Una descripción general
Desde la invención de diodos emisores de luz (LED), ha habido un aumento significativo en la cantidad de fotones que se pueden convertir de energía eléctrica; Sin embargo, esto se está acercando a alcanzar un límite físico. En el punto de que toda la energía de entrada se transforma en energía en forma de fotones fotosintéticos, se logra la eficiencia máxima teórica. La eficiencia de los LED azules puede alcanzar hasta el 93%, es posible que los "blancos" convertidos en fósforo alcancen el 76%, y los LED rojos pueden alcanzar el 81%. Debido a estas mejoras, las nuevas perspectivas de iluminación de horticultura han estado disponibles. En este artículo, discutiremos los siguientes temas: (1) la física subyacente y la eficiencia de los LED; (2) la eficacia actual deLED; (3) el efecto de la calidad espectral en la producción de cultivos; y (4) la eficacia potencial de los accesorios de horticultura. Esto se puede lograr optimizando los impactos espectrales en la morfología de las plantas, que difieren de especies a especies. Esto permitirá avances en la conversión de fotones para producir. Por otro lado, los efectos del espectro sobre la fotosíntesis son muy comparables entre las especies; Sin embargo, la definición actualmente aceptada de fotones fotosintéticos, que varía de 400 a 700 nanómetros, podría requerir alguna modificación. La caída actual, la caída de calor, las ineficiencias del conductor (fuente de alimentación) y las pérdidas ópticas son las cuatro características que son inherentes a todos los accesorios LED. El límite superior de la eficacia del accesorio LED se establece multiplicando la eficacia del paquete LED mediante estos cuatro factores. Teniendo en cuenta el estado actual de la tecnología LED, los cálculos sugieren que las limitaciones de eficacia para los accesorios blancos y rojos son de 3.4 µmol J - 1, mientras que para los accesorios azules y rojos, los límites de eficacia son 4.1 µmol J - 1. Al incluir la protección óptica contra el agua y la humedad excesiva, estos valores se reducen en alrededor del 10%. Hay compensaciones entre la eficacia máxima y el costo, que detallamos.
Física
El término "eficiencia" se refiere a relaciones que tienen las mismas unidades tanto en el numerador como en el denominador, y estas relaciones pueden establecerse como un porcentaje. El término "eficiencia LED" se refiere a la relación de la potencia de salida óptica a la entrada de energía eléctrica, expresada como vatios por vatio o porcentaje. El término "eficacia" se refiere a relaciones que se expresan en una variedad de unidades. El término "eficacia" se usa en el campo de la iluminación hortícola para describir la cantidad de fotones que se producen por segundo por vatio de electricidad de entrada. Debido al hecho de que un vatio es igual a un julio por segundo, esto se puede simplificar a µmol por tiempo. La relación Planck -Einstein, que a menudo se conoce como la ecuación de Planck, es una expresión matemática que describe la relación entre la energía de los fotones y la longitud de onda. Usando esta ecuación, podemos ver que la relación entre energía y longitud de onda es inversamente proporcional. La ecuación utilizada para convertir entre eficiencia y eficacia, así como para calcular la mayor eficacia de fotones fotosintéticos potenciales para un espectro particular. Esta ecuación se utiliza para convertir entre eficiencia y eficacia.
Para determinar la influencia que tienen los fotones en las plantas en relación con la cantidad de energía eléctrica que es entrada, obtenemos las unidades relevantes al convertir la eficiencia de los LED en su eficacia. Esto está de acuerdo con una ley física diferente conocida como la ley Stark -Einstein, que sostiene que para cada fotón que se absorbe, solo una molécula es realmente capaz de reaccionar. Es posible reafirmar esta ley afirmando que un fotón es capaz de excitar un electrón. El alcance de la eficacia de los fotones en este trabajo está restringido a fotones con longitudes de onda que van desde 400 a 700 nanómetros, con la excepción de LED rojo lejano, que incorporan fotones con longitudes de onda de hasta 800 nanómetros. Es común que los fabricantes de paquetes LED reporten eficacia en lúmenes por vatio porque esta es una métrica significativa para la iluminación humana. Sin embargo, esta métrica no es aplicable para la iluminación hortícola porque es una medición de los fotones ponderados para la visión humana basada en la sensibilidad del ojo humano a diferentes colores.
Un paquete LED, que es el chip LED contenido dentro de una carcasa, es lo que se entiende por el término "LED" en este artículo. Además de facilitar las conexiones mecánicas y eléctricas al accesorio, la carcasa o el envasado también sirve como canal de calor, influye en la distribución de fotones e incorpora la capa de fósforo para LED blancos (para obtener más información, ver más abajo). Los paquetes LED son el público objetivo para los estándares de rendimiento LED. Cuando los paquetes LED se incorporan a un accesorio, esto se conoce como un accesorio LED.
La eficiencia fundamental de los LED en su núcleo
Hay tres subeficiencias que contribuyen a la eficiencia general de los LED (paquetes LED), que es el producto de estas tres subficiencias:
La relación de la energía de fotones emitido, expresada en los voltios electrónicos, al voltaje aplicado (VPhoton/VF) es la definición de eficiencia eléctrica. Esta relación está influenciada por la resistencia eléctrica interna del LED.
La eficiencia cuántica interna, también conocida como fotón por electrón, se refiere al proceso por el cual los electrones se convierten en fotones. Este proceso está influenciado por las rutas de recombinación no radiativa, que incluyen impurezas y defectos microfísicos.
La relación de fotones que dejan el material semiconductor LED al número total de fotones que se generan se conoce como eficiencia de extracción de fotones. Esta relación está influenciada tanto por la reflexión interna como por la reabsorción. La frase "pérdidas de paquetes" se utiliza en la industria LED para referirse a cualquier pérdida que ocurra durante el proceso de cosecha de fotones de un paquete LED. Los tipos de paquetes LED pueden tener una amplia gama de variaciones en ellas.
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