Оригинален източник: Хоученг Лиу. Състояние на развитието и тенденции в индустрията за LED осветление на инсталации [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Източник на статията: Материал Once Deep

Светлината е основният екологичен фактор за растежа и развитието на растенията. Светлината не само осигурява енергия за растежа на растенията чрез фотосинтеза, но е и важен регулатор на растежа и развитието на растенията. Добавянето на изкуствена светлина или пълното облъчване с изкуствена светлина може да насърчи растежа на растенията, да увеличи добива, да подобри формата и цвета на продукта, да подобри функционалните компоненти и да намали появата на болести и вредители. Днес ще споделя с вас състоянието и тенденциите в развитието на индустрията за осветление на растенията.
Технологията за изкуствени източници на светлина се използва все по-широко в областта на осветлението на растенията. LED осветлението има много предимства, като висока светлинна ефективност, ниско генериране на топлина, малък размер, дълъг живот и много други. То има очевидни предимства в областта на осветлението за отглеждане на растения. Индустрията за осветление за отглеждане на растения постепенно ще приема LED осветителни тела за отглеждане на растения.

A. Състоянието на развитието на индустрията за LED осветление за растеж 

1.LED пакет за осветление за отглеждане

В областта на LED опаковките за осветление за отглеждане на растения има много видове опаковъчни устройства и няма унифицирана система за стандарти за измерване и оценка. Следователно, в сравнение с местните продукти, чуждестранните производители се фокусират главно върху посоките на високомощностни, кобни и модулни, като вземат предвид серията бяла светлина за осветление за отглеждане, като се вземат предвид характеристиките на растежа на растенията и хуманизираната светлинна среда, те имат по-големи технически предимства по отношение на надеждност, светлинна ефективност и характеристики на фотосинтетично излъчване на различни растения в различни цикли на растеж, включително различни видове високомощни, средномощни и нискомощни растения с различни размери, за да отговорят на нуждите на различни растения в различни среди за растеж, с цел постигане на целта за максимален растеж на растенията и пестене на енергия.

Голям брой основни патенти за епитаксиални пластини за чипове все още са в ръцете на водещи компании като японската Nichia и американската Career. Местните производители на чипове все още нямат патентовани продукти, които да са конкурентоспособни на пазара. В същото време много компании разработват нови технологии в областта на опаковането на чипове за осветление за отглеждане. Например, технологията за тънкослойни чипове на Osram позволява чиповете да бъдат опаковани плътно един до друг, за да се създаде осветителна повърхност с голяма площ. Въз основа на тази технология, високоефективна LED осветителна система с дължина на вълната 660 nm може да намали 40% от потреблението на енергия в зоната за отглеждане.

2. Развийте спектъра на осветлението и устройствата
Спектърът на осветлението на растенията е по-сложен и разнообразен. Различните растения имат големи разлики в необходимите спектри в различните цикли на растеж и дори в различни среди за растеж. За да се отговорят на тези различни нужди, в индустрията понастоящем съществуват следните схеми: ① Схеми за комбиниране на множество монохроматични светлини. Трите най-ефективни спектъра за фотосинтеза на растенията са главно спектърът с пикове при 450nm и 660nm, лентата 730nm за предизвикване на цъфтеж на растенията, плюс зелената светлина от 525nm и ултравиолетовата лента под 380nm. Комбинирайте тези видове спектри според различните нужди на растенията, за да образувате най-подходящия спектър. ② Схема с пълен спектър за постигане на пълно покритие на спектъра на нуждите на растенията. Този тип спектър, съответстващ на чипа SUNLIKE, представен от Seoul Semiconductor и Samsung, може да не е най-ефективният, но е подходящ за всички растения и цената е много по-ниска от тази на решенията за комбиниране на монохроматична светлина. ③Използвайте пълноспектърна бяла светлина като основна, плюс 660nm червена светлина като комбинирана схема за подобряване на ефективността на спектъра. Тази схема е по-икономична и практична.

Устройствата за опаковане на монохроматични LED чипове за осветление на растения (основните дължини на вълните са 450nm, 660nm, 730nm) се покриват от много местни и чуждестранни компании, докато местните продукти са по-разнообразни и имат повече спецификации, а продуктите на чуждестранните производители са по-стандартизирани. В същото време, по отношение на фотосинтетичния фотонен поток, светлинната ефективност и др., все още има голяма разлика между местните и чуждестранните производители на опаковки. При устройствата за опаковане на монохроматична светлина за осветление на растения, в допълнение към продуктите с основните дължини на вълните от 450nm, 660nm и 730nm, много производители разработват и нови продукти в други дължини на вълните, за да реализират пълно покритие за дължина на вълната на фотосинтетично активното лъчение (PAR) (450-730nm).

Монохроматичните LED лампи за растеж на растения не са подходящи за растежа на всички растения. Поради това се подчертават предимствата на пълноспектърните LED лампи. Пълният спектър първо трябва да постигне пълно покритие на целия спектър на видимата светлина (400-700nm) и да увеличи производителността на тези две ленти: синьо-зелена светлина (470-510nm) и наситено червена светлина (660-700nm). Използвайте обикновен син LED или ултравиолетов LED чип с фосфор, за да постигнете „пълен“ спектър, а фотосинтетичната му ефективност има свои собствени максимуми и минимуми. Повечето производители на бели LED осветителни тела за растения използват син чип + фосфор, за да постигнат пълен спектър. В допълнение към режима на опаковане с монохроматична светлина и синя светлина или ултравиолетов чип плюс фосфор за реализиране на бяла светлина, осветителните тела за растения имат и комбиниран режим на опаковане, който използва чипове с две или повече дължини на вълната, като например червено, десет синьо/ултравиолетово, RGB, RGBW. Този режим на опаковане има големи предимства при затъмняване.

По отношение на LED продуктите с тясна дължина на вълната, повечето доставчици на опаковки могат да предложат на клиентите си продукти с различна дължина на вълната в диапазона 365-740nm. Що се отнася до спектъра на осветлението за растения, преобразуван от фосфор, повечето производители на опаковки предлагат разнообразие от спектри, от които клиентите могат да избират. В сравнение с 2016 г., темпът на растеж на продажбите през 2017 г. е постигнал значително увеличение. При тях темпът на растеж на 660nm LED светлинен източник е концентриран в рамките на 20%-50%, а темпът на растеж на продажбите на фосфор-преобразувани LED светлинни източници за растения достига 50%-200%, т.е. продажбите на фосфор-преобразувани LED светлинни източници за растения растат по-бързо.

Всички компании за опаковки могат да предоставят продукти за обща опаковка с мощност 0,2-0,9 W и 1-3 W. Тези източници на светлина позволяват на производителите на осветителни тела да имат добра гъвкавост при проектирането на осветление. Освен това някои производители предлагат и интегрирани опаковки с по-висока мощност. В момента над 80% от доставките на повечето производители са с мощност 0,2-0,9 W или 1-3 W. Сред тях доставките на водещи международни компании за опаковки са концентрирани в диапазона 1-3 W, докато доставките на малки и средни компании за опаковки са концентрирани в диапазона 0,2-0,9 W.

3. Области на приложение на осветлението за отглеждане на растения

От областта на приложение, осветителните тела за отглеждане на растения се използват главно в оранжерийно осветление, фабрики за изцяло изкуствено осветление, тъканни култури за растения, осветление на полета за земеделие на открито, засаждане на домашни зеленчуци и цветя, както и лабораторни изследвания.

①В слънчевите оранжерии и многопролетните оранжерии делът на изкуствената светлина за допълнително осветление е все още нисък, като метал-халогенните лампи и натриевите лампи с високо налягане са основните. Проникването на LED осветителни системи за отглеждане е сравнително ниско, но темпът на растеж започва да се ускорява с намаляването на цената. Основната причина е, че потребителите имат дългогодишен опит в използването на метал-халогенни лампи и натриеви лампи с високо налягане, а използването на метал-халогенни лампи и натриеви лампи с високо налягане може да осигури около 6% до 8% от топлинната енергия за оранжерията, като същевременно се избягват изгаряния на растенията. LED осветителната система за отглеждане не предоставя специфични и ефективни инструкции и поддръжка на данни, което забави приложението ѝ в оранжерии с дневна светлина и многопролетни оранжерии. В момента малките демонстрационни приложения все още са основни. Тъй като LED е източник на студена светлина, той може да бъде сравнително близо до короната на растенията, което води до по-малко температурно въздействие. В оранжерии с дневна светлина и многопролетни оранжерии LED осветлението за отглеждане се използва по-често при междурастително отглеждане.

②Приложение за земеделие на открито. Навлизането и приложението на осветлението за растения в земеделието е сравнително бавно, докато приложението на LED системи за осветление на растения (контрол на фотопериода) за дългодневни култури на открито с висока икономическа стойност (като например драконов плод) постигна бързо развитие.

③Фабрики за растения. В момента най-бързата и най-широко използваната система за осветление на растения е фабриката за изцяло изкуствено осветление, която е разделена по категории на централизирани многослойни и разпределени мобилни фабрики за растения. Развитието на фабриките за изкуствено осветление в Китай е много бързо. Основният инвестиционен орган на централизираните многослойни фабрики за изцяло изкуствено осветление не са традиционните селскостопански компании, а по-скоро компании, занимаващи се с полупроводникови и потребителски електронни продукти, като Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, както и COFCO и Xi Cui и други нови модерни селскостопански компании. В разпределените и мобилни фабрики за растения, транспортните контейнери (нови контейнери или реконструкция на употребявани контейнери) все още се използват като стандартни носители. Системите за осветление на растения на всички изкуствени растения използват предимно линейни или плоски панелни осветителни системи, а броят на засадените сортове продължава да се разширява. Различни експериментални LED източници на светлина започнаха да се използват широко. Продуктите на пазара са предимно зелени листни зеленчуци.

④Засаждане на домашни растения. LED може да се използва в настолни лампи за домашни растения, стелажи за засаждане на домашни растения, домашни машини за отглеждане на зеленчуци и др.

⑤ Отглеждане на лечебни растения. Отглеждането на лечебни растения включва растения като Anoectochilus и Lithospermum. Продуктите на тези пазари имат по-висока икономическа стойност и в момента са индустрия с повече приложения за осветление на растенията. Освен това, легализирането на отглеждането на канабис в Северна Америка и части от Европа насърчи приложението на LED осветление за отглеждане в областта на отглеждането на канабис.

⑥Цветящи лампи. Като незаменим инструмент за регулиране на времето на цъфтеж на цветята в цветарската индустрия, най-ранното приложение на цъфтящите лампи са били лампите с нажежаема жичка, последвани от енергоспестяващите флуоресцентни лампи. С развитието на LED индустриализацията, все повече LED осветителни тела за цветя постепенно заменят традиционните лампи.

⑦Тъканни култури за растения. Традиционните източници на светлина за тъканни култури са предимно бели флуоресцентни лампи, които имат ниска светлинна ефективност и голямо генериране на топлина. Светодиодите са по-подходящи за ефективни, контролируеми и компактни тъканни култури за растения поради своите изключителни характеристики като ниска консумация на енергия, ниско генериране на топлина и дълъг живот. В момента белите LED тръби постепенно изместват белите флуоресцентни лампи.

4. Регионално разпределение на компаниите за осветление за отглеждане на растения

Според статистиката, в моята страна в момента има над 300 компании за осветление за отглеждане на растения, като компаниите за осветление за отглеждане на растения в района на делтата на Перлената река представляват над 50% и те вече са на водеща позиция. Компаниите за осветление за отглеждане на растения в делтата на река Яндзъ представляват около 30% и тя все още е важен производствен район за продукти за осветление за отглеждане на растения. Традиционните компании за лампи за отглеждане на растения са разположени главно в делтата на река Яндзъ, делтата на Перлената река и Бохайския ръб, от които делтата на река Яндзъ представлява 53%, а делтата на Перлената река и Бохайският ръб представляват съответно 24% и 22%. Основните райони на разпространение на производителите на LED осветление за отглеждане на растения са делтата на Перлената река (62%), делтата на река Яндзъ (20%) и Бохайският ръб (12%).

Б. Тенденция на развитие на индустрията за LED осветление

1. Специализация

LED осветлението за отглеждане на растения се характеризира с регулируем спектър и интензитет на светлината, ниско общо генериране на топлина и добри водоустойчиви характеристики, така че е подходящо за осветление за отглеждане в различни условия. В същото време, промените в природната среда и стремежът на хората към качество на храните насърчиха бурното развитие на селското стопанство и фабриките за отглеждане, и доведоха индустрията за LED осветление за отглеждане до период на бързо развитие. В бъдеще LED осветлението за отглеждане на растения ще играе важна роля за подобряване на ефективността на селскостопанското производство, подобряване на безопасността на храните и подобряване на качеството на плодовете и зеленчуците. LED светлинният източник за осветление за отглеждане на растения ще се развива допълнително с постепенната специализация на индустрията и ще се движи в по-целенасочена посока.

2. Висока ефективност

Подобряването на светлинната ефективност и енергийната ефективност е ключът към значително намаляване на експлоатационните разходи за осветление на растенията. Използването на светодиоди за замяна на традиционните лампи и динамичната оптимизация и регулиране на светлинната среда според изискванията за светлинна формула на растенията от етапа на разсад до етапа на прибиране на реколтата са неизбежните тенденции на рафинираното земеделие в бъдеще. По отношение на подобряването на добива, то може да се култивира на етапи и региони, комбинирани със светлинна формула според характеристиките на развитието на растенията, за да се подобри производствената ефективност и добива на всеки етап. По отношение на подобряването на качеството, регулирането на храненето и регулирането на светлината могат да се използват за увеличаване на съдържанието на хранителни вещества и други здравословни функционални съставки.

Според оценките, настоящото национално търсене на зеленчуков разсад е 680 милиарда, докато производственият капацитет на фабричния разсад е по-малък от 10%. Разсадоводната индустрия има по-високи екологични изисквания. Производственият сезон е предимно зима и пролет. Естествената светлина е слаба и е необходима допълнителна изкуствена светлина. Осветлението за отглеждане на растения има относително висок вход и изход и висока степен на приемане на входа. LED осветлението има уникални предимства, тъй като плодовете и зеленчуците (домати, краставици, пъпеши и др.) трябва да бъдат присадени, а специфичният спектър на добавяне на светлина при условия на висока влажност може да насърчи заздравяването на присадените разсади. Допълнителното осветление за засаждане на зеленчуци в оранжерии може да компенсира липсата на естествена светлина, да подобри фотосинтетичната ефективност на растенията, да насърчи цъфтежа и плододаването, да увеличи добива и да подобри качеството на продукта. LED осветлението за отглеждане има широки перспективи за приложение в зеленчуковия разсад и оранжерийното производство.

3. Интелигентен

Осветлението за отглеждане на растения има силно търсене на контрол в реално време върху качеството и количеството на светлината. С усъвършенстването на интелигентните технологии за управление и прилагането на Интернет на нещата, разнообразие от монохроматични спектри и интелигентни системи за управление могат да реализират контрол на времето и светлината. В зависимост от състоянието на растеж на растенията, навременното регулиране на качеството на светлината и светлинния поток със сигурност ще се превърне в основна тенденция в бъдещото развитие на технологиите за осветление за отглеждане на растения.