發光二極管（LED）照明的出現重塑了照明業務。由于LED燈的節能和長壽命特性，LED燈不僅成為傳統白熾燈泡的事實上的替代燈，而且還開辟了許多新的用例。它們的尺寸一直是關鍵考慮因素，它們在物理上比玻璃燈泡更堅固。由于不斷增加的電費，他們已經在家中找到了應用。許多國家政府組織已實施消費者活動，逐步淘汰消耗過多電力的燈泡，以加快采用更節能的照明。隨著LED已經被消費者和工業應用所接受，它們的開發也在不斷發展。優化和制造LED以發出特定波長的光的能力是最近的一項創新，引起了園藝界的極大興趣。

在LED照明之前，有很多研究其他照明技術用于室內園藝應用。這項工作著眼于光波長和植物生長之間的復雜關系，建立了光生物學，生物化學和植物生理生理學的研究。由于LED具有節能特性，尺寸更小，驅動方式簡單，因此LED很快成為生長燈的理想選擇。相比之下，傳統的生長照明方法不僅能源效率低得多，而且還產生大量過剩的熱量，從而增加了溫室內氣候控制的需求。

許多光生物學研究已經確定并且重點關注植物對不同光波長的響應，即所謂的光合有效輻射區域（PAR）。通常，就光合作用響應而言，產生最大生長的波長在400nm至700nm的范圍內。已經鑒定出特定波長，其促進每個質子的大部分光合作用活性，而其他波長與控制發芽和開花有關。例如，650nm，橙紅色，提供最高量的光合作用。園藝研究中心，種植者和照明制造商之間的合作研究正在為建立標準鋪平道路，這些標準將植物生長的不同階段和不同植物作物的波長聯系起來。此外，考慮到高濕度生長燈運行的環境條件，未來的標準將發展為增加光規格，操作和選擇。該研究還指導LED制造商生產適合特定類型工廠的設備。不同的植物品種需要不同的光譜和強度，以便在整個生命周期中實現最佳生長。例如，450nm（深藍色）光和660nm（超紅色）光產生最佳的光合作用結果，730nm（遠紅色）通常用于控制植物發芽，而全光譜白光促進綠色生長。/p>

圖1：來自歐司朗的OSLON系列LED發光器的光譜功率設計。

專門設計用于LED發光器的示例在園藝生長燈應用中，Osram的OSLON SSL系列提供450 nm（深藍色），660 nm（超紅色）和730 nm（遠紅色）的幾種不同的園藝照明顏色。該系列采用堅固的3 mm x 3 mm耐腐蝕陶瓷封裝，并具有多種輻射角度選項（80,120或150度），適用于燈具內的LED緊密聚集。陶瓷封裝的最高工作溫度為135°C，適用于大多數溫室環境無需額外冷卻的設計。它們的最大驅動電流為1 A.

該系列適用于各種不斷增長的安裝，如架空照明，機架照明和多層增長。它們可以作為光源的唯一光源，沒有任何自然光，也可以作為補充。

在相同封裝尺寸下構建的各種波長LED的可用性為固態增長照明制造商提供了機會構建具有不同波長比的燈具，而無需顯著改變PCB或燈具設計。而且，具有不同輻射角的LED的可用性可以消除設計透鏡以提供給定光束角度的需要。這不僅可以設計更簡單的燈具，而且還可以使用競爭技術的燈具重量的一小部分。

在許多行業中，縮小最終產品的規模是一項持續的挑戰。對于種植方法的多樣性正在增加的園藝照明應用也是如此。消費者對創建本地的，可持續的，為期一年的室內種植方法更感興趣，例如使用垂直多個架子以在最小的空間內最大化作物產量。該驅動器正在進一步減小該市場種植燈具的尺寸。 LED制造商Cree提供其XLAMP XQ系列1.6 mm x 1.6 mm發光器，有助于設計最小和最高密度的燈具。該系列有白色，寶藍色和紅色可供選擇，也可作為高強度或高密度設備。一個例子，如圖2所示，是Cree XLAMP XQ-E紅色發射器。這種高密度LED發出波長為625 nm的光，輻射角為130度。高密度器件提供設計靈活性，無需犧牲流明輸出或可靠性，使制造商能夠降低燈具尺寸，同時保持與3.5 x 3.5 mm LED類似的性能特性。

高強度發射器版本利用整體光學元件，有助于從極其緊湊的占地面積中提供最大的輻射通量。

圖2：Cree的高密度和高強度XLAMP XQ系列。

對于采用流行的3.45 mm占位面積的設計，Cree XP和XT系列提供具有高流明和超高可靠性的變體。 XT-E L04是皇家藍（453 nm）器件的一個例子，其輻射角為140度。圖3顯示了其空間分布曲線，其中輻射強度相對于視角繪制。

圖3：Cree XT-E皇家藍的空間分布。

白色高效發射器的一個例子是Cree XLAMP XT-E 4500 K中性白色發射器。圖4顯示了XT-E白色系列器件的典型光譜功率分布。該系列的3.45 mm x 3.45 mm占地面積適用于已建立的燈具零件和PCB生態系統，可幫助制造商簡化設計流程并加快產品上市速度。

圖4：XT-E系列白光LED的光譜功率分布。

幫助設計工程師面對開發園藝照明應用， Cree提供了上述產品組合的入門指南。這包括兩個燈具參考設計，展示了使用Cree LED產品系列的可能性。第一個是小型輕型線性燈具，以最高功率提供高達311 umol/s的速度。第二種設計突出了一種更高功率的燈具，與工業1 kW高壓鈉燈（HPS）相比，其設計可提供類似的輸出。相比之下，LED設計產生相當水平的光合光子通量密度，功率的一半（553瓦）。此外，HPS燈的壽命通常為10,000小時，而Cree LED參考設計壽命超過90,000小時。此外，固態LED生長燈背后的概念是，由于它們包括單獨的LED發射器，因此可以設計滿足特定工廠所需的最佳光譜性能的燈具。這不是HPS燈的情況，因為不可能調節燈的光譜輸出。

圖5顯示了1 kW HPS燈和Cree參考設計對McCree的光譜密度輸出最佳光合作用響應的園藝研究曲線。

圖5：比較參考設計，HPS燈和麥克里曲線的光譜輸出。

另一家專為園藝應用而設計的LED供應商是LED Engin。其LZ1系列產品包括LZ1-00R202，一種660 nm深紅色發光體，功率為2.6 um/s，功耗為2.6 umol/s，采用表面貼裝陶瓷封裝，尺寸為4.4 mm x 4.4 mm。這種堅固的設備適合高環境溫度和高濕度的應用。最大驅動電流可達1.2 A。

為固態LED燈具供電需要恒流驅動器，如Cree LMD800。輸入電壓范圍為120 VAC至277 VAC，可提供高達2 A的恒定電流輸出，輸出電壓范圍為28 VDC至54 VDC。包括0至10 VDC模擬調光功能。在25°C的環境室溫下，預計的使用壽命為50,000小時。安裝螺柱提供了將104瓦驅動器直接連接到燈具或其支撐結構的方法。該裝置的防護等級為IP20。

另一個LED驅動器示例是CUI的VLED15-120-1250。該恒流驅動器提供1.25安培的最大輸出電流和8至12 VDC的輸出電壓。對于那些需要更多功率的應用，臺達電子最近推出了一款320瓦的外部驅動單元，即LNE-12V320WDAA。該電源適用于90 VAC至305 VAC的通用寬輸入電壓，提供12 VDC輸出，最大輸出功率為22.5安培。

有許多LED驅動器模塊供應商可以提供幫助制造商選擇第二源產品。示例包括CUI，TDK-Lambda和XP Power。在選擇適合用于園藝應用的驅動器時，設計工程師應該檢查供電所需的環境特性，以及所需的電氣參數。這包括潮濕和流體進入，這些情況很可能在許多不斷增長的應用中遇到。此外，還需要決定電源是單獨封裝還是在PCB上封裝，還是外部安裝。此外，對于設計用于無人值守操作的許多增長照明系統，從主計算機控制驅動器單元的能力將是有益的特征，使得系統集成成為更直接的任務。所有這些因素都需要仔細考慮。

結論

當我們尋找更有創意的方式養活地球不斷增長的人口時，園藝發現自己處于植物和作物的前沿研究。無論是用于研究目的還是商業作物生產，固態LED照明技術的使用變得至關重要。利用這種節能光源，除了提高作物產量外，種植者還可以節省資金。

過去三十年來人工光源的使用及其對植物生長的影響已有很多研究，但只有最近LED技術的創新才能實現具有成本效益的增長照明。特別是，實現緊湊型發射器的高流明輸出以及能夠調節光譜輸出，這一點至關重要。

通過這些創新，園藝業現在正在推進家庭和社區的微型種植項目。除傳統的大規模溫室作物生產外。