節能光世代跨領域 3D水耕栽培研究...3D 立體密閉系統LED 水耕栽培之實驗設計裝置，裝置有下列優點：（1）資源回收再利用；（2）組裝簡單方便；（3）節約能源高；（

參賽作品報告書

全國高職學生 102 年度專題製作競賽

報告書封面

群別：化工群

參賽作品名稱：節能"光"世代-跨領域 3D 水耕栽培研究

關鍵詞：LED、水耕栽培、亞硝酸鹽

I

目錄

目錄 .................................................................................................................................I

壹、摘要 ........................................................................................................................ 1

貳、研究動機................................................................................................................ 1

参、研究方法（過程）................................................................................................ 2

一、實驗儀器：.................................................................................................... 2

二、實驗藥品：.................................................................................................... 2

三、研究流程：.................................................................................................... 2

（一）實驗設計：........................................................................................ 2

（二）實驗過程照片：................................................................................ 4

肆、研究結果................................................................................................................ 6

一、【實驗一】LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值與硝酸鹽之關係 ......... 6

二、【實驗二】LED 光源對植物成長水溶液中電導度與硝酸鹽之關係 ........ 6

三、【實驗三】改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響 ......................... 7

（一）綠光.................................................................................................... 7

（二）藍光.................................................................................................... 7

（三）紅光.................................................................................................... 7

（四）混合光................................................................................................ 7

四、【實驗四】改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響 ....................... 8

（一）全長累積測量.................................................................................... 8

（二）寬度累積測量.................................................................................... 9

五、【實驗五】改變 LED 光源對成長環境溫度與濕度之影響 ..................... 10

六、【實驗六】不同種類燈管對電力成本之影響 ........................................... 10

伍、討論 ...................................................................................................................... 11

一、LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值與硝酸鹽之關係 ......................... 11

二、LED 光源對植物成長水溶液中電導度與硝酸鹽之關係 ........................ 11

三、改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響 ......................................... 12

四、改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響 ....................................... 14

五、改變 LED 光源對植物成長環境溫度與相對濕度之影響 ....................... 17

六、不同種類燈管對電力成本之影響 ............................................................. 18

七、佔地面積改善，解決未來糧食問題 ......................................................... 18

陸、結論 ...................................................................................................................... 19

柒、參考資料及其他.................................................................................................. 20

II

表目錄

表 1 實驗過程照片 ..................................................................................................... 4

表 2 在不同 LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值之影響 .................................... 6

表 3 在不同 LED 光源對植物成長水溶液中電導度（mS）之影響 ..................... 6

表 4 綠光條數與高度對照度影響 ............................................................................. 7

表 5 藍光條數與高度對照度影響 ............................................................................. 7

表 6 紅光條數與高度對照度影響 ............................................................................. 7

表 7 混合光條數與高度對照度影響 ......................................................................... 7

表 8 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜全長累積影響 ................................. 8

表 9 在不同調配液，光源與時間對萵苣全長累積影響 ......................................... 8

表 10 在不同調配液，光源與時間對白菜全長累積影響 ....................................... 9

表 11 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜寬度累積影響 ............................... 9

表 12 在不同調配液，光源與時間對萵苣寬度累積影響 ....................................... 9

表 13 在不同調配液，光源與時間對白菜寬度累積影響 ..................................... 10

表 14 光源對植物成長環境溫度與相對濕度之影響 ............................................. 10

表 15 不同種類燈管之電力成本比較 ..................................................................... 10

圖目錄

圖 1 3D 立體密閉系統中 LED 水耕栽培實驗流程 .................................................. 3

圖 2 pH 值與調配液之關係 ...................................................................................... 11

圖 3 電導度與調配液之關係 ................................................................................... 11

圖 4 綠光照度與高度之關係 ................................................................................... 12

圖 5 藍光照度與高度之關係 ................................................................................... 12

圖 6 紅光照度與高度之關係 ................................................................................... 13

圖 7 混合光照度與高度之關係 ............................................................................... 13

圖 8 照度與 LED 燈光源之比較 ............................................................................. 14

圖 9 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜全長累積影響 ............................... 14

圖 10 在不同調配液，光源與時間對萵苣全長累積影響 ..................................... 15

圖 11 在不同調配液，光源與時間對白菜全長累積影響 ..................................... 15

圖 12 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜寬度累積影響 ............................. 16

圖 13 在不同調配液，光源與時間對萵苣寬度累積影響 ..................................... 16

圖 14 在不同調配液，光源與時間對白菜寬度累積影響 ..................................... 17

圖 15 LED 光源對環境溫度之影響 ......................................................................... 17

圖 16 LED 光源對環境相對濕度之影響 ................................................................. 18

圖 17 電力費用與項目比較 ..................................................................................... 18

1

壹、摘要

近幾年來因氣候變遷，全世界面臨糧食危機，因此結合化學（工）、電子、

材料、農業跨領域，資源回收再利用之概念，製作出成本費用低，及具備無須農

藥使用、低硝酸鹽殘留、普遍化之植物工廠。

本實驗主要項目探討，先製作 3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培之實驗設計

裝置，再測植物成長過程中，水溶液之 pH 值與電導度變化；改變 LED 光源及

LED 柔性燈帶條數，對照度之影響；調配液對植物成長之影響；LED 光源對植

物成長環境溫度與濕度之影響；電力成本及佔地面積之改善，解決未來糧食問題。

結果顯示由幼苗移植後 35 天培育成功，同時也成功培育多種不同有機蔬

菜，以建置低成本及有系統之種植方法，實現 3D 立體空間之 LED 植物工廠。

貳、研究動機

本研究之動機為建置成本低，及 3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培之實驗設

計裝置，因蔬菜會自土壤及肥料中吸收硝酸鹽，為了避免細菌及酸性環境下，會

轉變成對人體不利之亞硝酸鹽，因此種植有機蔬菜避免農藥殘留，及讓室內空氣

清淨，及綠美化環境。

本實驗需求項目，（1）調配液對植物成長、（2）改變 LED 光源對植物成

長、（3）LED 燈光源之照度、（4）植物成長環境之溫度與濕度（5）電力成本、

（6）佔地面積之改善，解決未來糧食問題。

3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培之實驗設計裝置，裝置有下列優點：（1）

資源回收再利用；（2）組裝簡單方便；（3）節約能源高；（4）減少病蟲害之影響；

（5）減少天然外在環境之影響 (如颱風、水災、旱害、霜害……等)。

3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培之實驗，具備無須農藥使用、低硝酸鹽殘

留、在相同佔地面積，使用 3D 立體垂直架構種植可增加產量，為農業精緻化未

來之趨勢。

2

参、研究方法（過程）

一、實驗儀器：

LED 燈(綠光、紅光、藍光、混合光)、溫濕計、照度計、pH 計、壓克

力板、電導度計、數位產品專用定時器、交換式電源供應器、電線、

定量瓶、燒杯、量筒、尺、保麗龍、三色盒。

二、實驗藥品：

養液、pH 計校正液（pH=4.0、pH=7.0）、電導度計校正液。

三、研究流程：

（一）實驗設計：

建造 3D 立體密閉系統之 LED 水耕栽培設計實驗，如圖 1 所示。

實驗步驟及所需材料描述如下:

1.先得知 LED 柔性燈帶功率、安培、電壓...等功能，再使用電子串並聯

連接起來，交流電經交換式電源供應器轉換成直流電，將 LED 柔性燈

帶串並聯通電測試。再將 LED 裝置至透明壓克力板上。

2.保麗龍材質為水耕栽培容器，因具隔熱保溫之效果，以穩定水溫。保

麗龍水平架構放置佔地面積大，修改為 3D 立體空間改善佔地面積。

3.調配溶液：使用蒸餾水加養液，避免養液濃度過高而引起化學變化。

4.LED 裝置至透明壓克力板上，經綠光、藍光、紅光、混合光 LED 照

射，以利於方便觀察植物成長。

5.植物在 3D 立體密閉系統之 LED 水耕栽培成長過程檢測：

【實驗一】改變 LED 光源對植物成長水溶液 pH 值與硝酸鹽之關係。

【實驗二】改變 LED 光源對植物成長水溶液電導度與硝酸鹽之關係。

【實驗三】改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響。

【實驗四】改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響。

【實驗五】改變 LED 光源對成長環境溫度與濕度之影響。

【實驗六】不同種類燈管對電力成本之影響。

3

圖 1 3D 立體密閉系統中 LED 水耕栽培實驗流程

LED 水耕栽培

3D 植物工廠

LED 光源

水耕栽培溶液調配

藍光

綠光

紅光

混合光

溫度

白菜萵苣翠玉白菜

檢測

濕度

量尺

高度

照度 pH 值電導度值

照度計溫濕計 pH 計電導度計

寬度

4

（二）實驗過程照片：

3D 立體密閉系統之 LED 水耕栽培實驗過程照片，如表 1 所示。

表 1 實驗過程照片

串並聯 LED 柔性燈帶通電 LED 柔性燈帶 LED 裝置透明壓克力板

水平架構 3D 立體垂直架構 1 3D 立體垂直架構 2

調配溶液綠光 LED 照射藍光 LED 照射

5

紅光 LED 照射混合光 LED 照射 pH 計

pH 值測定先用標準溶液

行校正後，再測定水樣 pH

值。

電導度測定先用標準溶

液行校正後，再測定水樣

電導度。

照度計

量測全長量測寬度溫濕度計

6

肆、研究結果

一、【實驗一】LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值與硝酸鹽之關係

3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培實驗，由幼苗經成長 35 日後，測量水溶液

pH 值，如表 2 所示。

（一）在調配液 1:250 時，LED 光源對植物成長之水溶液 pH 值，介於 7.0

至 7.5 之間。

（二）在調配液 1:200 時，LED 光源對植物成長之水溶液 pH 值，介於 6.5

至 7.0 之間。

（三）在調配液 1:150 時，LED 光源對植物成長之水溶液 pH 值，小於 7.0。

表 2 在不同 LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值之影響

調配液

光源 1:250 1:200 1:150

綠光 7.26 7.04 5.70

藍光 6.97 6.98 6.27

紅光 7.40 6.69 6.96

混合光 7.43 6.88 6.78

二、【實驗二】LED 光源對植物成長水溶液中電導度與硝酸鹽之關係

3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培實驗，由幼苗經成長 35 日後，測量水溶液

電導度，如表 3 所示。

（一）在調配液 1:250 時，LED 光源對植物成長之水溶液電導度，介於 5.5

mS 至 6.5 mS 之間。

（二）在調配液 1:200 時，LED 光源對植物成長之水溶液電導度，介於 7.4

mS 至 8.2 mS 之間。

（三）在調配液 1:150 時，LED 光源對植物成長之水溶液電導度，在 8.10 mS

以上。

表 3 在不同 LED 光源對植物成長水溶液中電導度（mS）之影響

調配液

光源 1:250 1:200 1:150

綠光 6.01 7.36 8.87

藍光 5.09 7.35 8.10

紅光 6.13 8.01 8.36

混合光 5.76 8.12 8.40

7

三、【實驗三】改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響

植物行光合作用主要是利用波長為 476-495nm 藍光、495-570nm 綠光、

620-720nm 紅光。

（一）綠光

由表 4 得知：相同高度，照度隨綠光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

表 4 綠光條數與高度對照度影響

高度(cm)

條數

5 10 15 20 25 30

1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均

1 條 1490 1510 1478 1493 930 940 930 933 540 530 540 537 310 320 320 317 240 250 240 243 170 160 170 167

2 條 3030 3050 3060 3047 1830 1740 1710 1760 1040 1030 1020 1030 600 620 630 617 490 480 500 490 320 320 320 320

3 條 4070 4080 4110 4087 2550 2540 2560 2550 1510 1520 1490 1507 1020 1030 1030 1027 700 710 710 707 450 440 450 447

（二）藍光

由表 5 得知：相同高度，照度隨藍光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

表 5 藍光條數與高度對照度影響

高度(cm)

條數

5 10 15 20 25 30

1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均

1 條 106 92 90 96 80 88 89 86 60 61 60 60 37 38 36 37 26 25 26 26 18 19 20 19

2 條 220 218 219 219 216 214 212 214 131 130 126 129 82 81 80 81 58 59 58 58 31 32 29 31

3 條 423 424 425 424 342 345 343 343 148 149 150 149 121 120 121 121 71 72 73 72 50 50 51 50

（三）紅光

由表 6 得知：相同高度，照度隨紅光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

表 6 紅光條數與高度對照度影響

高度(cm)

條數

5 10 15 20 25 30

1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均

1 條 452 445 457 451 157 158 159 158 93 92 94 93 59 58 61 59 34 35 35 35 21 31 30 27

2 條 935 902 890 909 302 302 300 301 198 210 211 206 115 109 114 113 79 84 83 82 59 61 57 59

3 條 1304 1320 1308 1311 450 432 466 449 263 262 261 262 156 154 157 156 136 137 135 136 87 85 84 85

（四）混合光

由表 7 得知，在相同 LED 柔性燈帶條數下，混合光照度隨高度增加而

遞減。

表 7 混合光條數與高度對照度影響

高度(cm)

條數

5 10 15 20 25 30

1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均

3 條 1730 1740 1720 1730 960 970 950 960 634 636 640 637 396 398 411 402 260 261 259 260 190 192 196 193

8

四、【實驗四】改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響

3D 立體密閉系統 LED 水耕栽培實驗，使用翠玉白菜、萵苣（大陸妹菜）、

白菜，由幼苗水耕栽培成長 35 日，測量全長累積與寬度累積。【5】提供

植物調配養液，如氮、磷、鉀濃度之參考，含氮（150~200 mg/L）、磷（40~60

mg/L）、鉀（125~250 mg/L）。

（一）全長累積測量

1.翠玉白菜：

由表 8 得知，養液與水之調配 1:250、1:200、1:150，在不同 LED 光

源情形下，全長累積隨時間增加而增長。

表 8 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜全長累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 3.5 6.8 9.5 10.5 12.0 0.5 1.6 2.8 3.0 3.3 1.0 2.1 4.0 5.0 6.1

藍光 1.4 2.1 3.2 4.4 6.1 1.0 1.4 2.0 2.3 3.4 0.2 1.8 3.2 4.7 5.8

紅光 1.1 4.4 8.1 8.5 10.0 0.2 1.0 1.9 2.5 2.9 0.5 3.0 5.8 6.0 7.3

混合光 2.2 5.6 8.7 9.0 10.1 1.0 1.9 2.5 2.8 3.2 0.2 0.6 1.1 1.6 2.9

2.萵苣：


源情形下，全長累積隨時間增加而增長。

表 9 在不同調配液，光源與時間對萵苣全長累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 0.9 2.4 4.0 5.7 8.8 2.5 5.1 8.0 9.2 10.5 0.8 2.6 5.8 6.0 6.7

藍光 1.9 3.4 5.3 5.9 9.6 2.2 4.7 7.4 8.1 8.5 0.6 3.7 6.5 7.0 7.5

紅光 1.4 3.1 5.7 6.2 9.6 4.1 5.0 7.3 7.5 9.6 5.1 7.8 9.1 9.9 10.5

混合光 3.8 5.3 6.8 7.5 9.6 1.6 3.3 6.0 6.3 7.1 0.3 4.5 8.8 9.1 11.0

3.白菜：

由表 10 得知，養液與水之調配 1:250、1:200、1:150，在不同 LED

光源情形下，全長累積隨時間增加而增長。

9

表 10 在不同調配液，光源與時間對白菜全長累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 5.0 5.4 6.5 8.0 8.7 3.1 7.3 13.0 14.6 15.0 4.3 6.7 10.7 12.9 14.1

藍光 0.1 2.1 5.2 8.5 9.7 2.1 5.4 9.3 10.5 13.6 0.5 1.9 3.3 3.6 7.3

紅光 2.9 3.8 6.2 7.2 7.7 3.8 5.0 6.3 6.9 7.1 4.1 6.0 9.4 9.7 11.2

混合光 4.5 6.7 8.5 10.8 16.6 7.3 9.6 12.4 15.3 15.4 2.0 5.5 8.0 8.5 10.2

（二）寬度累積測量

1.翠玉白菜：


光源情形下，寬度累積隨時間增加而增寬。

表 11 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜寬度累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 4.5 8.0 11.4 11.8 12.5 2.4 3.7 4.4 5.2 5.9 0.2 0.7 2.7 3.4 4.6

藍光 1.6 2.8 4.4 5.9 9.4 2.0 2.2 2.6 2.9 5.0 2.0 3.2 4.6 4.8 8.0

紅光 1.7 5.9 9.5 10.5 10.7 0.2 2.1 3.4 5.0 6.2 2.7 5.0 8.6 8.8 9.0

混合光 2.7 6.6 9.7 10.2 11.7 2.8 3.1 3.5 4.3 5.2 0.3 1.4 2.3 3.0 4.9

2.萵苣：


源情形下，寬度累積隨時間增加而增寬。

表 12 在不同調配液，光源與時間對萵苣寬度累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 3.6 5.4 7.0 11.0 13.4 2.0 8.4 15.7 16.4 19.4 1.5 4.2 7.9 11.0 12.0

藍光 3.2 5.0 7.1 9.0 9.3 3.8 4.4 7.5 11.2 12.5 5.9 7.1 9.4 12.6 15.2

紅光 0.3 1.9 3.8 5.0 8.0 4.6 5.9 7.8 11.3 14.0 2.0 5.3 9.2 13.7 14.9

混合光 0.4 3.3 6.0 6.8 7.8 2.9 5.2 9.0 9.5 10.2 2.6 4.6 7.8 10.8 12.9

3.白菜：


光源情形下，寬度累積隨時間增加而增寬。

10

表 13 在不同調配液，光源與時間對白菜寬度累積影響

調配液 1:250 1:200 1:150

時間(日)

光源 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35 7 14 21 28 35

綠光 3.7 6.7 9.6 10.0 12.5 0.5 2.1 4.0 6.8 10.8 3.2 4.3 6.6 11.0 17.0

藍光 5.2 6.6 7.4 8.0 13.7 2.9 4.5 6.2 9.2 11.6 1.0 2.7 6.2 9.2 10.5

紅光 4.2 5.0 6.2 8.2 10.4 0.3 2.6 6.2 10.5 11.2 4.0 8.4 13.7 16.2 19.8

混合光 2.3 4.7 9.0 9.5 11.8 6.2 6.7 9.2 13.7 14.8 5.7 6.6 7.8 8.2 10.8

五、【實驗五】改變 LED 光源對成長環境溫度與濕度之影響

由表 14 得知，LED 之光源，使植物成長環境溫度增加 0.5-2℃；相對濕度

HR介於 90 至 95 之間。

表 14 光源對植物成長環境溫度與相對濕度之影響

未加 LED 光源加 LED 光源

溫度(℃) 相對濕度 HR 溫度(℃) 相對濕度 HR

1.綠光 21.3 89 21.9 94

2.藍光 21.3 89 21.8 90

3.紅光 21.3 89 23.0 91

4.混合光 21.3 89 22.0 95

5.普通照明光源 21.3 89 35.5 98

六、【實驗六】不同種類燈管對電力成本之影響

將日光燈管(白光)、螢光燈、LED 透明軟燈條，計算電力成本比較，如表

15 所示。

表 15 不同種類燈管之電力成本比較

項目日光燈管(白光) 螢光燈 LED 透明軟燈條

綠光紅光藍光混合光

功率(W) 20 28 4 4 4 4

用量 4 4 3 3 3 3

開啟時數 12 12 12 12 12 12

栽培天數 35 35 35 35 35 35

總計(KW) 33.60 47.04 5.04 5.04 5.04 5.04

20.16

費用(元)

(每度 3 元) 101 141 60

11

伍、討論

一、LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值與硝酸鹽之關係

由圖 2 得知：

1.在調配液 1:250 時，LED 光源對植物成長水溶液，pH 值為鹼性。

2.在調配液 1:200 時，LED 光源對植物成長水溶液，pH 值介於 6.5 至 7.0 之

間。

3.在調配液 1:150 時，LED 光源對植物成長水溶液，pH 值為酸性。

4.選擇調配液 1:250 較佳，因硝酸鹽在酸性環境下，會轉變成對人體不利之亞

硝酸鹽。

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

1:250 1:200 1:150

調配液

pH值

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 2 pH 值與調配液之關係

二、LED 光源對植物成長水溶液中電導度與硝酸鹽之關係

由圖 3 得知：

1.在調配液 1:250 時，LED 藍光光源對植物成長水溶液電導度，較低值。

2.在調配液 1:200 時，LED 光源對植物成長水溶液電導度，介於 7.4 至 8.2 之

間。

3.在調配液 1:150 時，LED 光源對植物成長水溶液電導度，較高值。

4.選擇調配液 1:250 較佳，因電導度愈低，硝酸鹽愈低。

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

1:250 1:200 1:150

調配液

電導

度(m

S) 綠光藍光

紅光

混合光

圖 3 電導度與調配液之關係

12

三、改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響

（一）綠光，由圖 4 得知：

1.照度隨綠光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

2.在相同 LED 柔性燈帶條數下，綠光照度隨高度增加而遞減。

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5 10 15 20 25 30

高度(cm)

照度

(Lux

)

1條

2條

3條

圖 4 綠光照度與高度之關係

（二）藍光，由圖 5 得知：

1.照度隨藍光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

2.由圖得知在相同 LED 柔性燈帶條數下，藍光照度隨高度增加而遞減。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

5 10 15 20 25 30

高度(cm)

照度

(Lu

x) 1條

2條

3條

圖 5 藍光照度與高度之關係

13

（三）紅光，由圖 6 得知：

1、照度隨紅光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

2、由圖得知在相同 LED 柔性燈帶條數下，紅光照度隨高度增加而遞減。

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

5 10 15 20 25 30

高度(cm)

照度

(Lu

x) 1條

2條

3條

圖 6 紅光照度與高度之關係

（四）混合光，由圖 7 得知：

由圖得知在相同 LED 柔性燈帶條數下，混合光照度隨高度增加而遞

減。

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

5 10 15 20 25 30

高度(cm)

照度

(Lux

)

3條

圖 7 混合光照度與高度之關係

14

（五）照度與 LED 燈光源之比較

由圖 8 得知：

1 在相同高度、3 條 LED 柔性燈帶，綠光照度＞混合光照度＞紅光照

度＞藍光照度，其中綠光照度遠大於其他光照度。

2.在相同 LED 柔性燈帶條數下，照度隨高度增加而遞減。

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5 10 15 20 25 30

高度(cm)

照度

(Lu

x) 綠光

藍光

紅光

混合光

圖 8 照度與 LED 燈光源之比較

四、改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響


1.翠玉白菜由圖 9 得知：.

（1）養液與水之調配 1:250，在 LED 綠光光源情形下，全長累積較長。

（2）養液與水之調配 1:200，在 4 種 LED 光源情形下，全長累積較接近。

（3）養液與水之調配 1:150，在 LED 紅光光源情形下，全長累積較長。

1:250

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

7 14 21 28 35

成長時間 (日 )

全長

累積

量(c

m)

綠光藍光

紅光混合光

1:200

0

1

2

3

4

7 14 21 28 35

成長時間 (日 )

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:150

0

1

2

3

4

5

6

7

8

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 9 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜全長累積影響

15

2.萵苣由圖 10 得知：

（1）養液與水之調配 1:250，在 LED 混合光光源情形下，全長累積較長。


（3）養液與水之調配 1:150，在 LED 混合光光源情形下，全長累積較長。

1:250

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:200

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(cm

)

綠光藍光

紅光混合光

1:150

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(cm

)

綠光藍光

紅光混合光

圖 10 在不同調配液，光源與時間對萵苣全長累積影響

3.白菜由圖 11 得知：

（1）養液與水之調配 1:250 與 1:200，在 LED 混合光光源下，全長累積

較長。


1:250

0123456789

1011121314151617

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:200

0123456789

10111213141516

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:150

0

12

3

45

6

78

9

1011

12

1314

15

7 14 21 28 35

成長時間(日)

全長

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 11 在不同調配液，光源與時間對白菜全長累積影響

16


1.翠玉白菜由圖 12 得知：

（1）養液與水之調配 1:250，在 LED 綠光光源情形下，寬度累積較長。

（2）養液與水之調配 1:200 與 1:150，在 LED 紅光光源情形下，寬度累

積較長。

1:250

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(cm

)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:200

0

1

2

3

4

5

6

7

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:150

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7 14 21 28 35

成長時間(日)寬

度累

積量

(cm

)

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 12 在不同調配液，光源與時間對翠玉白菜寬度累積影響

2.萵苣由圖 13 得知：

（1）養液與水之調配 1:250 與 1:200，在 LED 綠光光源情形下，寬度累

積較長。

（2）養液與水之調配 1:150，在 LED 藍光光源情形下，寬度累積較長。

1:250

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:200

0123456789

1011121314151617181920

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:150

0123456789

10111213141516

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 13 在不同調配液，光源與時間對萵苣寬度累積影響

17

3.白菜由圖 14 得知：

（1）養液與水之調配 1:250，在 LED 藍光光源情形下，寬度累積較長。

（2）養液與水之調配 1:200，在 LED 混合光光源情形下，寬度累積較長。

（3）養液與水之調配 1:150，在 LED 紅光光源情形下，寬度累積較長。

1:250

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:200

0

1

2

34

5

6

7

8

9

10

1112

13

14

15

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

1:150

0123456789

1011121314151617181920

7 14 21 28 35

成長時間(日)

寬度

累積

量(c

m)

綠光

藍光

紅光

混合光

圖 14 在不同調配液，光源與時間對白菜寬度累積影響

五、改變 LED 光源對植物成長環境溫度與相對濕度之影響

由圖 15 得知，LED 對植物生長比普通照明設備光源，較溫和，使植物幼苗

較不會灼焦，不需冷卻風扇或驅動器；由圖 16 得知，相對濕度 HR介於 90

至 95 之間。LED 藍光光源對植物成長環境之溫度與相對濕度，較低值。

15

20

25

30

35

40

綠光藍光紅光混合光普通光源

光源

溫度

(℃)

加光源

圖 15 LED 光源對環境溫度之影響

18

85

90

95

100

綠光藍光紅光混合光普通光源

光源

相對

濕度

HR

加光源

圖 16 LED 光源對環境相對濕度之影響

六、不同種類燈管對電力成本之影響

將日光燈管(白光)、螢光燈、LED 透明軟燈條，計算電力成本比較，如表所

示。LED 透明軟燈條電力成本相較於日光燈管(白光)節省 67％；LED 透明

軟燈條電力成本相較於螢光燈節省 133％。

0

20

40

60

80

100

120

140

160

日光燈管(白光) 螢光燈 LED透明軟燈條

項目

費用

(元)

圖 17 電力費用與項目比較

七、佔地面積改善，解決未來糧食問題

一個保麗龍佔地面積為 57cm×38cm＝2166 cm2，四個保麗龍佔地面積為

8664 cm2，使用 3D 立體垂直架構佔地面積為 60cm×45cm＝2700 cm2，則改

善佔地面積減少 69％，所以相同佔地面積下，使用 3D 立體垂直架構，可

讓表面積、糧食倍數增加，可解決未來糧食問題。

19

陸、結論

一、LED 光源對植物成長水溶液中 pH 值之影響

在調配液 1:250、1:200、1:150 時，LED 光源對植物成長之水溶液 pH 值分別

為鹼性、微酸性、酸性。因此選擇調配液 1:250 較佳，因硝酸鹽在酸性環境

下，會轉變成對人體不利之亞硝酸鹽。

二、LED 光源對植物成長水溶液中電導度之影響

在調配液 1:250、1:200、1:150 時，LED 光源對植物成長之水溶液電導度分別

為小於 6.5mS、介於 7.4 mS 至 8.2 mS 之間、大於 8.2 mS。因此選擇調配液

1:250 較佳，因電導度愈低，硝酸鹽愈低。

三、改變 LED 光源與 LED 燈條數對照度之影響

1.照度隨綠光、藍光、紅光、混合光之 LED 柔性燈帶條數增加而增加。

2.在相同 LED 柔性燈帶條數下，綠光、藍光、紅光、混合光照度隨高度增加

而遞減。

3.在相同高度、LED 柔性燈帶條數下，綠光照度＞混合光照度＞紅光照度＞

藍光照度。

四、改變 LED 光源與調配養液對植物成長之影響


1.翠玉白菜：在養液與水之調配 1:250 時，LED 綠光光源情形下，全長累積

較長。

2.萵苣：在養液與水之調配 1:250 與 1:150 時，LED 混合光光源情形下，全

長累積較長。

3.白菜：在養液與水之調配 1:250 與 1:200 時，LED 混合光光源情形下，全

長較長。


1.翠玉白菜：在養液與水之調配 1:250 時，LED 綠光光源情形下，寬度累積

較長。

2.萵苣：在養液與水之調配 1:200 時，LED 綠光光源情形下，寬度累積較長。

3.白菜：在養液與水之調配 1:250 時，LED 紅光光源情形下，寬度累積較長。

五、光源對植物成長環境溫度與相對濕度之影響

LED 對植物生長之光源比普通照明設備之光源，較溫和；相對濕度 HR介

於 90 至 95 之間。LED 藍光光源對植物成長環境之溫度與相對濕度，較低

值。

20

六、不同種類燈管對電力成本之影響

LED 透明軟燈條電力成本相較於日光燈管(白光)節省 67％；相較於螢光燈

節省 133％。

七、佔地面積改善與解決未來糧食問題

在相同佔地面積下，使用 3D 立體垂直架構可讓表面積、糧食倍數成長，可

解決未來糧食問題。

柒、參考資料及其他

【1】方智(民 91)普通化學。水溶液中離子的平衡。全華圖書股份有限公司。

【2】李學勇(民 76)。基礎植物學。國立編譯館。

【3】林安秋 (民 85)。作物之光合作用。台灣商務印書館。

【4】蔡尚光(民 77)。室內陽台的水耕綠化。百通圖書股份有限公司。

【5】臺中區農業改良場研究彙報 10417-28 (2009)。

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節能 光 世代 跨領域 3D水耕栽培研究...3D 立體密閉系統LED 水耕栽培之實驗設計裝置，裝置有下列優點：（1） 資源回收再利用；（2）組裝簡單方便；（3）節約能源高；（

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