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

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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)

請參閱第一講相關LED植栽的光量名詞說明

基本測量方法

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光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)

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 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

光譜能量分佈圖譜

X軸 ： 波長 Y軸 ： 能量密度

Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜

得到 400~720波長範圍內的輻射功率總量

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。

PPF =

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

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 * m

2

PPFD = 1.4 μmol/s * m2

計算式

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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

輻射能量轉換成光子數量

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)。

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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光子通量密度分佈圖

X軸 ： 波長 Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)

1.4 umole/(m2*s)

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LED 光譜能量分佈圖

LED 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation，PAR)

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 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

PPF =

LED 光合作用光子通量 ， PPF

各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/ s

um

ole

/(m

2*s

) UV(300-399) 300

390

Blue(400-490) 400

490

491

600

601

700

701

850

Green(491-600)

Red(601-700)

Near infrared(701-850)

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看懂植物燈規格 相關數據

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看懂植物燈規格相關數據

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315W 陶瓷複金屬燈光譜圖 315W 陶瓷複金屬光子數量圖

PP

FD

各個不同波段的光子通量

Unit: μmol/ s

%

%

%

% %

%

%

%

%

%

PPF ： 598 µmol/s

1.90 PPF/W (598/315)

看得懂燈具參數 PPF

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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

看得懂燈珠參數

PS-ST-NLAPBG4XX-K0X

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PPFD = = 0.74 μmol/s @450nm 0.198 * 450

120

PPF 值(400~510nm)， 請參閱page 9 可由光譜能量圖和光子數量圖得出

LED植物燈規格書注意事項 光量

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A1

A2

應該補投射面積值

See: USU_spectral_characteristics.pdf 光通平台-植栽

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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um

ole

/(m

2*s

)

各種燈具之光子通量分佈圖

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um

ole

/(m

2*s

)

um

ole

/(m

2*s

)

um

ole

/(m

2*s

)

um

ole

/(m

2*s

)

um

ole

/(m

2*s

)

um

ole

/(m

2*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

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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

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。

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。

(人眼視覺反應)

(植物光合作用反應)

植物對光譜的敏感性與人眼不同

(人眼視覺反應) (植物光合作用反應)

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植物光合作用有效能量

光量子感測器

Yield Photon Flux (YPF):

photon flux weighted and integrated according to plant response

(McCree, 1972a; McCree, 1972b; Inada, 1976; Sager, 1988) 光通平台-植栽

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。

YPF Spectral Weighting Function

Solar Spectral Sunny Day

Ideal PAR energy sensor

PPF ：2000 μmol/s * m2

YPF ：1798 μmol/s * m2

Photosynthetic Photon Flux (PPF):

photon flux integrated over the 400-700 nm

waveband

各種能量轉換對照表

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