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研究生:吳培誌
研究生(外文):Wu,Pei-Chih
論文名稱:LED植物生長分析之研究
論文名稱(外文):The Study of plant growth analysis by LED Technology
指導教授:戴遠東
指導教授(外文):DAI,YUAN-TUNG
口試委員:鄭益昌林烱暐
口試委員(外文):CHENG,YI-CHANGLin, Chiung-Wei
口試日期:2014-07-15
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:影像顯示技術研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:植物工廠光波長LED植物吸收光譜葉綠素a.b
外文關鍵詞:plant factoryoptical wavelengthLEDplant absorption spectrumchlorophyll ab
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近年來,因為全球氣候的異常變化,常造成農作物的虧損,再加上耕種面積也逐漸減少以及農業人口的老化,於是植物工廠(Plant Factory)的種植方式就開始受到重視。植物工廠具有避免自然因素危害、提高食品安全問題、立體化種植增加產量…等優點。但其重大缺點則是建置成本過高。
本研究目的主要在使用植物生長所需要的吸收光譜,並觀察植物吸收光譜葉綠素a及b對植物生長之影響,再搭配上我們所設計的新型專利之圓弧型燈具,藉由此燈具來提高光均勻性與降低照射死角,可以降低植物吸收不均勻與減少LED光源的使用數量之情況。同時也可以減少多餘之光源,降低不必要的光源耗電成本。
為達上述目的,本研究採用三組不同之光源來對照研究,分別為(1)面光型白光LED,波長為430nm~750nm;(2)圓弧型紅、藍光LED,波長為430nm與660nm;(3)圓弧型紅、藍光LED,波長為450nm與660nm。藉由這三組不同光源之燈具來研究觀察植物生長與波長之關聯性。
實驗結果顯示,藍光430nm與450nm波長對植物生長之情形有些許不同,但實際差距並不大。而我們所設計的新型燈具也確實提高了光均勻性,並有效的降低光源之消耗功率,已達降低耗電成本的效益。我們也獲得萵苣之生長參數,並成功於30天內完成種植。
關鍵字:植物工廠、光波長、LED、植物吸收光譜、葉綠素a.b

In recent years, the global climate is unstable usually. Often cause the loss of the crops. In addition, the area of cultivation reduces gradually. Plant factory is a crop production system which is isolated from outside environment. It prevent natural disaster, blight of crops, limited land effectively.
In the thesis, the goal was to develop a new light apparatus with LEDs optimized for vegetable production in plant factory. We design a novel LED lamps and lanterns with the structure of curve. The lamps enhance the uniformity of radiation, and reduce the dark area of radiation. Fluorescent lamp is popularly used in the plant factory, however, the spectrum of fluorescent light is broad and some portion of them is not necessary for photosynthesis. Power consumption of LED light source is reduced by appropriated spectrum.
In our study, we split three different condition of light source. They are white LED, monochromatic LED (Red 660nm and Blue 430nm), monochromatic LED (Red 660nm and Blue 450nm), respectively. The specific objective was to investigate the effective light quality for growing plant more healthy and rapidly. The effect of light provided by various light wavelength. The growth rate of plant is observed by the combination of LEDs (blue, red). The growth of lettuce depend on wavelength, intensity, and R/B ratio .
The experimental results show, Blu-ray 430nm and 450nm wavelength of plant growth on the situation is slightly different, but the actual difference is not obviously. We also found the ratio of the red and blue affect plant growth. And we have designed a new type of lighting is also really improved light uniformity, but also improve the consistency of plant growth, and effectively reduce the power consumption of the light source. We successfully cultivate the lettuce within 30 days.
Keywords: plant factory, optical wavelength, LED, plant absorption spectrum, chlorophyll ab

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 研究目的 1
1.1 前言 1
1.2 植物工廠的優缺點 2
1.3 植物工廠光源選擇 3
1.4 研究目的 3
1.5 研究架構 4
第二章 文獻探討 5
2.1 光源選擇之探討 5
2.2 光質對植物生長之影響探討 7
2.3 光量對植物生長之影響探討 9
2.4 光週期對植物生長之影響探討 11
第三章 實驗方法 12
3.1 TracePro光學機構模擬軟體 13
3.2 積分球 14
3.3 紅、藍光LED圓弧型燈具(450nm&660nm) 14
3.3.1 實驗設備與材料 15
3.3.2 實驗步驟 17
3.3.3 實驗數據量測 24
3.4 紅、藍光LED圓弧型燈具(430nm&660nm) 25
3.4.1 實驗設備與材料 25
3.4.2 實驗步驟 27
3.4.3 實驗數據量測 30
3.5 白光(430nm~750nm)面光型燈具 31
3.5.1 實驗設備與材料 31
3.5.2 實驗步驟 32
3.5.3 實驗數據量測 34
第四章 實驗數據分析與討論 36
4.1 TracePro光學模擬分析 36
4.1.1 燈具光照面積吸收分佈 38
4.1.2 單顆植物光照吸收分佈 39
4.2 燈具均勻度分析 40
4.3 植株重量 40
4.4 紅藍光燈具分析 41
4.5 消耗功率 45
第五章 結論與願景 47
參考文獻 49



參考文獻
1.微型植物工廠(傻光農場),技術手冊。
http://61-219-84-146.hinet-ip.hinet.net/pdf/simon.pdf
2.葉美玲,植物感應。
http://w3.tshs.tp.edu.tw/~yehml/new_page_23.htm
3.郭華仁(年代),台大農藝學系種子研究室全球資訊網
http://seed.agron.ntu.edu.tw
4.美國能源局,Solid-State Light。
http://www1.eere.energy.gov/buildings/ssl/sslbasics_whyssl.html
5.陳加忠,光線光譜與植物光合作用的關係,中興大學生物系統工程研究室。
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://bse.nchu.edu.tw/new_page_122.htm
6.快樂小醫師,植物色素的吸收光譜。
http://mulicia.pixnet.net/album/photo/115365687-%E6%A4%8D%E7%89%A9%E8%89%B2%E7%B4%A0%E7%9A%84%E5%90%B8%E6%94%B6%E5%85%89%E8%AD%9C
7.鄭志玄、周榮華,自動化LED植物工廠,成功大學工程科學系碩士論文,民100年6月。
8.C. M, Bourget, “An introduction to light emitting diodes,”HortScience, vol. 43, pp. 1944-1946, 2008.
9.張義聖,多波段LED燈對植物生長之研究,萬能科技大學碩士論文,民國102年七月。

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