В этом техническом документе доктора Прашанта Макарама, основателя и генерального директора Crocus Labs GmbH, при поддержке Infineon, основное внимание уделяется важнейшей роли уровня CO2 и искусственного освещения в повышении производительности в условиях сельского хозяйства с контролируемой средой (CEA), таких как вертикальные фермы и теплицы. . Он подчеркивает проблему поддержания оптимальных условий для роста растений и демонстрирует, как точный мониторинг и регулировка CO2 и света могут значительно повысить урожайность и качество сельскохозяйственных культур. Используя датчик CO2 XENSIV™ PAS от Infineon вместе с интеллектуальным освещением Crocus Labs, производители могут достичь прекрасного баланса в окружающей среде, что приводит к эффективному использованию ресурсов, снижению энергопотребления и, в конечном итоге, к более устойчивым методам производства продуктов питания. Этот подход не только оптимизирует здоровье растений и урожайность, но также позволяет гибко корректировать стратегию выращивания сельскохозяйственных культур, чтобы лучше соответствовать требованиям рынка.
Введение
Появление вертикальных ферм и современных теплиц произвело революцию в области садоводства, предложив инновационные решения для удовлетворения растущего спроса на устойчивое производство продуктов питания. Эти сельскохозяйственные системы с контролируемой средой используют передовые технологии для оптимизации использования ресурсов, максимизации урожайности и минимизации воздействия на окружающую среду. Однако управление и поддержание оптимальных условий выращивания в этих закрытых помещениях сопряжено с серьезными проблемами. Помимо искусственного освещения, одним из важнейших факторов, существенно влияющих на рост и продуктивность растений, является концентрация углекислого газа (CO2).
Постановка задачи
В сельском хозяйстве с контролируемой средой (CEA), таком как вертикальные фермы и современные теплицы, поддержание оптимальных условий выращивания имеет важное значение для достижения максимальной продуктивности сельскохозяйственных культур. Двумя критическими факторами, которые существенно влияют на рост растений, являются искусственное освещение и концентрация CO2. В CEA оптимизация спектра, интенсивности и продолжительности освещения, измеряемая с помощью Daily Light Integral (DLI), имеет решающее значение для стимулирования роста сельскохозяйственных культур и максимизации урожайности. В отличие от нас, людей, страдающих от более высоких концентраций CO2, сельскохозяйственным культурам необходим определенный уровень углекислого газа, обычно поддерживаемый между 800 ppm (например, рассада томатов, огурцов) и 1300 ppm, чтобы иметь возможность эффективно расти и процветать в контролируемых условиях. Потребности в освещении и требования к CO2 различаются в зависимости от сорта культуры и конкретной стадии ее роста. Концентрация CO2 на строго закрытых предприятиях по выращиванию CEA может быстро упасть до 200 частей на миллион, что побуждает почти все предприятия CEA использовать дозирование CO2 в качестве компенсационной меры для доведения уровня CO2 до оптимальной концентрации. В отличие от других факторов окружающей среды, уровень CO2 необходимо точно контролировать, и на него сильно влияют вентиляция, период роста растений и погода. На объектах CEA часто используются системы вентиляции и физические конструкции, такие как стеллажи и лотки, которые препятствуют движению воздуха, что приводит к расслоению окружающей среды. Следовательно, в некоторых районах концентрация CO2 может быть ниже оптимальной, что отрицательно влияет на фотосинтез и общую производительность растений. Чтобы смягчить эту проблему, производители повышают общий уровень CO2 на ферме, впрыскивая дополнительный CO2. Однако производители должны проявлять осторожность, поскольку чрезмерное дозирование CO2 может привести к несбалансированному росту растений, снижению качества урожая и увеличению эксплуатационных расходов. Дисбаланс между подачей CO2, поглощением сельскохозяйственными культурами и вентиляцией также способствует изменению климата за счет прямых выбросов CO2, в то время как требования к зеленой энергетике требуют от ферм, использующих котельные системы отопления для производства CO2, изучить альтернативные системы обогащения.
Решение: Infineon встречается с Crocus Labs
Чтобы решить эти проблемы, производители могут использовать взаимосвязь между концентрацией CO2, интенсивностью света и фотосинтезом для оптимизации роста и продуктивности растений. На рисунке 1 изображена кривая CO2 и интенсивности света. Поддерживая правильный баланс CO2 и светового спектра, производители могут максимизировать квантовый выход ассимиляции CO2. Однако существует точка насыщения, когда дальнейшее увеличение содержания CO2 и интенсивности света оказывает минимальное влияние на фотосинтетическую активность. Стратегическое размещение датчиков CO2 по всей площади выращивания позволяет производителям получить полную информацию о распределении CO2 и принимать обоснованные решения относительно добавок CO2 и световых спектров. Интеллектуальная система освещения Crocus Labs использует датчик CO2 Infineon XENSIV™ PAS для сбора данных из разных частей фермы. Эта плавная интеграция позволяет синхронизировать спектральную мощность освещения с конкретными потребностями различных растений в CO2 на разных стадиях роста и в разных местах, создавая идеальную среду для роста. Обеспечивая равномерную интенсивность фотосинтеза, адаптированную к потребностям растений, производители могут добиться более высоких урожаев, улучшить качество урожая и снизить эксплуатационные расходы (за счет электроэнергии и дозирования CO2). Эта способность точно контролировать световой спектр и выбросы CO2 также дает фермам гибкость в смягчении рыночных рисков путем адаптации выбора культур. Например, в сценарии, когда рынок насыщается огурцами, что приводит к падению их цен, фермы могут просто отрегулировать параметры освещения и выбросов CO2 в соответствии с другой культурой. Такая адаптивность помогает им избежать финансовых потерь и сохранить прибыльность.
Интегрируя высокоточный датчик CO2 XENSIV™ PAS от Infineon с интеллектуальной системой освещения Crocus Labs, Crocus Labs предоставляет производителям комплексное решение, которое сочетает в себе мониторинг CO2 в реальном времени, точное управление освещением и интеллектуальную спектральную настройку. Например, на вертикальной ферме высотой 10 метров, расположенной на площади более 1000 кв. м и выращивающей листовую зелень, интеграция позволяет производителям контролировать уровни CO2 и динамически регулировать спектры освещения в разных местах фермы, чтобы компенсировать потерю оптимального уровня CO2 и таким образом соответствовать конкретным потребностям растений. Анализируя данные датчика CO2 и используя передовые алгоритмы, система освещения может интеллектуально настраивать спектральный выходной сигнал для оптимизации эффективности фотосинтеза, повышения качества растений и одновременного снижения необходимости передозировки CO2.
В другом случае рассмотрим теплицу для выращивания плодовых культур. Благодаря интеграции датчика CO2 Infineon и системы освещения Crocus Labs производители могут точно настроить спектральный состав света на основе измерений CO2 в реальном времени. Например, во время перехода от стадии цветения к стадии плодоношения система XENSIV™ PAS CO2 помогает поддерживать равномерный уровень CO2, а систему освещения Crocus Labs можно настроить так, чтобы добавить больше длины волны красного цвета для улучшения развития плодов. Точно контролируя уровень CO2 и спектр освещения, производители могут создать идеальную среду для роста, которая максимизирует фотосинтетическую способность растения, что приводит к появлению ярких и здоровых цветов.
Чтобы продолжить чтение этого технического документа, нажмите ЗДЕСЬ.