植物生长灯植物辐射能量和光子通量计算
CSA021-2013 植物生长用LED平板灯 性能要求
国 家 半 导 体 照 明 工 程 研 发 及 产 业 联 盟 标 准
CSA/TS XXXX- 201X CSA 021-2013
植物生长用 LED 平板灯 性能要求
LED panel lighting for plant growth - Performance specifications
注：PPFD 的技术要求正在考虑中。
4 分类与命名 4.1 分类 4.1.1 按配光类型分类 按灯在被照射面上形成的光形，可分为矩形光斑型 LED 灯（代号为 J）、圆形或椭圆 形光斑型 LED 灯（代号为 Y)。 4.1.2 按调光类型分类 按灯的调光功能类型，可分为调光型 LED 灯（代号为 T）和非调光型 LED 灯（代号为 F）。 4.2 型号编写规则 灯的型号由五部分组成，第一部分表示灯的代号（ZSP 代表植物生长用 LED 平板灯）， 第二部分表示灯的额定电压和额定功率， 第三部分表示灯的红蓝辐射照度比代号， 第四部分 表示灯的辐射分布类型，第五部分为补充部分，如灯的调光类型和/或其他信息。 型号示例:
前
言
光是植物生长发育的最重要的环境因子之一， 不仅为高等植物光合作用提供能量， 同时也是 调节光形态建成、 光周期反应以及调节内在生物节律等植物重要生命活动的信号。 植物通过多种 光受体来感知和监测所处环境中的光信号变化，如光密度、波长、光照方向和光周期，调节自身 生长发育，保障其在各种光环境中实现光适应性生长。在植物光生物学方面，研究植物对 280nm-1100nm 波段的一般作用光谱是重要的基础研究课题， 对相关产品的应用开发起支撑作用。 LED 作为一种新型光源，在植物生长照明方面，具有效率高、耗能小、无汞污染、精准波长、 系统智能可控等优点， 已成功应用于组培育苗、 温室补光、 植物工厂以及遗传育种等方向。 目前， 植物生长用的 LED 照明产品形式众多，如平板灯、双端灯、柔性灯带等，并将会随着技术的发展 而逐步变化。 本标准中取 380nm-780nm 作为影响植物生长的主要波段， 暂不覆盖影响植物形态变 化的所有光谱波段。 本标准由国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会（CSAS）制定发布，版权归 CSA 所有，未经 CSA 许可不得随意复制；其他机构采用本标准的技术内容制定标准需经 CSA 允许；任 何单位或个人引用本标准的内容需指明本标准的标准号。 到本标准正式发布为止，CSAS未收到任何有关本标准涉及专利的报告。CSAS不负责确认本 标准的某些内容是否还存在涉及专利的可能性。 本标准主要起草单位：中国科学院半导体研究所、 杭州汉徽光电科技有限公司、 南京农业大 学、中国农业科学院、杭州远方光电信息股份有限公司、厦门华联电子有限公司、无锡华兆泓光 电科技有限公司、北京半导体照明科技促进中心。 本标准主要起草人：陈哲艮、宋昌斌、李许可、徐志刚、刘文科、李倩、王阳夏、常保延、 陈弘达、王军喜、高伟。
led植物生长灯的补光原理
led植物生长灯的补光原理介绍在植物专用LED光源系统领域的研究，国内已成功研制出“用于植物光生物学研究的柔性LED光源系统”，该系统被命名为LEDPlant，并已成功应用于该研究小组所承担的863课题的实验研究中。
这是一款新型植物生长补光灯,经过应用测试,植物灯的波长非常适合植物的生长,开花,结果.植物生长灯是国际领先采用半导体照明原理，专用于花卉和蔬菜生产的高精密技术产品．一般室内养植物花卉，总是越养越差，主要原因就是缺少光的照射，通过适合植物所需光谱的LED灯照射，不仅可以促进其生长，而且还可以延长花期，提高花的品质。
而把这种高效光源系统应用到大棚、温室等设施农业生产上，一方面可以解决日照不足导致番茄、黄瓜等大棚蔬菜口感下降的弊端，另一方面可以使冬季大棚茄果类蔬菜提前到春节前后上市，从而达到反季节培植的功率。
400 ~ 520nm（蓝色）的光线以及610 ~ 720nm（红色）对于光合作用贡献最大。
520 ~ 610nm（绿色）的光线，被植物色素吸收的比率很低。
市面上销售的植物灯，都提供红兰两种波长的光线，覆盖光合作用所需的波长范围。
视觉效果上，植物灯都呈现粉红色。
以下是不同颜色LED所发射光线的波长表：royal blue 品蓝：445nm 440nm~460nmblue 蓝色：470nm 460~490nmcyan 青色：505nm 490~520nmgreen 绿色 :530nm 520~550nmred 红色：627nm 620~645nmred-orange: 617nm 613~620nmamber:琥珀色 590nm 585~597nm从这个表中，我们不难发现，蓝色(470nm)和红色(627nm)的LED，刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。
在植物专用LED光源系统领域的研究，国内已成功研制出“用于植物光生物学研究的柔性LED光源系统”，该系统被命名为LEDPlant，并已成功应用于该研究小组所承担的863课题的实验研究中。
植物灯各种参数
植物灯测试ＰＰF实验室个人分类: 灯具出口美国UＬ认证光得研究基础就是光谱,光得应用品质需要光谱分析，LＥD植物灯得光谱尤为重要,制造商对植物灯光谱得设计能力决定其市场竞地位,L ＥD植物灯光谱需要根据种植工艺专门设计而不能去仿制。
植物工厂就是跨界产品,好亮固体光源研究所把植物工厂技术分为种植设备技术与种植工艺技术，植物灯光谱技术就是种植设备与种植工艺得重要关联点，需要明确得一点就是种植工艺决定光谱设计，对植物灯得设计与制造就是保证种植工艺所要求得光质能达到最佳效率，植物灯得这些特点决定了植物光谱设计具有复杂性与多样性。
１、光得应用分类视觉应用:应用于照明，物理单位就是以平均人眼得视效函数对光谱辐射功率加权得到得光通量为主要参数。
非视觉应用：以动物、植物、医疗、微生物、识别、数据传送等应用，物理单位就是辐射功率或者光量子数.2、光子得能量ＬED发光就是能量得转换现象，电子与空穴复合时多余得能量会发光，产生光子,波长越短，产生光子得能量越高,光子就是光传递能量过程中得最小单位,植物光合作用吸收得就是这种带能量得光子,光合作用就是在光子能量包驱动进行,而不就是一般得光能量作用，这就就是植物光合作用需要光子去表达得原因。
光合作用就是由光子通量产生,就是携带能量得光子在酶得作用下分解CO2与H2O后产生新得分子得过程,但不就是所有被植物吸收得光子产生相同得光合作用，需要用能量传递得角度理解光合作用，用“光餐”来理解光子与植物得关系。
光合有效辐射得光子数量采用两种度量单位：光合光子通量（ＰＰＦ），其波长范围从4００到700ｎm，二就是产生得光子通量(YＰF),其波长范围可以根据植物得光合响应下确定波长范围。
3、植物灯得参数与单位摩尔量(mol）在描述物质构成得基本单位如分子、离子、光量子等得时候，通常采用摩尔量表示，摩尔量就是由6、０２2ＥXP(2３）个物质得基本粒子构成一个基本量,单位就是：摩尔(mｏl)，在植物光合作用里光子得数量也就是采用摩尔量表示,一个光子摩尔(ｍol）里包含有６、02２ＥXP（2３）个光子，由于在植物光合里摩尔得单位大，许多参数采用微摩尔表示。
植物灯各光谱作用
植物灯各光谱作用
植物灯的不同光谱可以对植物生长发育的不同阶段产生不同的作用。
以下是植物灯常用的几种光谱及其作用：
1. 蓝光（400-500nm）：蓝光主要用于幼苗和种子萌发阶段。
蓝光可以促进植物叶片的光合作用，增加叶绿素的产生，提高光能利用效率。
此外，蓝光还能抑制植物的伸长生长，使植物保持紧凑的生长状态。
2. 红光（600-700nm）：红光是植物光合作用的主要能量来源，对植物的生长发育起到至关重要的作用。
红光可以促进植物的花芽分化和开花，延长植物的花期，并增强植物的光能转化效率。
红光还可以促进植物的生长和伸长，增加植物的产量。
3. 红光+蓝光（红蓝光混合光）：红蓝光混合光可以同时满足
植物的光合作用和伸长生长的需求。
红蓝光混合光可以模拟自然光线中的光谱分布，促进植物整体的生长发育和植株的健康生长。
4. 全光谱光：全光谱光是经过特殊设计和筛选的光谱，能够涵盖植物不同光合色素吸收的范围，提供植物所需的全部能量。
全光谱光可以促进植物的生长、开花和产量，并增加植物的抗病能力。
总之，不同光谱的植物灯在植物的不同生长阶段扮演着不同的角色，能够提供适合植物生长发育的光照条件，促进植物健康生长。
LED植物灯在培育植物生产过程中的神奇作用
∙品牌:泛科∙型号: VQ-GLTA200W∙工作电压: 110∙用途: 特殊照明∙功率（瓦）: 120∙灯头接口（灯头型号）: 其它∙发光颜色: 紫LED植物生长灯120W 厂家直销全新第二代产品，更聚光更节能！灯具规格亮点：1、VQ-GLIA120/200/240/300促进植物生长灯为我公司生产的第二代植物灯产品，采用最新的集成封装工艺，从根本上解决了产品的稳定性，从结构设计上很好地解决了产品散热，系统内部安装了灯具高温自我保护装置。
同时，与市场上现有产品相比，使用集成封装工艺，极大地提高了产品的聚光效果，控制发光角度，大幅降低光子无谓流失，提高光子利用率。
本系列产品已通过ROSH、CE认证。
2、不同植物所需生长条件不一样，参与植物光合作用、影响发芽及开花结果所需的光源波长也会不一样，所以，产品的工作波长及光源成分比例针对不同植物会有很大的不同。
可以根据用户的要求定制、也可以由用户提供相关信息，我们给用户确定光源成分。
一般红蓝光为主要成分，红蓝光比例从2:1至9:1不等。
3、照射面积最佳照射面积：S=1.78h²最大照射面积：S1=3.2h²VQ-GLIA系列产品投射到植物上的光量子密度（PPFD)并不是均匀的，随着照射半径的变化，会逐渐递减，下面是悬挂高度为1.5米时，测试光量子密度随着照射半径的变化情况：下图为不同悬挂高度，离光源中心不同距离时测得光强和光量子通量：∙品牌: 星万全∙型号: VQ-GLTA200W∙工作电压: 110∙用途: 特殊照明∙功率（瓦）: 120∙灯头接口（灯头型号）: 其它∙发光颜色: 紫LED植物生长灯120W 厂家直销全新第二代产品，更聚光更节能！灯具规格亮点：1、VQ-GLIA120/200/240/300促进植物生长灯为我公司生产的第二代植物灯产品，采用最新的集成封装工艺，从根本上解决了产品的稳定性，从结构设计上很好地解决了产品散热，系统内部安装了灯具高温自我保护装置。
LED植物生长灯PPFD测试仪使用说明书
光谱精灵-植物照明使用操作说明书
光谱精灵-植物照明可测试项目：光量子通量密度（PPFD）、波长、相关色温（CCT）、显色指数（CRI）、光照度（lux）、色坐标、PPFD(400—700nm)、PPFD红外(701—780nm)、PPFD红(600—700nm)、PPFD绿(500-599nm)、PPFD蓝(400-499nm)、PPFD紫外(380-399nm)
一、打开右侧的蓝牙开关按钮，蓝色灯光亮起，则表示蓝牙开启成功。
把按键向右边拨动，白色为光源探头。
二、打开APP应用
三、进入APP应用首页。
四、点击蓝牙配对和照明护照蓝牙连接
五、返回应用首页，点击单笔测量
六、选择要需要测试的实验数据，项目选择完毕后，点击下一步
七、点击蓝色测量按钮键
八、测试结果
九、测试完毕后，点击存档，保存测试数据，可通过电子邮件分享数据。
植物生长灯植物辐射能量和光子通量计算
X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度
X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)
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LED 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
LED 光譜能量分佈圖
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率 總量，公式如下
光量
A1
A2
應該補投射面積值
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See: USU_spectral_characteristics.pdf
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太陽光譜和各種燈具 光子量分佈圖譜
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太陽光輻射能量和光子通量
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umole/(m2*s)
光通平台-植栽
umole/(m2*s)
植物生長燈具 輻射能量和光子通量 計算
1/Nov/2014
光通平台-植栽
基本測量方法
目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種
1. 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
2. 光合作用光子通量( photosynthetic photon flux ， PPF)
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LED白光 光譜能量分佈圖譜
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光量子感測器
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感測器的敏感度曲線
植物對光譜的敏感性與人眼不同
人類眼睛最敏感的光譜約為 555 nm，介於黃-綠光，對藍光區與紅 光區敏感性較差；Photometer 測 量的就是人類眼睛的感覺。我們通 常在測量的 lux 就是 photometer， 是針對人類眼睛的感受來測量的。
植物栽培用 LED 光源和 LED 灯具 性能规范-最新国标
植物栽培用LED光源和LED灯具性能规范1 范围本文件规定了植物栽培用LED光源和LED灯具的性能要求和试验方法。
本文件适用于全人工光或人工补光环境植物栽培用途的作为终端产品使用的额定电压不超过直流1 500 V或交流1 000 V的LED光源和LED灯具。
本文件中“作为终端产品使用”，是指产品直接安装使用，没有影响和改变产品光学分布、温度等燃点稳定状态的其他罩壳，该类型产品的安全性和防尘防护等级符合性由自身产品保障，相关要求参见附录A。
除非特定说明，本文件中LED光辐射产品指本文件所规范植物栽培用LED光源和LED灯具。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2423.3 环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB/T 2423.22 环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化GB 7000.1 灯具第1部分：一般要求与试验GB 17625.1 电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每项输入电流≤16 A）GB/T 39394 LED灯、LED灯具和LED模块的测试方法GB/T 41423 LED封装长期光通量和辐射通量维持率的推算GB/T xxxxx 植物栽培用光辐射术语3 术语和定义GB/T xxxxx界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1集成式LED光源 integrated LED light source包括控制装置，以及光源稳定燃点所必需的任何附加元件的LED光源，这种光源设计成可直接连接到电源电压上。
3.2独立式LED模块 independent LED module设计为与灯具、外壳或类似装置分开安装或放置的LED模块。
注1：独立式LED模块具有依据其分类和标志的安全相关所有保护措施。
注2：一个独立式LED模块的示例为通过玻璃纤维与灯具头相连接的系统。
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請參閱第一講相關LED植栽的光量名詞說明
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光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active rad400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率 總量，公式如下
光量
A1 A2
應該補投射面積值
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See: USU_spectral_characteristics.pdf
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太陽光譜和各種燈具 光子通量分佈圖
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太陽光譜能量分佈圖譜
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太陽光輻射能量和光子通量
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umole/(m2*s)
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輻射能量轉換成光子數量
光譜能量分佈圖譜
光子通量密度分佈圖
0.4瓦每平方米
1.4 umole/(m2*s)
計算
X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度
X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)
1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
(McCree, 1972a; McCree, 1972b; Inada, 1976; Sager, 1988) 光通平台-植栽
各種能量轉換對照表
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計算式
1 Jule λi 的光子數： λi/hc PW (λi) Jule 之λi 光子數： ： PW (λi) * λi/hc PW (λi) Jule 之λi μmol光子數： PW (λi) * λi/nhc
h=蒲朗克常數 =6.626 × 10-34 joules s
1 μmol光子數， n= 6.02x 1017光子
Pw 為輻射功率總量， Wλ 為光譜功率密度，W/nm △λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
PwB 為藍光部分的輻射功率，W
PwR 為紅光部分的輻射功率，W
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LED 光合作用光子通量 ， PPF
umole/(m2*s)
PPF =
植物生長燈具 輻射能量和光子通量
計算
1/Nov/2014
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基本測量方法
目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種
1. 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
2. 光合作用光子通量( photosynthetic photon flux ， PPF)
X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度
Pw 為輻射功率總量， Wλ 為光譜功率密度，W/nm △λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
得到 400~720波長範圍內的輻射功率總量
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光合作用光子通量 ( photosynthetic photon flux ，PPF)
各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/ s
390
UV(300-399) 300
490
Blue(400-490) 400
Green(491-600) Red(601-700)
Near infrared(701-850)
600 491 700 601 850 701
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看懂植物燈規格 相關數據
PPFD
A1
應該補投射面積值
A2
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看得懂燈珠參數
PS-ST-NLAPBG4XX-K0X
PPFD = 0.198 * 450
120
= 0.74 μmol/s @450nm
PPF 值(400~510nm)， 請參閱page 9 可由光譜能量圖和光子數量圖得出
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LED植物燈規格書注意事項
PPF =
範例： 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量 算出此光源在420nm 有 1.4 μmol/s * m2
PPFD
= 1.4 μmol/s * m2
PPF 值為將可見光範圍(400~700nm)波長範圍內的光子加在一起， 就得到了光合作用光子通量(數量)。
See 相關LED植栽的光量名詞說明.pdf
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LED白光 光譜能量分佈圖譜
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光量子感測器
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感測器的敏感度曲線
植物對光譜的敏感性與人眼不同
(植物光合作用反應)
人類眼睛最敏感的光譜約為 555 nm，介於黃-綠光，對藍光區與紅 光區敏感性較差；Photometer 測 量的就是人類眼睛的感覺。我們通 常在測量的 lux 就是 photometer， 是針對人類眼睛的感受來測量的。
Photosynthetic Photon Flux (PPF): photon flux integrated over the 400-700 nm
Yield Photon Flux (YPF):
waveband
photon flux weighted and integrated according to plant response
2. 1 Jule 420nm 光子數=1/0.04733 × 10-17 =21.128 x1017光子
3. 1 umol ： X= 6.02x 1017光子 ： 21.128 × 1017 ； X=3.51 umole (每瓦)
4. 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量
5. 可算出此光源在420nm 有 1.4 umole/(m2*s)
6. 如果對每個波長都進行這樣的轉換，可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。
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LED 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)
LED 光譜能量分佈圖
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率 總量，公式如下
PPF 定義： 光源在400~700 nm 波長範圍內所發射的每秒光子數； 單位：μmoles/second ，微摩爾/秒 。
PPF 值告訴我們由光源產生 的光子數有多少。 例如植物燈標示 PPF ：240μmol/ s ，是指 將所有400~700 nm波長範 圍內的光子加在一起， 就 得到了光合作用光子數量有 240μmol這麼多。
(人眼視覺反應)
但植物則不同，對紅光─藍光光譜 最為敏感，對綠光較不敏感，但是 敏感性的差異不似人眼如此懸殊， Quantum Sensor 才 是 測 量 400~700 nm 的。
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植物光合作用有效能量
(人眼視覺反應)
(植物光合作用反應)
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光量子感測器
Ideal PAR energy sensor
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看懂植物燈規格相關數據
315W 陶瓷複金屬燈光譜圖
315W 陶瓷複金屬光子數量圖
PPF D
PPF ： 598 µmol/s 1.90 PPF/W (598/315)
各個不同波段的光子通量
Unit: μmol/ s
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
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看得懂燈具參數
PPF
光通平台-植栽
看得懂燈具參數
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
各種燈具之光子通量分佈圖
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umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
umole/(m2*s)
複金屬燈 光譜能量分佈圖譜
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日光燈 光譜能量分佈圖譜
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等離子光源 LEP（Light Emitting Plasma） 光譜能量分佈圖譜
YPF Spectral Weighting Function Solar Spectral Sunny Day
YPF(Yield Photon Flux) 是實際有效 地植物光合作用的光子數量。 由於紅色光子更有效地誘導光合作用 反應，YPF 提供了更多的權重給植物 的靈敏度曲線上的紅色光子。
PPF ：2000 μmol/s * m2 YPF ：1798 μmol/s * m2