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拓扑与电路 ★ 4.0

用于园艺的固态照明系统:LED老化对光谱和光强的影响

Solid State Lighting Systems for Horticulture: Impact of LED Degradation on Light Spectrum and Intensity

作者 Nicola Trivellin · Matteo Buffolo · Alessandro Caria · Carlo De Santi · Giulia Pierobon · Riccardo Fraccaroli
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年3月
技术分类 拓扑与电路
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 大功率LED 园艺照明 LED退化 光谱强度变化 草莓甜罗勒生长
语言:

中文摘要

本文报道了用于园艺照明应用的高功率发光二极管(LED)的退化分析。该研究基于对同一产品线、同一制造商的最先进单色商用现货LED的实验表征。在这项工作中,我们报告了红色(660纳米)和蓝色(450纳米)LED在三种环境温度下经过超过10000小时加速应力后的退化动力学。我们描述了两组LED如何以不同的时间常数发生不同的电气和光学退化机制。红色LED呈现出逐渐退化的趋势,而蓝色LED起初较为稳定,但后期会因硅胶失效而导致光功率急剧下降。然后,利用退化实验的结果来分析红/蓝园艺灯在其使用寿命期间的光谱和强度变化。最后,将灯的光谱和强度变化与文献中类似园艺照明的结果进行比较,特别分析了草莓和甜罗勒生长情况的变化。

English Abstract

This paper reports on the degradation analysis of high-power light-emitting diodes (LEDs) for horticulture lighting applications. The study is based on the experimental characterization of state-of-the-art monochromatic commercial off-the-shelf LEDs from the same product-line and the same manufacturer. In this work we report the degradation kinetic of red (660 nm) and blue (450 nm) LEDs subjected to accelerated stress for a duration of more than 10’000 hours at three ambient temperatures. We describe how different electrical and optical degradation mechanisms take place with independent timing constant for the two group of LEDs. While red LEDs show a gradual degradation, blue LEDs are initially stable, but later suffer a sharp decrease of optical power due to silicone failure. The results of the degradation experiments are then used to analyze the spectral and intensity variation of red/blue horticulture lamps during their operating life. Finally the spectral and intensity variation of the lamps is compared with results reported in the literature for similar horticulture lighting, in particular the variation of the growth of strawberry and sweet basil is analyzed.
S

SunView 深度解读

从阳光电源业务视角来看,这项LED园艺照明降解研究揭示了新能源与农业交叉领域的重要技术挑战,对我司拓展综合能源解决方案具有参考价值。

该研究发现红光LED呈现渐进式衰减,而蓝光LED在初期稳定后因硅胶失效导致光功率骤降,这种差异化降解特性直接影响植物生长所需的光谱配比。对于阳光电源而言,这一发现具有双重意义:首先,在光伏农业一体化项目中,我司提供的储能系统需要为园艺照明提供稳定电力供应,了解LED负载的长期性能变化有助于优化储能容量配置和能量管理策略;其次,这为我司开发智能化农业能源解决方案提供了切入点。

技术机遇在于,我司可将逆变器和储能系统的智能监控能力延伸至负载端,开发集成光谱监测与自适应补偿功能的智能配电系统。通过实时监测LED光谱漂移,动态调整不同波长LED的驱动电流,补偿因老化导致的光谱失衡,延长系统有效寿命并保障作物生长质量。这与我司在光伏电站智能运维方面的技术积累高度协同。

技术挑战主要体现在跨领域整合:需要将电力电子技术与植物光生理学知识结合,建立光谱-生长模型数据库。但考虑到设施农业的快速发展和"双碳"目标下清洁能源农业的政策支持,这一方向具有可观的市场前景。建议我司关注农业光伏储能一体化系统中的智能照明控制技术,将其纳入综合能源解决方案的产品矩阵。