相關LED植栽 的光量名詞說明

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光通平台-植栽 19/Oct/2014

PAR(Photosynthetically active radiation)

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PAR定義： 作物的生長速率直接受光照射的影響，在400~700nm的光線與光合作用有很密切的關係，此光帶的輻射光能稱為光合作用有效輻射能量。(積極參與光合作用的光能)

表示植物光量需求的單位為PAR；PAR 的單位： ● PAR W/m2 的(能量表示)

● 也可以用光子的數量表示 ： 由光源所送出在波長 400 至 700 nm光 譜範圍內的光子數目，稱為光合作用光量子 PAR PPF（Photosynthetic Photon Flux），單位是 μmol/s 或 μE/s。

光合作用光子通量 ( photosynthetic photon flux ，PPF)

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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。

PPFD(photosynthetic photon flux density) 光合作用光子通量密度(光強度)

PPFD 定義： 在單位面積所接受到波長 400 ~700 nm 光譜範圍內的光子，稱 為 光 合 作 用 光 量 子 密 度 PAR PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)，單位是 μmol/(m2*s) 或 μE/(m2*s) 使用光量子感測器(Quantum Sensor)或 PAR meter測出在單位面積所接受到波長 400 ~700 nm光譜範圍內的光子數。 1 PPFD等於每秒6.022 × 1017個光子照射在1平方米的表面 1 PPFD等於每秒 1 umol 個光子照射在1平方米的表面。

光通平台-植栽 一莫耳光子（6.022*1023）稱為一愛因斯坦（Einstein）

● 不同的植物物種有不同 PPFD的要求。

PPFD 分佈圖

1000ｍｍ×900ｍｍ

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同一光源投射到不同面積上之PPFD 分佈圖

投射面積越小,PPFD值越大

YPF (yield photon flux ) 實際光合作用光子通量

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在夏天晴天，陽光其PAR值約為 2000 uE = 2000 umol/m2*s (PPFD) = 1,060W/m2， = 106,000 Lux。(lumen/m2) 在十二月，PAR值可降到20 umol/m2*s ，相當於1,000 Lux。

光量單位轉換

以上轉換只適用於太陽光 光通平台-植栽

光是能量的一種形式。 根據量子論，所有的能量都以量子或光子的形式存在和傳輸

。因此，能量最小的輻射應該只存在一個光子。如果把光子想像成一個帶著能量的小球，理解起來會非常容易。

簡單來說，光是相互不關聯的光子沿波動方向傳播。可見光是不同波長的光子混合體。光子被各種表面所吸收和反射，當它們被反射到人眼內，形成了帶有顏色和亮度的圖像。這些光子也能直接被植物吸收進行光合作用。

光的能量(單位焦耳)

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電磁輻射的能量存在於光子，以波的形式傳播。根據量子論，能量隨著光子的頻率發生變化。這個基本的等式告訴我們波長、頻率和能量及光子之間的關係

Energy = Plank‘s constant × Frequency = hν = hc/λ

h ：普朗克常數 6.626 × 10-34 joules per second ;能量的單位是焦耳。

例如：一個波長為500nm的光子的能量是多少？

E = hν = hc/λ h = Plank's constant is 6.626 × 10-34 joules per second 能量的單位是焦耳。

E = hν = hc/λ =1.988x10-16/λ= 6.626 × 10-34 × 3.0 × 108/(500 × 10-9) E = 0.039756 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量

例如：波長為500nm的光，產生一焦耳需多少光子？

N × E = 1 joule, N = 1/E= λ/hc =1/ 0.039756 × 10-17 = 25.15 × 1017 光子

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計算一個光子的能量(單位焦耳)

500nm波長的光為了形成1焦耳的能量，需要極大數量的光子(25.15 × 1017 個光子) 。為了避免用這麼大的數字運算，引入摩爾（mole）的概念。 1 mole =亞佛加厥常數= 6.02 × 1023。 那麼25.15 × 1017 個光子等於0.000004177摩爾。 (25.15 × 1017 / 6.02 × 1023= 0.000004177摩爾) 但 這樣表示，數字還是太小，所以使用微摩爾 μmol表示， 1 micromole=10-6 mole, 25.15 × 1017 光子 =4.177 μmol光子。

微摩爾（micro mole）的概念

即 500nm的光要產生 1焦耳的能量，需要 4.177 μ mol 光子。

光通平台-植栽 1 umol ： X= 6.02x 1017 ： 25.15 × 1017 X=4.177 μmole

瓦特(是單位功率 ，Jule/sec)

● 1瓦=1焦耳/秒 ● 1瓦的500nm光線需要 ， 每秒 25.15 × 1017 個光子，或 每秒4.1769 μmol 光子。

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Um

ol/

W

波長

4.1769

不同波長下，每瓦特的 μmol 光子數不同 波長值越大，每瓦特的 μmol 光子數越多

將不同波長值帶入下式 可得左圖各波長1W下產生的光子數 Nλ× E = 1 joule ，( Nλ ：光子數) Nλ = 1/E= λ/hc =λ/ 1.988x10-16 Nλμmo = Nλ / 6.02x 1017 μmol

光譜能量分佈圖譜和光子數量分佈圖

光譜能量分佈圖譜

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)

上圖中420nm光譜能量為0.4瓦每平方米。利用page6能量與波長之間的關係，可換算出每秒有多少波長為420nm的光子，0.4瓦應該是1.46微摩光子。因此可輕鬆實現從瓦每平方米到微摩每平方米的轉換。如果對每個波段都進行這樣的轉換，可得到每平方米各波段光子數量分佈圖。將所有400-700納米波長範圍內的光子加在一起，就得到了光合作用可用輻射總數。 右圖為該光源可提供給植物光合作用的不同波長下 光子數量曲線。

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0.4瓦每平方米

1.4 umole/(m2*s)

Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜

光子數量分佈圖

計算 1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量 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)。

如何畫出光源之光子數量分佈圖(一) 光譜能量分佈圖譜

X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度

0.4瓦每平方米

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光子數量分佈圖

X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)

1.4 umole/(m2*s)

如何得出光合作用可用光譜的曲線(二)

計算 1. 在umole/W vs 波長 圖表中 對應找到 420nm 下每瓦有 3.51 umole 2. 420nm 0.4W 能量有 1.4 umoles 光子 3. 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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X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)

1.4 umole/(m2*s)

Um

ol/

W

波長

3.51umol/W

不同波長下，每瓦特的 umole光子數 光子數量分佈圖

光譜完全不同的光線可能具有相同的光合作用光子通量密度。

PPFD值相似兩種光源的光譜比較

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Note: 為了避免光譜完全不同的光線可能具有相同的光合作用光子通量密度的情況發生，必須看光子數量分佈圖。

因為 PPFD 是所有400~700nm 光線的 總和，光譜完全不同的光線可能具有相同的光合作用光子通量密度。也就是說光譜能量分佈與PPFD沒有一對一的關係，因此瞭解一個光源的PPFD並不代表知道它的光子分佈。不同光源，PPFD值相近，但光子分佈可能相差甚遠。

PPFD數據資料

PPFD，它的數值投射面積有關。

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日本廠商昭和電工提出對於植物照明所需的光源要求，包括高發光效率，PPFD需高於130-150 μmol/(m2*s)，且能提供穩定的PPFD，光源距離須保持適度距離。

PPFD需高於130-150 μmol/(m2*s)

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新太陽一號 新太陽一號高效能白光LED晶片，在28W的低功耗下，在10公分距離提供 240 μmol/m2/sec的光合作用光子通量密度 (PPFD)。新太陽一號植物生長 燈能提供植物生長所需的充足光照，特別適合萵苣類、十字花科與香草類 等蔬菜使用，對於草莓亦能提供良好的生長光照條件。 1. 特性：新太陽一號使用高效能白光LED晶片，能提供一般植物生長所 需要充足光照 2. 型號：新太陽一號 3. 輸入電壓：42V 4. 功率：28W 5. 光合作用光子通量密度：240μmol/m2 sec 以上 6. 尺寸：300x 510x1.0 mm

台灣三愛農業科技股份有限公司

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DLI Daily light integral 日累積光量(每日總光量)

DLI 定義： 日累積光量是用以描述每日到達植物表面之光量總數目。 單位：mol/m2 d 。 日累積光量=光強度 * 累計時間 例如 在葉冠位置需光量為 38 μmol/m2 s ， 每日人工補光12小時。 每日累積光量 38umol/m2s x 3,600sec/hr x 12hr x 1mol/1x106 umol =1.685 mol / m2 d

DLI Daily light integral 日累積光量(每日總光量)

產于熱帶雨林的植物，每天可能需要的光量為 6~10 mol/m2 d ，而喜光植物可能在14

mol/m2 d達到最大光合作用效率。(10hr/day)

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PPFD

在光補償點時，光合作用過程中所吸收的二氧化碳和呼吸過程釋放的二氧化碳等量時的光照強度稱為光補償點。

LCP(light compensation point):光補償點

LSP(light saturation point):光飽和點

在光飽和點之下，光強越大，光合作用越多。超過光飽和點，光合作用不再增加。

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大多數蔬菜的光飽和點為850～1750 μ.mol·m-2·s-1，茄果類、西瓜、黃瓜、白菜等較高；薑、大蒜等較低。光補償點為20～75μ.mol·m-2·s-1，瓜類、茄果類較高；大白菜、韭菜、薑等較低。同種蔬菜不同品種的需光特性也有差異。夏秋品種對弱光反應較冬春型品種敏感，弱光下夏秋類型品種的光合效率低於冬春型品種。

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空氣中CO2濃度高，可能會提高光飽和點。陽性植物的光飽和點較高，陰性植物者較低。 陰性植物在高光照下容易受傷。

光強和CO2濃度關係圖

陰性植物 LCP和LSP均較低的植物，遇強光時會因Photoinhibition而遭受破壞 陽性植物 LCP和LSP均較高的植物，在光量未達到LCP要求時會停止生長或 生長遲緩

陰性植物或長期在陰影下生長的植物遭遇太強的光線時，被葉綠體吸收的多的光子無法被利用在光合作用上，如果又沒有被以輻射方式反射回大氣的話，會破壞葉綠體，就算沒達到破壞限度在轉換這些多餘光子時也會降低光合作用速率。

光抑制作用 (Photoinhibition)

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看得懂燈具參數 PPF

光子通量

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看得懂燈具參數 PPFD

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A1

A2

應該補投射面積值

計算 1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/450= 0.04417 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量 2. 1 Jule 420nm 光子數=1/ 0.04417 × 10-17 =22.638 x1017光子 3. 1 umol ： X= 6.02x 1017光子 ： 22.638 × 1017 ； X=3.76 umole (每瓦) 4. 由上表 450nm 0.198W 能量 5. 可算出此光源在450nm 有 0.74 μmol/ s

看得懂燈珠參數

PS-ST-NLAPBG4XX-K0X 藍光

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