از فیزیک گرفته تا وسایل گرفته تا مواد غذایی: اثربخشی فعلی و بالقوه LED

یک مرور کلی

از آنجا که اختراع دیودهای ساطع کننده نور (LED) ، افزایش قابل توجهی در میزان فوتون ها وجود دارد که می توانند از انرژی الکتریکی تبدیل شوند. با این وجود ، این به رسیدن به حد جسمی نزدیک می شود. در این نقطه که تمام انرژی ورودی به شکل فوتون های فتوسنتزی به انرژی تبدیل می شود ، حداکثر کارایی نظری حاصل می شود. راندمان LED های آبی می تواند تا 93 ٪ برسد ، برای "سفیدهای" تبدیل شده با فسفر به 76 ٪ می رسد و LED های قرمز می توانند به 81 ٪ برسند. به دلیل این پیشرفت ها ، چشم اندازهای جدیدی برای روشنایی باغبانی در دسترس بوده است. در این مقاله ، ما در مورد موضوعات زیر بحث خواهیم کرد: (1) فیزیک اساسی و کارآیی LED ها. (2) اثربخشی فعلیLEDS؛ (3) تأثیر کیفیت طیفی بر تولید محصول. و (4) اثربخشی بالقوه وسایل باغبانی. این می تواند با بهینه سازی اثرات طیفی بر مورفولوژی گیاه ، که از گونه ها به گونه ها متفاوت است ، انجام شود. این امکان پیشرفت در تبدیل فوتون ها را به شما امکان پذیر می کند. از طرف دیگر ، اثرات طیف بر فتوسنتز در بین گونه ها بسیار قابل مقایسه است. با این وجود ، تعریف در حال حاضر پذیرفته شده از فوتونهای فتوسنتزی ، که از 400 تا 700 نانومتر است ، ممکن است نیاز به اصلاح داشته باشد. افتادگی فعلی ، افت گرما ، درایور (منبع تغذیه) ناکارآمدی و تلفات نوری چهار ویژگی ذاتی برای کلیه وسایل LED است. حد برتر اثر فیکسچر LED با ضرب کارآیی بسته LED توسط این چهار عامل تعیین می شود. با توجه به وضعیت فعلی فناوری LED ، محاسبات نشان می دهد که محدودیت های اثربخشی برای وسایل سفید و قرمز 3.4 میکرومول J -1 است ، در حالی که برای وسایل آبی و قرمز ، محدودیت های اثربخشی 4.1 میکرومول J - 1 است. این مقادیر با استفاده از محافظت نوری در برابر آب و رطوبت بیش از حد ، حدود 10 ٪ کاهش می یابد. بین اثربخشی و هزینه اوج ، مبادله ای وجود دارد که ما جزئیات آن را ارائه می دهیم.

فیزیک

اصطلاح "کارآیی" به نسبت هایی اشاره دارد که دارای واحدهای یکسان در اعداد و مخرج هستند و این نسبت ها را می توان به عنوان درصد بیان کرد. اصطلاح "راندمان LED" به نسبت خروجی توان نوری به ورودی انرژی الکتریکی اشاره دارد که به عنوان وات در هر وات یا درصد بیان شده است. اصطلاح "اثربخشی" به نسبت هایی اشاره دارد که در واحدهای مختلف بیان شده است. اصطلاح "اثربخشی" در زمینه روشنایی باغبانی برای توصیف میزان فوتون هایی که در هر ثانیه در هر وات برق ورودی تولید می شود ، استفاده می شود. با توجه به اینکه وات برابر با یک ژول در ثانیه است ، این می تواند در هر زمان به میکرومول ساده شود. رابطه پلانک -انیشتین ، که اغلب به آن معادله پلانک گفته می شود ، یک عبارت ریاضی است که رابطه بین انرژی فوتون و طول موج را توصیف می کند. با استفاده از این معادله ، می بینیم که رابطه بین انرژی و طول موج به طور معکوس متناسب است. معادله برای تبدیل بین کارآیی و اثربخشی و همچنین محاسبه بالاترین اثربخشی فوتون فتوسنتزی برای یک طیف خاص استفاده می شود. این معادله برای تبدیل بین کارآیی و اثربخشی استفاده می شود.

به منظور تعیین تأثیر فوتون ها بر گیاهان در رابطه با میزان انرژی الکتریکی که ورودی است ، ما با تبدیل کارایی LED ها به کارآیی آنها ، واحدهای مربوطه را بدست می آوریم. این مطابق با یک قانون فیزیکی متفاوت است که به عنوان قانون استارک -انیشتین شناخته می شود ، که معتقد است برای هر فوتونی که جذب می شود ، فقط یک مولکول در واقع قادر به واکنش است. با بیان اینکه یک فوتون قادر به تحریک یک الکترون است ، می توان این قانون را دوباره بیان کرد. دامنه اثربخشی فوتون در این کار محدود به فوتون هایی با طول موج از 400 تا 700 نانومتر است ، به استثنای LED های دور قرمز ، که شامل فوتون ها با طول موج تا 800 نانومتر است. معمول است که سازندگان بسته LED از اثربخشی در لومن در هر وات گزارش دهند زیرا این یک متریک معنی دار برای روشنایی انسان است. با این حال ، این متریک برای روشنایی باغبانی کاربرد ندارد زیرا این اندازه گیری از فوتون ها برای دید انسان بر اساس حساسیت چشم انسان به رنگ های مختلف است.

یک بسته LED ، که تراشه LED موجود در یک محفظه است ، همان چیزی است که در این مقاله از اصطلاح "LED" منظور می شود. علاوه بر تسهیل اتصالات مکانیکی و الکتریکی به فیکسچر ، مسکن یا بسته بندی نیز به عنوان یک کانال گرما عمل می کند ، بر توزیع فوتون ها تأثیر می گذارد و لایه فسفر را برای LED های سفید گنجانیده است (برای اطلاعات بیشتر ، در زیر مراجعه کنید). بسته های LED مخاطب هدف استانداردهای عملکرد LED هستند. هنگامی که بسته های LED در یک فیکسچر گنجانیده می شوند ، به این ماده به عنوان یک فیکسچر LED گفته می شود.
 

کارآیی اساسی LEDS در هسته آنها

سه اثر فرعی وجود دارد که به راندمان کلی LED ها (بسته های LED) کمک می کند ، که محصول این سه اثر فرعی است:

نسبت انرژی فوتون ساطع شده ، بیان شده در ولتاژ الکترونی ، به ولتاژ کاربردی (Vphoton/VF) تعریف راندمان الکتریکی است. این نسبت تحت تأثیر مقاومت الکتریکی داخلی LED است.

راندمان کوانتومی داخلی ، که به عنوان فوتون در هر الکترون نیز شناخته می شود ، به فرآیندی که توسط آن الکترون ها به فوتون تبدیل می شوند ، اشاره دارد. این فرآیند تحت تأثیر مسیرهای نوترکیبی غیر تابشی قرار دارد که شامل ناخالصی ها و نقص میکروفیزیکی است.

نسبت فوتون هایی که ماده نیمه هادی LED را به تعداد کل فوتون هایی که تولید می شوند ، ترک می کنند ، به راندمان استخراج فوتون گفته می شود. این نسبت تحت تأثیر بازتاب داخلی و جذب مجدد قرار دارد. عبارت "تلفات بسته" در صنعت LED استفاده می شود تا به هرگونه ضرری که در طی فرآیند برداشت فوتون ها از یک بسته LED رخ می دهد ، اشاره کند. انواع بسته های LED ممکن است طیف گسترده ای از تغییرات در این موارد داشته باشد.

شرکت فناوری روشنایی Shenzhen Benwei ، Ltd در سال 2010 تأسیس شد. این یک شرکت ملی با تکنولوژی پیشرفته ، تحقیق و توسعه ، تولید و فروش محصولات روشنایی داخلی و خارجی است و همچنین می تواند OEM ، ODM را انجام دهد.