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高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術是現代農業科技的重要突破，其核心在于通過光配方優化、光-溫耦合節能、多因子協同調控等創新技術，顯著提升植物工廠的光效與能效，同時保障作物品質與產量。以下是該技術體系的詳細解析：



一、光配方與LED節能光源技術

光配方理論創新

率先提出“植物光配方”概念，闡明不同光譜（紅、藍、綠、UV等）對植物生長及品質的影響機制，構建了涵蓋72種作物、1238種光配方的數據庫。例如，生菜苗期需70%藍光促根系發育，生長期調整為80%紅光加速生物量積累。

LED光源創制：研發紅藍芯片組合（660nm紅光+450nm藍光）與熒光粉激發兩類高光效LED光源，光效提升50%以上，能耗降低50.9%。

動態光環境調控

開發移動式與聚焦式LED光源，根據植株生長高度和冠幅動態調整光照強度與角度，避免無效照明。

分段式布光技術：針對小苗、中苗、成菜階段調整光強（200–400μmol/m²/s）與光譜比例，節能30%以上。

二、光-溫耦合節能技術

節能調溫策略

提出將光期置于夜晚，利用室外自然冷源降溫（如春秋季夜間氣溫），減少空調能耗，節能率達24.6%–63%。

研發室外冷源與空調協同控制系統，通過風機引入冷空氣替代高功率制冷設備，降低能耗35%以上。

熱負荷管理

結合CFD模擬優化氣流組織，實現栽培層間溫差≤1℃，避免局部高溫脅迫。

三、營養品質協同調控

采前光照優化

采收前48小時連續紅藍光照射，降低葉菜硝酸鹽含量30%以上，提升維生素C和可溶性糖含量38%與46%。

綠光短期照射首次被證實可增強次生代謝物積累，如多酚類物質。

水肥精準管理

營養液EC/pH閉環控制（EC 1.0–2.4 mS/cm，pH 5.5–6.5），結合UV-C殺菌技術，實現水肥循環利用率達95%。

四、多因子協同智能管控

AI與數字孿生技術

構建基于深度學習的生長預測模型，通過傳感器網絡（400+節點）實時優化光-溫-水肥參數，產量提升15%–20%。

數字孿生系統模擬能耗與生產流程，故障預警減少停機時間50%。

集成化裝備應用

開發規模量產型、可移動型、家庭微型三大系列植物工廠產品，推廣面積超1200萬平方米，占國內市場的85%。

超高層立體栽培（如20層）實現單位面積產量為露地種植的50–100倍。

五、應用與效益

產業化推廣

技術已應用于北京、廣東等22個省區，并出口至美國、英國等國，近3年直接經濟效益6.3億元，間接效益35.8億元。

在南海島礁、太空站等極端環境中成功部署，保障特殊場景的食物供給。

生態效益

節水95%、減碳60%，農藥零使用，符合綠色農業標準。

總結

高光效低能耗LED智能植物工廠技術通過光配方精準調控、光-溫協同節能、AI智能決策三大核心突破，實現了“高產、優質、低碳”的農業生產新模式。未來趨勢將聚焦清潔能源整合（如光伏直供）與基因型-光配方匹配，進一步降低能耗成本，推動植物工廠向家庭化、太空農業等場景擴展。

文章來源：葉菜俠科技