Źródło oryginalne: Houcheng Liu. Stan rozwoju i trendy w branży oświetlenia LED [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29(04): 8-9.
Źródło artykułu: Material Once Deep

Światło jest podstawowym czynnikiem środowiskowym wzrostu i rozwoju roślin. Światło nie tylko dostarcza roślinom energii niezbędnej do wzrostu poprzez fotosyntezę, ale także jest ważnym regulatorem wzrostu i rozwoju roślin. Uzupełnienie sztucznym światłem lub pełne naświetlanie sztucznym światłem może stymulować wzrost roślin, zwiększać plony, poprawiać kształt i kolor produktów, wzmacniać ich właściwości funkcjonalne oraz ograniczać występowanie chorób i szkodników. Dzisiaj podzielę się z Państwem stanem rozwoju i trendami w branży oświetlenia roślin.
Technologia sztucznego światła jest coraz szerzej stosowana w oświetlaniu roślin. Diody LED oferują wiele zalet, takich jak wysoka wydajność świetlna, niskie nagrzewanie, niewielkie rozmiary, długa żywotność i wiele innych. Mają one oczywiste zalety w dziedzinie oświetlenia upraw. Branża oświetlenia uprawowego będzie stopniowo wdrażać oprawy LED do uprawy roślin.

A. Stan rozwoju branży oświetlenia LED do uprawy roślin 

1. Zestaw LED do oświetlenia uprawowego

W dziedzinie opakowań LED do oświetlenia uprawowego istnieje wiele rodzajów urządzeń pakujących i nie ma ujednoliconego systemu pomiarów i oceny. Dlatego też, w porównaniu z produktami krajowymi, zagraniczni producenci koncentrują się głównie na lampach dużej mocy, lampach COB i modułach, biorąc pod uwagę serię lamp o białym świetle, uwzględniając charakterystykę wzrostu roślin i zhumanizowane środowisko oświetleniowe, co przekłada się na większe korzyści techniczne w zakresie niezawodności, wydajności świetlnej i charakterystyki promieniowania fotosyntetycznego różnych roślin w różnych cyklach wzrostu. W tym różnorodne typy roślin o dużej, średniej i małej mocy, o różnych rozmiarach, spełniają potrzeby różnych roślin w różnych środowiskach wzrostu, dążąc do maksymalizacji wzrostu roślin i oszczędności energii.

Wiele kluczowych patentów na płytki epitaksjalne z chipami wciąż znajduje się w rękach wiodących firm, takich jak japońska Nichia i American Career. Krajowym producentom chipów wciąż brakuje opatentowanych produktów, które mogłyby konkurować na rynku. Jednocześnie wiele firm opracowuje nowe technologie w dziedzinie pakowania chipów do oświetlenia upraw. Na przykład technologia chipów cienkowarstwowych firmy Osram umożliwia pakowanie chipów blisko siebie, tworząc powierzchnię świetlną o dużej powierzchni. Oparty na tej technologii, wysokowydajny system oświetlenia LED o długości fali 660 nm może zmniejszyć zużycie energii w obszarze uprawy o 40%.

2. Zwiększ spektrum oświetlenia i urządzenia
Widmo oświetlenia roślin jest bardziej złożone i zróżnicowane. Różne rośliny charakteryzują się dużymi różnicami w wymaganym widmie w różnych cyklach wzrostu, a nawet w różnych środowiskach wzrostu. Aby sprostać tym zróżnicowanym potrzebom, w branży dostępne są obecnie następujące schematy: ① Schematy wielokrotnej kombinacji światła monochromatycznego. Trzy najskuteczniejsze widma dla fotosyntezy roślin to głównie widmo z pikami przy 450 nm i 660 nm, pasmo 730 nm do indukowania kwitnienia roślin, a także zielone światło o długości fali 525 nm i pasmo ultrafioletowe poniżej 380 nm. Połączenie tych rodzajów widm, zgodnie z różnymi potrzebami roślin, pozwala uzyskać najbardziej odpowiednie widmo. ② Schemat pełnego widma, aby uzyskać pełne pokrycie zapotrzebowania roślin. Ten typ widma, odpowiadający układowi SUNLIKE, reprezentowanemu przez Seoul Semiconductor i Samsung, może nie być najefektywniejszy, ale nadaje się do wszystkich roślin, a jego koszt jest znacznie niższy niż w przypadku rozwiązań z kombinacją światła monochromatycznego. ③Zastosuj pełne spektrum białego światła jako podstawę, a także czerwone światło o długości fali 660 nm jako kombinację, aby poprawić efektywność widma. Ten schemat jest bardziej ekonomiczny i praktyczny.

Monochromatyczne diody LED do oświetlenia roślin (główne długości fal to 450 nm, 660 nm, 730 nm) są oferowane przez wiele firm krajowych i zagranicznych. Produkty krajowe są bardziej zróżnicowane i mają więcej specyfikacji, a produkty zagranicznych producentów są bardziej znormalizowane. Jednocześnie, pod względem strumienia fotonów fotosyntetycznych, wydajności świetlnej itp., nadal istnieje duża różnica między krajowymi i zagranicznymi producentami opakowań. W przypadku monochromatycznych urządzeń do oświetlenia roślin, oprócz produktów o głównych pasmach długości fal 450 nm, 660 nm i 730 nm, wielu producentów opracowuje również nowe produkty w innych pasmach długości fal, aby uzyskać pełne pokrycie dla długości fali promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR) (450-730 nm).

Monochromatyczne lampy LED do wzrostu roślin nie nadają się do wzrostu wszystkich roślin. Dlatego podkreśla się zalety diod LED o pełnym spektrum. Pełne spektrum musi najpierw osiągnąć pełne pokrycie całego spektrum światła widzialnego (400-700 nm) i zwiększyć wydajność tych dwóch pasm: światła niebiesko-zielonego (470-510 nm), głęboko czerwonego światła (660-700 nm). Użyj zwykłej niebieskiej diody LED lub ultrafioletowego chipa LED z luminoforem, aby uzyskać „pełne” spektrum, a jego wydajność fotosyntezy ma swoje wysokie i niskie wartości. Większość producentów urządzeń do oświetlenia roślin białymi diodami LED w opakowaniach używa niebieskiego chipa + luminoforów, aby uzyskać pełne spektrum. Oprócz trybu pakowania światła monochromatycznego i światła niebieskiego lub ultrafioletowego chipa + luminoforu w celu uzyskania białego światła, urządzenia do oświetlenia roślin w opakowaniach mają również tryb pakowania kompozytowego, który wykorzystuje dwa lub więcej chipów długości fali, takich jak czerwony dziesięć niebieski/ultrafiolet, RGB, RGBW. Ten tryb pakowania ma duże zalety w zakresie ściemniania.

Jeśli chodzi o produkty LED o wąskiej długości fali, większość dostawców opakowań oferuje klientom produkty o różnych długościach fali w paśmie 365–740 nm. Jeśli chodzi o widmo oświetlenia roślinnego konwertowane za pomocą luminoforów, większość producentów opakowań oferuje klientom szeroki wybór widm. W porównaniu z rokiem 2016, tempo wzrostu sprzedaży w 2017 roku osiągnęło znaczny wzrost. Wśród nich, tempo wzrostu sprzedaży źródeł światła LED o długości fali 660 nm koncentruje się na poziomie 20–50%, a tempo wzrostu sprzedaży źródeł światła LED z luminoforem sięga 50–200%. Oznacza to, że sprzedaż źródeł światła LED z luminoforem rośnie szybciej.

Wszystkie firmy pakujące mogą dostarczać produkty o mocy 0,2-0,9 W i 1-3 W w opakowaniach ogólnych. Te źródła światła zapewniają producentom oświetlenia dużą elastyczność w projektowaniu oświetlenia. Ponadto niektórzy producenci oferują również zintegrowane produkty o większej mocy. Obecnie ponad 80% dostaw większości producentów ma moc 0,2-0,9 W lub 1-3 W. Wśród nich dostawy wiodących międzynarodowych firm pakujących koncentrują się na produktach o mocy 1-3 W, podczas gdy dostawy małych i średnich firm pakujących koncentrują się na produktach o mocy 0,2-0,9 W.

3. Obszary zastosowania oświetlenia do uprawy roślin

Oświetlenie do uprawy roślin jest wykorzystywane głównie w oświetleniu szklarniowym, w pełni sztucznym oświetleniu fabryk roślin, w hodowli tkanek roślinnych, oświetleniu pól uprawnych na wolnym powietrzu, przy sadzeniu warzyw i kwiatów w gospodarstwach domowych oraz w badaniach laboratoryjnych.

① W szklarniach solarnych i wieloprzęsłowych udział sztucznego światła w oświetleniu uzupełniającym jest nadal niski, a głównymi źródłami światła są lampy metalohalogenkowe i sodowe wysokoprężne. Wskaźnik penetracji systemów oświetlenia LED jest stosunkowo niski, ale tempo wzrostu zaczyna przyspieszać wraz ze spadkiem kosztów. Głównym powodem jest wieloletnie doświadczenie użytkowników w stosowaniu lamp metalohalogenkowych i sodowych wysokoprężnych, a ich zastosowanie może zapewnić około 6% do 8% energii cieplnej dla szklarni, jednocześnie zapobiegając poparzeniom roślin. System oświetlenia LED nie zawierał szczegółowych i skutecznych instrukcji ani wsparcia technicznego, co opóźniło jego zastosowanie w szklarniach dziennych i wieloprzęsłowych. Obecnie podstawą są nadal aplikacje demonstracyjne na małą skalę. Ponieważ diody LED są zimnym źródłem światła, mogą być umieszczone stosunkowo blisko koron roślin, co skutkuje mniejszym wpływem temperatury. W szklarniach dziennych i wieloprzęsłowych oświetlenie LED jest częściej stosowane w uprawach międzygatunkowych.

② Zastosowanie w uprawach polowych na wolnym powietrzu. Rozpowszechnienie i zastosowanie oświetlenia roślin w rolnictwie obiektowym przebiegało stosunkowo powoli, podczas gdy zastosowanie systemów oświetlenia LED (sterowanie fotoperiodyczne) w uprawach polowych o długim dniu i wysokiej wartości ekonomicznej (takich jak smoczy owoc) osiągnęło szybki rozwój.

③Fabryki roślin. Obecnie najszybszym i najszerzej stosowanym systemem oświetlenia roślin jest całkowicie sztuczne oświetlenie w fabryce, która dzieli się na scentralizowane, wielowarstwowe i rozproszone, mobilne fabryki roślin według kategorii. Rozwój fabryk sztucznego oświetlenia w Chinach przebiega bardzo dynamicznie. Głównym podmiotem inwestycyjnym scentralizowanej, wielowarstwowej, całkowicie sztucznej fabryki roślin nie są tradycyjne firmy rolnicze, lecz firmy zajmujące się półprzewodnikami i elektroniką użytkową, takie jak Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, a także COFCO i Xi Cui oraz inne nowe, nowoczesne firmy rolnicze. W rozproszonych i mobilnych fabrykach roślin, kontenery transportowe (nowe kontenery lub rekonstrukcja używanych kontenerów) są nadal standardowo używane jako nośniki. Systemy oświetlenia roślin sztucznych wykorzystują głównie liniowe lub płaskie systemy oświetlenia panelowego, a liczba uprawianych odmian stale rośnie. Różne eksperymentalne źródła światła LED zaczęły być szeroko stosowane. Produkty na rynku to głównie zielone warzywa liściaste.

④Sadzenie roślin w domu. Diody LED można stosować w domowych lampkach stołowych do roślin, stojakach do sadzenia roślin, domowych maszynach do uprawy warzyw itp.

⑤Uprawa roślin leczniczych. Uprawa roślin leczniczych obejmuje rośliny takie jak Anoectochilus i Lithospermum. Produkty na tych rynkach mają wyższą wartość ekonomiczną i stanowią obecnie branżę o coraz szerszym zastosowaniu w oświetleniu roślin. Ponadto legalizacja uprawy konopi w Ameryce Północnej i niektórych częściach Europy przyczyniła się do wzrostu popularności oświetlenia LED w uprawie konopi.

⑥ Lampy do oświetlenia kwiatów. Jako niezbędne narzędzie do regulacji czasu kwitnienia kwiatów w branży ogrodniczej, lampy do oświetlenia kwiatów były najwcześniej stosowane w żarówkach, a następnie w energooszczędnych świetlówkach. Wraz z rozwojem industrializacji diod LED, oprawy oświetleniowe do oświetlenia kwiatów, wykorzystujące diody LED, stopniowo zastępowały tradycyjne lampy.

⑦Hodowla tkanek roślinnych. Tradycyjnymi źródłami światła w hodowlach tkanek są głównie białe świetlówki, które charakteryzują się niską wydajnością świetlną i wysoką emisją ciepła. Diody LED są bardziej odpowiednie do wydajnej, sterowalnej i kompaktowej hodowli tkanek roślinnych ze względu na swoje wyjątkowe cechy, takie jak niskie zużycie energii, niska emisja ciepła i długa żywotność. Obecnie białe świetlówki LED stopniowo zastępują białe świetlówki.

4. Regionalna dystrybucja firm zajmujących się oświetleniem do uprawy

Według statystyk, w moim kraju działa obecnie ponad 300 firm zajmujących się oświetleniem upraw, a firmy z obszaru delty Rzeki Perłowej stanowią ponad 50% z nich i są już na czołowej pozycji. Firmy z obszaru delty Jangcy stanowią około 30% i nadal jest to ważny obszar produkcji oświetlenia upraw. Tradycyjne firmy produkujące lampy do uprawy są zlokalizowane głównie w delcie Jangcy, delcie Rzeki Perłowej i na obrzeżach Bohai, z czego delta Jangcy stanowi 53%, a delta Rzeki Perłowej i na obrzeżach Bohai odpowiednio 24% i 22%. Główne obszary dystrybucji producentów oświetlenia LED do uprawy to delta Rzeki Perłowej (62%), delta Jangcy (20%) i obrzeża Bohai (12%).

B. Trend rozwojowy branży oświetlenia LED do uprawy roślin

1. Specjalizacja

Oświetlenie LED do uprawy roślin charakteryzuje się regulowanym widmem i natężeniem światła, niską emisją ciepła oraz dobrą wodoodpornością, dzięki czemu nadaje się do oświetlenia upraw w różnych warunkach. Jednocześnie zmiany w środowisku naturalnym i dążenie ludzi do jakości żywności przyczyniły się do dynamicznego rozwoju rolnictwa przemysłowego i fabryk upraw, co wpłynęło na dynamiczny rozwój branży oświetlenia LED do uprawy roślin. W przyszłości oświetlenie LED do uprawy roślin będzie odgrywać istotną rolę w poprawie efektywności produkcji rolnej, zwiększeniu bezpieczeństwa żywności oraz jakości owoców i warzyw. Źródła światła LED do oświetlenia upraw będą się rozwijać wraz ze stopniową specjalizacją branży i podążać w bardziej ukierunkowanym kierunku.

2. Wysoka wydajność

Poprawa efektywności świetlnej i energetycznej jest kluczem do znacznego obniżenia kosztów eksploatacji oświetlenia roślin. Zastosowanie diod LED w miejsce tradycyjnych lamp oraz dynamiczna optymalizacja i dostosowywanie środowiska świetlnego do wymagań roślin w zakresie formuły świetlnej, od fazy siewki do fazy zbioru, to nieuniknione trendy w przyszłości rolnictwa precyzyjnego. Aby zwiększyć plony, można uprawiać rośliny w różnych stadiach i regionach, łącząc formułę świetlną z charakterystyką rozwoju roślin, co pozwala na poprawę wydajności produkcji i plonów na każdym etapie. W celu poprawy jakości, regulacja odżywiania i światła może być wykorzystana do zwiększenia zawartości składników odżywczych i innych składników funkcjonalnych o znaczeniu prozdrowotnym.

Według szacunków, obecne krajowe zapotrzebowanie na sadzonki warzyw wynosi 680 miliardów, podczas gdy zdolność produkcyjna sadzonek przemysłowych wynosi mniej niż 10%. Branża sadownicza ma wyższe wymagania środowiskowe. Sezon produkcyjny przypada głównie na zimę i wiosnę. Światło naturalne jest słabe i potrzebne jest sztuczne oświetlenie uzupełniające. Oświetlenie do uprawy roślin charakteryzuje się stosunkowo wysokim nakładem i wydajnością oraz wysokim stopniem akceptacji nakładu. Diody LED mają wyjątkowe zalety, ponieważ owoce i warzywa (pomidory, ogórki, melony itp.) wymagają szczepienia, a specyficzne spektrum światła uzupełniającego w warunkach wysokiej wilgotności może sprzyjać gojeniu się szczepionych sadzonek. Dodatkowe światło do sadzenia warzyw w szklarniach może zrekompensować niedobór światła naturalnego, poprawić wydajność fotosyntezy roślin, stymulować kwitnienie i owocowanie, zwiększyć plony i poprawić jakość produktu. Oświetlenie LED do uprawy roślin ma szerokie perspektywy zastosowania w sadzonkach warzyw i produkcji szklarniowej.

3. Inteligentny

Oświetlenie do uprawy roślin wymaga kontroli jakości i natężenia światła w czasie rzeczywistym. Dzięki rozwojowi technologii inteligentnego sterowania i zastosowaniu Internetu Rzeczy, różnorodne spektrum monochromatyczne i inteligentne systemy sterowania umożliwiają sterowanie czasem i oświetleniem, a także, w zależności od stanu wzrostu roślin, terminową regulację jakości i natężenia światła. Z pewnością stanie się to głównym trendem w przyszłym rozwoju technologii oświetlenia do uprawy roślin.