vitaLED 微藻 LED 光譜培養與生長情境模擬器
模擬 LED 波長、PPFD、光週期、培養密度與光程下的光環境，計算 PAR DLI、光衰減與模型生長情境。所有運算皆在瀏覽器本機完成，不上傳任何資料。
光程剖面示意（深度方向光強；顏色為各通道混合）
LED 光譜組成（依 vitaLED 規格區間，假設區間內均勻分布，非實測 SPD）
光衰減曲線（Beer–Lambert）
理論光反應（光期淨比生長率 vs 光強）
生長情境時間曲線（三方案）
方案比較與模型排序
目標 DLI 反算（目前編輯的方案）
風險提醒與參數檢查（目前編輯的方案）
微藻 LED 光譜培養與生長情境模擬器：從 PPFD、DLI 到光衰減分析
微藻培養不只取決於「燈有多亮」。LED 波長區間、光子通量、每日光照時間、培養液光程與細胞自遮蔽，都會改變反應器內的光環境。vitaLED 微藻 LED 光譜培養與生長情境模擬器，將這些條件整理成可調整、可比較的計算情境，協助研究者與工程人員建立更有依據的補光設計假設。
為什麼微藻 LED 培養需要光譜與光程一起評估？
微藻光生物反應器中的入射光，會隨培養液深度與細胞濃度改變。即使表面量到相同的 PPFD，光子穿過培養液後仍可能因吸收與散射而衰減；當培養密度增加，靠近光源的細胞與反應器深處的細胞，可能經歷不同的光照條件。因此，單看燈具瓦數、表面亮度或單一 DLI 數字，並不足以完整描述微藻的光環境。
光子通量與 DLI
以 PPFD 表示單位面積每秒接收的光子通量，並根據每日光照時數計算 DLI。工具依傳統 PAR 範圍 400–700 nm 計算 PPFD 與 DLI，並另列全部 LED 通道的光子通量。
波長區間與吸收假設
使用 LED 波長區間和各通道光子通量描述配光組成。工具將區間內光子視為均勻分布並取樣計算，這是模型近似，不等於實際光譜功率分布（SPD）或物種專屬作用光譜。
培養液光衰減
透過 Beer–Lambert 型近似，估算不同光程深度的光強變化，並觀察平均光強、底層／表層光強比例，以及低於使用者設定光補償點的區域比例。
模擬器可以分析哪些條件？
PPFD、DLI 與光子通量：三者不能混為一談
PPFD 是每秒到達單位面積的 PAR 光子通量，常用單位為 μmol·m⁻²·s⁻¹；DLI（日積光量） 是一天累積的 PAR 光子量，單位為 mol·m⁻²·day⁻¹。若光照期間 PPFD 維持固定，可用下式估算：
例如，DLI 會隨 PPFD 與每日光照時數一起變動；相同 DLI 也不代表瞬時光強、光譜組成或光暗週期相同。
本工具嚴格以 400–700 nm 的 PAR 光子通量計算 DLI。落在這個範圍之外的遠紅光仍會顯示在全部通道光子通量中，但不會被直接加進傳統 PPFD／DLI。不同物種對不同波長的利用效率可能不同，因此不能僅憑 DLI 判定哪一種 LED 光譜一定較好。
文獻參數怎麼使用？先看來源，再看模型限制
模擬器的物種資料採取「有來源才載入、缺資料不補猜測值」的原則。物種名稱只是索引，不代表同一物種的所有株系、培養條件或反應器都能共用一組參數。文獻中量到的生長率，也不等於已經驗證本工具內所有光衰減、環境乘數與生長曲線公式。
| 物種／資料 | 目前可用資訊 | 使用時的限制 |
|---|---|---|
| Chlorella vulgaris 小球藻 | 已有文獻中的光強—生長率飽和型擬合式，可作為參數起點。 | 模型中的光期等效速率涉及時間基準換算；需回到原文核對。參數只適用於相近株系與實驗條件，不代表完整模型已驗證。 |
| Chlorella sorokiniana | 碩士論文提供 Monod 型光限制模型相關參數與實驗條件。 | 部分參數為單位換算或模型近似；論文未直接報告的光補償點屬推估值。資料品質與外推性需審慎評估。 |
| Chlamydomonas reinhardtii、Dunaliella tertiolecta、Skeletonema costatum 等候選物種 | 列為可進一步蒐集研究參數的物種。 | 目前沒有足以直接套入本工具的完整參數組；不應把其他物種的參數直接複製套用。 |
LED 波長效益與吸收曲線：目前不能直接下定論
目前的通道吸收曲線是通用教學近似，主要用於示意不同波長區間在模型中的衰減差異；它不是特定微藻株系的實測吸收光譜，也未包含隨波長變化的量子效率或作用光譜。因此，模擬器可以幫助使用者提出「值得實驗比較的光譜情境」，但不能單靠模型宣稱某一 LED 顏色或波長能讓特定微藻長得更快。
若要比較波長效益，建議在相同株系、培養基、溫度、pH、光暗週期與可比光子通量下，實際量測不同 LED 光譜的生長曲線，再以實驗結果校正參數。量測 LED 光譜功率分布（SPD）、反應器表面 PPFD 與培養液不同深度的光強，也有助於降低模型假設帶來的不確定性。
如何解讀三方案比較與生長曲線？
- 先比光環境：查看 PAR PPFD、DLI、光程平均光強與底層／表層光強比例。
- 再看生長情境：相對生物量 X/X₀ 表示模型推算的相對變化，不等於實測生物量或生產力。
- 確認風險提醒：留意自遮蔽、表層高光、光補償點、溫度與 pH 偏離，以及營養或 CO₂ 供應限制。
- 避免跨物種直接排名：不同物種、株系、模型形式與實驗條件的 μ 值不可直接當成公平競賽結果。
- 保存假設：使用複製報告記錄通道、光週期、光程與參數，方便後續與實驗數據逐項對照。
常見問題 FAQ
微藻 LED 培養是否只要提高 DLI 就能提高生長率？
不一定。DLI 是一天累積的 PAR 光子量，不包含所有光譜資訊，也不能反映光程內光強分布。當光強接近飽和、出現光抑制或 CO₂、營養與溫度成為限制因素時，單純增加 DLI 不一定帶來相同比例的生長提升。
為什麼模擬器顯示相對生物量，而不是直接預測 g/L？
目前文獻參數只涵蓋部分物種與特定實驗條件，且光譜吸收、環境限制與光馴化尚未由本工具的專屬實驗完整驗證。顯示 X/X₀ 可以呈現模型內的相對變化，避免誤把模擬值當成真實產量。
物種清單中有名稱，是否代表已有可靠的專屬參數？
不是。候選物種標籤只代表可作為後續研究的索引。只有標示已載入文獻相關參數的物種才會套入目前資料組，而參數仍須核對株系、培養條件、時間單位與模型假設。
可以用模擬結果直接決定量產 LED 配方嗎？
不建議。應先把結果當作實驗設計與工程估算的起點，再以目標株系的實測生長、光譜、光強分布及反應器條件校正。最終配方需經小試與放大試驗確認。
參考資料與延伸閱讀
- Metsoviti et al. (2020), Effect of Light Intensity and Quality on Growth Rate and Composition of Chlorella vulgaris, Plants, 9(1), 31. 閱讀論文。
- Khoury, F. F. (2020), The Effect of Light And Dark Periods on the Growth of Chlorella Sorokiniana: Modeling & Experimentation, Cleveland State University. 閱讀學位論文。
本頁提供模型原理、參數來源與限制說明，屬技術研究輔助資訊，不取代目標物種的實驗驗證、反應器量測或專業工程判斷。