Оригінальне джерело: Хоучен Лю. Стан розвитку та тенденції індустрії світлодіодного освітлення для рослин [J]. Журнал інженерії освітлення, 2018, 29 (04): 8-9.
Джерело статті: Матеріал Once Deep

Світло є основним фактором навколишнього середовища, що впливає на ріст і розвиток рослин. Світло не лише забезпечує енергією ріст рослин шляхом фотосинтезу, але й є важливим регулятором росту та розвитку рослин. Додаткове штучне освітлення або повне штучне опромінення може сприяти росту рослин, збільшувати врожайність, покращувати форму та колір продукції, підвищувати функціональні компоненти та зменшувати виникнення хвороб і шкідників. Сьогодні я поділюся з вами станом розвитку та тенденціями індустрії освітлення рослин.
Технологія штучних джерел світла дедалі ширше використовується в галузі освітлення рослин. Світлодіоди мають багато переваг, таких як висока світлоефективність, низьке тепловиділення, малий розмір, тривалий термін служби та багато інших. Вони мають очевидні переваги в галузі освітлення для вирощування рослин. Індустрія освітлення для вирощування рослин поступово впроваджуватиме світлодіодні світильники для вирощування рослин.

A. Стан розвитку індустрії світлодіодного освітлення для вирощування рослин 

1. Світлодіодний пакет для освітлення для вирощування

У сфері упаковки світлодіодних ламп для вирощування рослин існує багато видів пакувальних пристроїв, і немає єдиної системи стандартів вимірювання та оцінки. Тому, порівняно з вітчизняною продукцією, іноземні виробники в основному зосереджуються на високопотужних, коб- та модульних напрямках, враховуючи серію білого світла для вирощування рослин, враховуючи характеристики росту рослин та гуманізоване освітлювальне середовище, мають більші технічні переваги в надійності, світловій ефективності, характеристиках фотосинтетичного випромінювання різних рослин у різних циклах росту, включаючи різні типи високопотужних, середньопотужних та низькопотужних рослин різних розмірів, щоб задовольнити потреби різних рослин у різних середовищах вирощування, сподіваючись досягти мети максимального росту рослин та енергозбереження.

Велика кількість основних патентів на епітаксіальні пластини мікросхем все ще знаходиться в руках провідних компаній, таких як японська Nichia та американська Career. Вітчизняним виробникам мікросхем все ще бракує запатентованих продуктів, які б були конкурентоспроможними на ринку. Водночас багато компаній також розробляють нові технології в галузі упаковки мікросхем для освітлення для вирощування. Наприклад, технологія тонкоплівкових мікросхем Osram дозволяє щільно упаковувати мікросхеми разом, створюючи поверхню освітлення великої площі. Завдяки цій технології високоефективна світлодіодна система освітлення з довжиною хвилі 660 нм може зменшити споживання енергії на 40% у зоні вирощування.

2. Збільште спектр освітлення та прилади
Спектр освітлення рослин є складнішим та різноманітнішим. Різні рослини мають значні відмінності в необхідних спектрах у різних циклах росту та навіть у різних середовищах росту. Для задоволення цих диференційованих потреб у галузі наразі існують такі схеми: ①Схеми комбінацій монохроматичного світла. Три найефективніші спектри для фотосинтезу рослин - це переважно спектр з піками при 450 нм та 660 нм, діапазон 730 нм для стимулювання цвітіння рослин, плюс зелене світло 525 нм та ультрафіолетовий діапазон нижче 380 нм. Поєднуйте ці види спектрів відповідно до різних потреб рослин, щоб сформувати найбільш підходящий спектр. ②Схема повного спектру для досягнення повного охоплення спектру потреб рослин. Цей тип спектру, що відповідає чіпу SUNLIKE, представленому Seoul Semiconductor та Samsung, може бути не найефективнішим, але він підходить для всіх рослин, а вартість значно нижча, ніж у рішень з комбінацією монохроматичного світла. ③Використовуйте повноспектрове біле світло як основне, а також червоне світло 660 нм як комбіновану схему для покращення ефективності спектру. Ця схема є більш економічною та практичною.

Пакувальні пристрої для монохроматичного освітлення рослин на світлодіодних чіпах (основні довжини хвиль 450 нм, 660 нм, 730 нм) виготовляються багатьма вітчизняними та іноземними компаніями, хоча вітчизняна продукція є більш різноманітною та має більше специфікацій, а продукція іноземних виробників більш стандартизована. Водночас, з точки зору потоку фотонів фотонів фотосинтезу, світлової ефективності тощо, між вітчизняними та іноземними виробниками упаковки все ще існує великий розрив. Щодо пакувальних пристроїв монохроматичного освітлення рослин, окрім продуктів з основними діапазонами довжин хвиль 450 нм, 660 нм та 730 нм, багато виробників також розробляють нові продукти в інших діапазонах довжин хвиль, щоб забезпечити повне покриття довжин хвиль фотосинтетично активного випромінювання (ФАР) (450-730 нм).

Монохроматичні світлодіодні лампи для росту рослин підходять не для росту всіх рослин. Тому варто підкреслити переваги повноспектральних світлодіодів. Повний спектр повинен спочатку досягти повного охоплення всього спектру видимого світла (400-700 нм), а також підвищити продуктивність цих двох діапазонів: синьо-зеленого світла (470-510 нм), насиченого червоного світла (660-700 нм). Використовуйте звичайний синій світлодіод або ультрафіолетовий світлодіодний чіп з люмінофором для досягнення «повного» спектру, і його фотосинтетична ефективність має свої власні максимуми та мінімуми. Більшість виробників білих світлодіодних пристроїв для освітлення рослин використовують синій чіп + люмінофор для досягнення повного спектру. Окрім режиму упаковки монохроматичного світла та синього світла або ультрафіолетового чіпа + люмінофора для реалізації білого світла, пристрої для упаковки освітлення рослин також мають комбінований режим упаковки, який використовує два або більше чіпів з різною довжиною хвилі, таких як червоний, десять, синій/ультрафіолетовий, RGB, RGBW. Цей режим упаковки має великі переваги в дімуванні.

Що стосується вузькохвильової світлодіодної продукції, більшість постачальників упаковки можуть запропонувати клієнтам продукцію з різною довжиною хвилі в діапазоні 365-740 нм. Щодо спектру освітлення рослин, перетвореного за допомогою люмінофорів, більшість виробників упаковки пропонують клієнтам різноманітні спектри на вибір. Порівняно з 2016 роком, темпи зростання продажів у 2017 році суттєво зросли. Серед них темпи зростання світлодіодних джерел світла 660 нм зосереджені на 20%-50%, а темпи зростання продажів світлодіодних джерел світла для рослин, перетворених на люмінофор, сягають 50%-200%, тобто продажі світлодіодних джерел світла для рослин, перетворених на люмінофор, зростають швидше.

Усі пакувальні компанії можуть постачати загальну пакувальну продукцію потужністю 0,2-0,9 Вт та 1-3 Вт. Ці джерела світла дозволяють виробникам освітлювальних приладів мати значну гнучкість у дизайні освітлення. Крім того, деякі виробники також пропонують інтегровану пакувальну продукцію більшої потужності. Наразі понад 80% поставок більшості виробників мають потужність 0,2-0,9 Вт або 1-3 Вт. Серед них поставки провідних міжнародних пакувальних компаній зосереджені на потужності 1-3 Вт, тоді як поставки малих та середніх пакувальних компаній зосереджені на потужності 0,2-0,9 Вт.

3. Сфери застосування освітлення для вирощування рослин

Зі сфери застосування, світильники для вирощування рослин в основному використовуються для освітлення теплиць, повністю штучного освітлення рослинних заводів, культури тканин рослин, освітлення полів на відкритому повітрі, посадки домашніх овочів та квітів, а також у лабораторних дослідженнях.

①У сонячних теплицях та багатопролітних теплицях частка штучного освітлення для додаткового освітлення все ще низька, і основними є металогалогенні лампи та натрієві лампи високого тиску. Рівень проникнення світлодіодних систем освітлення для вирощування рослин є відносно низьким, але темпи зростання починають прискорюватися зі зниженням вартості. Основна причина полягає в тому, що користувачі мають багаторічний досвід використання металогалогених ламп та натрієвих ламп високого тиску, а використання металогалогених ламп та натрієвих ламп високого тиску може забезпечити близько 6%-8% теплової енергії для теплиці, уникаючи при цьому опіків рослин. Система світлодіодного освітлення для вирощування рослин не мала конкретних та ефективних інструкцій та підтримки даних, що затримало її застосування в денних та багатопролітних теплицях. Наразі основним залишається невелике демонстраційне застосування. Оскільки світлодіод є джерелом холодного світла, він може розташовуватися відносно близько до крони рослин, що призводить до меншого впливу температури. У денних та багатопролітних теплицях світлодіодне освітлення для вирощування рослин частіше використовується для міжпосадкового вирощування.

②Застосування у сільському господарстві на відкритому повітрі. Проникнення та застосування освітлення рослин у сільському господарстві відбувається відносно повільно, тоді як застосування світлодіодних систем освітлення рослин (з фотоперіодичним контролем) для довгоденних культур на відкритому повітрі з високою економічною цінністю (таких як драконів фрукт) досягло швидкого розвитку.

③Заводи рослинництва. Наразі найшвидшою та найпоширенішою системою освітлення рослин є повністю штучне освітлення, яке за категоріями поділяється на централізовані багатошарові та розподілені пересувні заводи рослинництва. Розвиток заводів штучного освітлення в Китаї відбувається дуже швидко. Основним інвестиційним фондом централізованих багатошарових заводів повністю штучного освітлення є не традиційні сільськогосподарські компанії, а компанії, що займаються напівпровідниковою та побутовою електронікою, такі як Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, а також COFCO та Xi Cui та інші нові сучасні сільськогосподарські компанії. На розподілених та мобільних заводах рослин транспортні контейнери (нові контейнери або реконструкція вживаних контейнерів) все ще використовуються як стандартні носії. Системи освітлення рослин усіх штучних рослин здебільшого використовують лінійні або плоскопанельні системи освітлення, а кількість посаджених сортів продовжує зростати. Різні експериментальні світлодіодні джерела світла почали широко використовуватися. Продукція на ринку - це переважно зелені листові овочі.

④Посадка домашніх рослин. Світлодіоди можна використовувати в настільних лампах для домашніх рослин, підставках для посадки домашніх рослин, побутових машинах для вирощування овочів тощо.

⑤Вирощування лікарських рослин. Вирощування лікарських рослин включає такі рослини, як Anoectochilus та Lithospermum. Продукція на цих ринках має вищу економічну цінність і наразі є галуззю з більшою кількістю застосувань освітлення рослин. Крім того, легалізація вирощування канабісу в Північній Америці та деяких частинах Європи сприяла застосуванню світлодіодного освітлення для вирощування канабісу.

⑥Лампи для квітів. Як незамінний інструмент для регулювання часу цвітіння квітів у квітковій індустрії, найдавнішим застосуванням ламп для квітів були лампи розжарювання, а потім енергозберігаючі люмінесцентні лампи. З розвитком індустріалізації світлодіодів, все більше світлодіодних світильників для квітів поступово замінюють традиційні лампи.

⑦Культура тканин рослин. Традиційними джерелами світла для культур тканин є переважно білі люмінесцентні лампи, які мають низьку світлову ефективність та велике тепловиділення. Світлодіоди більше підходять для ефективної, керованої та компактної культури тканин рослин завдяки своїм видатним характеристикам, таким як низьке енергоспоживання, низьке тепловиділення та тривалий термін служби. Наразі білі світлодіодні трубки поступово замінюють білі люмінесцентні лампи.

4. Регіональний розподіл компаній з виробництва освітлення для вирощування рослин

Згідно зі статистикою, наразі в моїй країні існує понад 300 компаній, що займаються освітленням для вирощування рослин, і компанії з освітлення для вирощування рослин у районі дельти річки Перлової складають понад 50%, і вони вже займають значну позицію. Компанії з освітлення для вирощування рослин у дельті річки Янцзи складають близько 30%, і це все ще важливий район виробництва продукції для освітлення для вирощування рослин. Традиційні компанії з виробництва ламп для вирощування рослин в основному розташовані в дельті річки Янцзи, дельті річки Перлової та Бохайському краю, з яких дельта річки Янцзи становить 53%, а дельта річки Перлової та Бохайський край – 24% та 22% відповідно. Основними районами розподілу виробників світлодіодного освітлення для вирощування рослин є дельта річки Перлової (62%), дельта річки Янцзи (20%) та Бохайський край (12%).

B. Тенденція розвитку індустрії світлодіодного освітлення

1. Спеціалізація

Світлодіодне освітлення для вирощування рослин має характеристики регульованого спектру та інтенсивності світла, низьке загальне тепловиділення та хороші водонепроникні характеристики, тому воно підходить для освітлення для вирощування рослин у різних умовах. Водночас, зміни в природному середовищі та прагнення людей до якості харчових продуктів сприяли активному розвитку сільського господарства та вирощувальних фабрик, що призвело до швидкого розвитку індустрії світлодіодного освітлення для вирощування рослин. У майбутньому світлодіодне освітлення для вирощування рослин відіграватиме важливу роль у підвищенні ефективності сільськогосподарського виробництва, підвищенні безпеки харчових продуктів та покращенні якості фруктів та овочів. Світлодіодне джерело світла для освітлення для вирощування рослин буде розвиватися з поступовою спеціалізацією галузі та рухатися в більш цілеспрямованому напрямку.

2. Висока ефективність

Покращення світлової ефективності та енергоефективності є ключем до значного зниження експлуатаційних витрат на освітлення рослин. Використання світлодіодів для заміни традиційних ламп, а також динамічна оптимізація та регулювання світлового середовища відповідно до потреб рослин у світловій формулі від стадії розсади до стадії збору врожаю є неминучими тенденціями вдосконаленого сільського господарства в майбутньому. З точки зору підвищення врожайності, її можна вирощувати поетапно та в різних регіонах, поєднуючи світлову формулу відповідно до особливостей розвитку рослин, щоб підвищити ефективність виробництва та врожайність на кожному етапі. З точки зору покращення якості, регулювання живлення та регулювання освітлення може бути використано для збільшення вмісту поживних речовин та інших корисних для здоров'я інгредієнтів.

За оцінками, поточний національний попит на розсаду овочів становить 680 мільярдів, тоді як виробнича потужність заводської розсади становить менше 10%. Розсадова промисловість має вищі екологічні вимоги. Виробничий сезон переважно триває взимку та навесні. Природне світло слабке, тому потрібне штучне додаткове освітлення. Освітлення для вирощування рослин має відносно високі вхідні та вихідні навантаження, а також високий ступінь сприйняття вхідного навантаження. Світлодіодне освітлення має унікальні переваги, оскільки фрукти та овочі (помідори, огірки, дині тощо) потребують щеплення, а специфічний спектр додавання світла в умовах високої вологості може сприяти загоєнню щеплених розсад. Додаткове освітлення для вирощування овочів у теплицях може компенсувати брак природного світла, покращити ефективність фотосинтезу рослин, сприяти цвітінню та плодоношенню, збільшити врожайність та покращити якість продукції. Світлодіодне освітлення для вирощування має широкі перспективи застосування у виробництві розсади овочів та теплиць.

3. Розумний

Освітлення для вирощування рослин має великий попит на керування якістю та кількістю світла в режимі реального часу. З удосконаленням технологій інтелектуального керування та застосуванням Інтернету речей, різноманітні монохроматичні спектри та інтелектуальні системи керування можуть реалізувати керування часом та світлом, і відповідно до стану росту рослин, своєчасне регулювання якості світла та світлової потужності, ймовірно, стане основною тенденцією в майбутньому розвитку технологій освітлення для вирощування рослин.