Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.13
no.1
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pp.16-18
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2012
LED lighting systems that combine lighting capability, emotional and physiological characteristics are required for lighting source and multifunctional applications. In this work, Simulation studies using optical analysis software packages, Light Tools, are presented. This is done to estimate the uniformity ratio of illuminance and photosynthetic photon flux density (PPFD) of the periodic 2D lattice arrangements, such as square, diamond, two-way bias quadrangular, hexagonal, and Kagome lattices, under the same transmissivity, absorptance and reflectivity. It has been found out that the two-dimensional Kagome lattice arrangement exhibited high uniformity ratio of illuminance and PPFD compared to other lattices. Accordingly, these results can be used to guide a design and improve the lighting environment which in turn would maximize the uniform distributions of illuminance.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.2
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pp.142-147
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2015
The artificial light sources for growth of plant are usually high-pressure sodium lamp, metal haloids lamp, and fluorescent light; however, these light sources have relatively weaker Red and Blue lights that are necessary for growth of plants. Especially the effect of Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD) is pointed out as the weakness. Meanwhile, LED light source can be selected by specific wavelength to greatly improve the effect of PPFD. In this regard, this paper aims to investigate the promotion of plant growth by measuring photosynthetic photon flux density (hereafter referred to as PPFD) according to changes in light quality of the LED light sources. Towards this end, LED light sources for plant growth were produced with 4 kinds of mono-chromatic lights and 6 kinds of combined lights by mixing red, blue, green and white lights. A comparative analysis was conducted to investigate the effects of optical properties and PPFD on plants (green leaf lettuce) using the produced light sources. The results monochromatic light has fastest growth rate, but plant growth conditions have poor. This being so, mixed light is suitable for the green leaf lettuce.
Changing environmental conditions can affect plant growth by influencing water and nutrient transport and photosynthesis. Plant physiological responses under changing environmental conditions can be non-destructively monitored using electrodes as plant induced electrical signal (PIES). Objective of the study was to monitor PIES in response to increased CO2 and decreased photosynthetic photon flux density (PPFD). The PIES increased during day time when transpiration and photosynthesis occurs and monitored CO2 concentration was negatively correlated to the PIES. Enhanced CO2 concentration slightly reduced PIES, but the effect of increased CO2 was limited by light intensity. The effect of reduced PPFD was not appeared immediately because water and nutrient transport was not promptly affected by the light. The study was conducted to evaluate short-term effect of increasing CO2 and decreasing PPFD, hence proline content and chlorophyll fluorescence was not significantly affected by the conditions.
This study was conducted to examine the influence of Light-Emitting Diode (LED) light quality in urban agricultural plant factories on the growth and development of Seolhyang strawberry daughter plants in order to improve the efficiency of daughter plant growth and urban agriculture. LED light quality by demonstrated that above-ground growth and development were greatest for daughter plant 2. Daughter plant 1 showed the next highest growth and development, followed by daughter plant 3. Among the different qualities of LED light, the stem was thickest and growth rate of leaves was highest for R + B III (LED quality: red 660 nm + blue 450 nm/photosynthetic photon flux density (PPFD): $241-243{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) and lowest for R (red $660nm/115-117{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$). Plant height, leaf width, petiole length, and the leaf growth rate were highest for W (white fluorescent lamp/$241-243{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) and lowest for R + B I (red 660nm+blue 450nm/$80-82{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$). For above-ground growth and development, as the plants surpassed the seedling age, mixed light (red + blue), rather than monochromatic light (red or blue), and higher PPFD values tended to increase development. Regarding the quality of the LED light, daughter plant 2 showed the highest chlorophyll content, followed by daughter plant 1, and daughter plant 3 showed the least chlorophyll content. When the wavelength was monochromatic, chlorophyll content increased, compared to that when PPFD values were increased. Mixed light vitality was highest in daughter plant 2, followed by 1, and 3, showed increased photosynthesis when PPFD values were high with mixed light, in contrast to the results observed for chlorophyll content.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.22
no.3
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pp.144-151
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2020
Agrivoltaic systems (AVS) is defined as combining farm-grown crops with photovoltaic panels (PV) installed several meters above the ground. Solar radiation (W/㎡), photosynthetic photon flux density (PPFD, µmol/㎡/s), air temperature (℃), vapor pressure (kPa), soil moisture (㎥/㎥), soil temperature (℃), wind direction (˚), and wind speed (m/s) were measured under the AVS in Boseong-gun during winter barley season. Data was collected by 5 minute interval. All data can download at Github site (https://github.com/chojaeil/AVS_Boseung). To gap-filling missing solar radiation data during about two weeks, the conversion coefficient from solar radiation to PPFD was estimated as 0.41. Further, according to the ratio of diffuse radiation to direct radiation, the maximum value among the twenty PPFD sensors under the AVS was related to the PPFD value of filed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.3
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pp.333-338
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2021
This study determined the characteristics of LED illumination and photosynthetically active radiation flux density (PPFD) for LED lighting design in an indoor plant factory. This was done based on the light wavelength and PPFD intensity required for plant growth. It has been found that the wavelength and intensity are decreased according to the measuring distance, and green light has an important role in illumination characteristics, while blue light has an important role in the PPFD characteristics. Considering only the photosynthetic properties of plants, the effective order of photosynthesis was blue>red>white>green. When the measurement distance was 30 [cm], it was found that reduction levels of 60 [cm], 90 [cm], and 120 [cm] decreased to about 36 [%], 18 [%], and 10 [%], respectively. As a result of the characteristics of mixed light (red:blue=2:1, 3:1, 4:1) and the measurement distance, when the measured value at 30 [cm] is 100%, the measured value at 120 [cm] is 10-11 [%]. From the obtained results, an optimal structure was proposed for maximizing the light efficiency of an indoor greenhouse for future research.
Kim, Sung Jin;Bok, Kwon Jung;Lam, Vu Phong;Park, Jong Seok
Journal of Bio-Environment Control
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v.26
no.4
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pp.249-257
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2017
Agastache rugosa, is a perennial medicinal plant commonly used in Chinese herbalism, and may have anti-atherogenic and antibacterial properties. Here in this study, we investigated the growth and variations in antioxidant contents of A. rugosa in response to nutrient solution and photosynthetic photon flux density (PPFD) with artificial lighting for a hydroponics culture. Fluorescent light at 150, and $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ PPFD with a 16/8 (light/dark) photoperiod, combined with four different nutrient solutions [developed by Horticulture experiment station in Japan (HES), University of Seoul (UOS), Europe vegetable research center (EVR), Otsuka-house 1A (OTS)], were used in a hydroponics culture system for 6 weeks. The shoot and root dry weights of A. rugosa grown with the OTS were significantly higher than those of other nutrient solutions. The amount of tilianin was the highest grown with the OTS, followed by EVR, HES, and UOS. Total acacetin content was the highest in A. rugosa grown under EVR which was statistically similar with OTS. The A. rugosa grown under $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ PPFD produced higher fresh weight and both acacetin and tilianin contents than that grown under $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ PPFD. The present results suggested that OTS along with $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ PPFD could be an optimum growing condition for better growth and higher accumulation of tilianin and acacetin contents in A. rugosa with hydroponic culture systems in a plant factory.
This study was conducted to evaluate the effect of optimized environment conditions with growth stage in photoautotrophic micropropagation on the growth of potato (Solanum tuberosum L. cv. Dejima) plantlets and energy efficiency. Optimum environment conditions at each stage were decided in our previous study. For the evaluation of optimized environment control, potato plantlets were cultured under four different conditions: photoautotrophic optimum conditions of photosynthetic photon flux density (PPFD) and $CO_2$ levels with growth stage (POG), photoautotrophic constant condition with average PPFD and $CO_2$ levels (PCA), photoauototrophic constant condition with maximum PPFD and $CO_2$ levels (PCM), and photomixotrophic conventional condition with 3% sucrose (PMC) as control. As a result, environment control with growth stage (POG) significantly promoted all the growth characteristics such as the number of nodes and unfolded leaves, shoot height, shoot diameter, and fresh and dry weights of potato grown in vitro. In addition, based on dry weight consumed electricity and $CO_2$ were the lowest in POG suggesting the highest energy efficiency among the treatments. After transferring potato plantlets to greenhouse, the plantlets under POG showed vigorous growth, which was pretty similar with those under PMC. The accumulations of dry matter in POG were 4.7 times in vitro and 3.8 times in greenhouse as much as those in the conventional control (PCM). Thus, we concluded that in vitro environment control with growth stage induced vigorous growth of potato plantlets both in vitro and in greenhouse with less energy consumption.
To investigate the effect of low light intensities and the inoculation of Frankia and/or Alpova diplophloeus on the symbioses development and their host growth, red alder(Alnus rubra Bong.) seedlings were grown in an air - filtered walk - in growth chamber with either $N_2$ - fixing Frankia inoculation or N - fertilization and live or dead spore inoculation of the ectomycorrhizal fungus A. diplophloeus(Zeller & Dodge) Trappe & Smith. When they were 20 weeks old, the seedlings were grown under three levels of light intensities of 680, 320 and $220{\mu}mol/m^2/s$ PPFD(photosynthetic photon flux density) for three weeks. PPFD of 220 significantly decreased the development of A. diplophloeus mycorrhizae and nodules, the rates of $N_2$ - fixation and $CO_2$ exchange, and the growth of tile seedlings. PPFD 320 significantly decreased the $CO_2$ exchange rate only. Frankia inoculation significantly increased mycorrhiza formation and seedling growth. Alpova inoculation significantly increased seedling growth but not nodule development and $N_2$ - fixation. None of the symbionts affected $CO_2$ exchange rates. Frankia was more critical for seedling growth and mycorrhizal development than the mycorrhizal fungus for seedling growth and nodule development.
This study was conducted to investigate the optimum environment for leaf lettuce (Lactuca sativa L. var. crispa) in a plant factory to increase mass-production efficiency of quality leaf lettuce. Transpiration rate and $CO_2$ assimilation rate were increased with increasing the photosynthetic photon flux density (PPFD). The highest fresh weight and dry weight were observed at the PPFD of 200 and 300 U moi $m^{-2}$$s^{-l}$, respectively. The optimum aerial environment for the growth and quality of leaf lettuce in the plant factory was determined to be over 200 $\mu$mol $m^{-2}$$s^{-1}$ for PPFB. Although the interaction between light intensity and nutrient level was not significant, the lettuce growth was the best under electrical conductivity (EC) of 1.8 mS $cm^{-1}$ / at high light intensity (250 $\mu$mol $m^{-2}$$s^{-1}$ ) and EC of 2.4 mS cm-1 at low light level (150 $\mu$mol $m^{-2}$$s^{-1}$ ) respectively.y.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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