

b）效率高达95.5％。高效率使得植物灯光效高，为终端客户节省了大量成本。

c）极低的浪涌电流。标准版本的400-800W电源浪涌电流低于20A，从而简化了现有系统的断路器选择。

d）出色的调光性能。平滑调暗至10％或更低(需定制)，没有任何闪烁。

e）多种输出选择。

f）输出接地线使用更安全，并通过了UL Class P认证。

g）可靠性高，产品寿命高达10万小时。

参考文献:

1. OSRAM Application Note: LEDs for horticultural lighting applications

2. Upowertek Application Note: Upowertek Solution for Horticultural Application V1.3