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LED植物照明產業的發展現狀與趨勢

2019-06-04    

中國照明網報道

17998

導語: 光是植物生長發育的基本環境因素。光照不僅通過光合作用供應植物生長所需的能量,還是植物生長發育的重要調控因子。通過人工光補充或全人工光照射植物,可以促進植物生長,提高產量,改善產品形態、色澤,提升功能成分等,還可以減少病蟲害的發生。今天將和大家一起分享植物照明產業的發展現狀與趨勢。

  光是植物生長發育的基本環境因素。光照不僅通過光合作用供應植物生長所需的能量,還是植物生長發育的重要調控因子。通過人工光補充或全人工光照射植物,可以促進植物生長,提高產量,改善產品形態、色澤,提升功能成分等,還可以減少病蟲害的發生。今天將和大家一起分享植物照明產業的發展現狀與趨勢。

  人工光源技術在植物照明領域的應用越來越廣泛,LED以其光效高、發熱低、體積小、壽命長等諸多優點,在植物照明領域應用的優勢明顯,植物照明燈也將逐漸以LED照明燈具為主。

  一、LED植物照明產業的發展現狀

  1.植物照明封裝

  在植物照明封裝領域,封裝器件種類繁多而無統一測量評判標準體系,國外大廠主要在大功率、COB和模組方向,兼顧植物照明白光系列,結合植物生長特性和人性化照明環境,較國內產品在可靠性、光效、不同植物不同生長周期光合輻照特性研究等方面有較大的技術優勢,包括了各式不同尺寸的高功率、中功率及低功率產品,以滿足各種植物在不同生長環境的需求,期望達到植物成長最大化及節能的目標。

  芯片外延片大量的核心專利仍掌握在日本日亞、美國科銳等早期領跑企業手中,國內芯片廠商仍缺乏具有市場競爭力的專利產品。同時很多公司在植物照明封裝芯片領域也在開發新的技術,如歐司朗薄膜芯片技術令芯片緊密地封裝在一起,創造出大面積照明表面,基于該技術的波長為660nm的高效LED燈具系統可降低栽培區內40%的能耗。

  2.植物照明光譜與器件

  植物照明的光譜比較復雜,多樣化,不同植物不同的生長周期甚至在不同的生長環境下,所需的光譜都存在較大的差異。為了滿足這些差異化的需求,目前業界內有以下幾種方案:①多種單色光組合方案,以對植物光合作用最有效的峰值為450nm、660nm的光譜和對植物開花誘導的730nm波段這三段光譜為主,再加525nm的綠光以及低于380nm的紫外波段,這幾種光譜依照植物的不同需求而組合出最適宜的光譜。②全光譜方案,實現植物需求光譜全覆蓋,以首爾半導體、三星為代表的SUNLIKE,此類光譜未必是最高效的,但適用于所有植物,而且成本較單色光組合方案低很多。③以全光譜白光為主,加上660nm的紅光組合方案,來提高光譜的有效性。這種方案比較經濟實用。

  植物照明單色光(主要波長為450nm、660nm、730nm)封裝器件,國內外多家公司均涵蓋,而國內產品種類較為繁雜,規格較多,國外廠家產品較為標準化,同時在光合光子通量、光效等上國內與國外封裝大廠仍存在較大差距。植物照明單色光封裝器件除了主要波段為450nm、660nm、730nm的產品,很多廠家也在開發其他波段的新產品,實現產品完整的光合有效輻射(photo-synthetically active radiation,PAR)波長涵蓋(450-730nm)。

  單色光LED植物生長燈并非適用于任何植物的生長,全光譜LED的優勢因此而凸顯,全光譜首先要達到可見光全光譜(400-700nm)全覆蓋,另外要提高藍綠光(470-510nm)、深紅光(660-700nm)兩波段的表現。用普通藍光LED或者紫外LED芯片搭配熒光粉做到“全”光譜,其光合效率各有高低。植物照明白光LED封裝器件大部分廠家采用Blue chip+熒光粉實現全光譜。植物照明封裝器件除了單色光和藍光或紫外芯片加熒光粉實現白光的封裝模式外,還有一種使用兩種或者兩種以上波長芯片復合封裝的模式,比如紅十藍/紫外、RGB、RGBW。這種封裝模式在調光方面有很大優勢。

  在窄波長LED產品方面,大部分封裝供應商能夠為客戶提供365-740nm波段的各種波長產品。在熒光粉轉換的植物照明光譜方面,絕大多數封裝廠家都有多種光譜供客戶選擇。相比2016年,2017年其銷售增長率取得了較大幅度的增長,其中660nm LED光源的增長率集中在20%-50%,而熒光粉轉換植物LED光源的銷售增長率達到50%-200%,即熒光粉轉換植物LED光源的銷售增長更快。

  所有封裝公司都可以提供0.2-0.9 W和1-3 W的通用型封裝產品,這些光源讓燈具廠商在燈具設計時有很好的靈活性。此外部分廠商還提供更高功率集成封裝產品。目前大部分廠商的出貨超過80%都是0.2-0.9 W或1-3 W。其中,國際領先封裝企業出貨集中在1-3 W,而中小型封裝企業的出貨集中在0.2-0.9 W。

  3.植物照明應用的領域

  從應用的領域看,植物照明燈具主要應用在溫室補光、全人工光植物工廠、植物組織培養、大田補光、家庭蔬菜及花卉種植以及實驗室研究。

  ①在日光溫室和連棟溫室中,采用人工光進行補光的比例仍舊較低,而且以金鹵燈和高壓鈉燈為主,LED植物照明系統的滲透率較低,但是增長速度隨著成本的下降開始加速,主要原因是使用者對金鹵燈和高壓鈉燈已經具有較長時間的使用經驗,而且采用金鹵燈和高壓鈉燈在避免灼傷植物的同時,也為溫室提供了約6%一8%的熱能。而LED植物照明系統沒有提供具體、有效的使用說明和數據支持,延緩了其在日光和連棟溫室中的應用。目前仍舊以小規模的示范應用為主。由于LED屬于冷光源,可以比較靠近植物冠面,產生較小的溫度影響,在日光和連棟溫室中LED植物照明的應用比較多的是株間補光燈具。

  ②大田應用。設施農業的植物照明的滲透和應用進展相對緩慢,而戶外的經濟價值較高的長日照作物(如火龍果)的LED植物照明系統(光周期調控)的應用取得了高速發展。

  ③植物工廠。植物照明系統目前應用最快速也最廣泛的是全人工光植物工廠,按類別分為集中式多層以及分布式可移動的植物工廠。全人工光植物工廠在國內的發展非常迅猛。集中式多層全人工光植物工廠的投資主體并不是傳統的農業公司,而更多的是從事半導體以及消費電子產品的公司,例如中科三安、富士康、松下蘇州、京東,也有中糧、喜翠等新型現代農業公司。在分布式可移動的植物工廠,仍是以海運集裝箱(新箱或二手箱改建)為標準載體。全人工植物工廠植物照明系統大多采用線性或者平板陣列照明燈具系統,種植品種數量不斷擴展,各種實驗性的光配方的LED光源開始廣泛并大量應用,其上市的產品主要還是以綠葉蔬菜為止。

  ④家居植物種植。LED可應用于家用植物臺燈、家庭植物種植架、家用蔬菜生長機等方面。

  ⑤藥用植物培育。藥用植物的栽培如金線蓮、鐵皮石解等,這些市場的產品具有更高的經濟價值,是目前植物照明應用較多的一個產業。另外,北美和歐洲部分地區大麻種殖的合法化促進了LED植物照明在大麻種殖領域的應用。

  ⑥花期燈。作為花卉園藝產業中調整花卉開花時間的必備工具,最早應用的花期燈具為白熾燈,隨后的節能熒光燈,隨著LED的產業化進展更多的LED類型花期燈具已經逐步取代傳統燈具。

  ⑦植物組織培養。傳統組織培養光源主要是白色熒光燈,其光效低、發熱量大。LED由于低功耗、低發熱和長壽命等顯著特征,更適用于高效、可控和緊湊空間的植物組織培養。目前白光LED燈管正在逐步替代白色熒光燈。

  4.植物照明企業的區域分布情況

  據統計,目前我國從事植物照明的企業已經超過300家,珠三角地區的植物照明企業占比超過50%,已處于主要位置;長三角地區的植物照明企業占比約為30%,依舊是重要的植物照明產品生產地區。傳統類型植物燈企業主要分布在長三角、珠三角和環渤海地區,其中長三角地區占53%,珠三角和環渤海地區分別占24%和22%;LED植物照明生產企業主要分布區域為珠三角地區(62%)、長三角地區(20%)和環渤海地區(12%)。

  二、LED植物照明產業發展趨勢

  1.專業化

  LED植物照明由于其具有光譜和光量可調,及整體發熱小的發光特點,具有良好的防水性能,適合應用于各種場景的植物照明。同時由于自然環境的變化及人們對食物品質的追求,促進了設施農業和植物工廠的蓬勃發展,也使LED植物照明行業進人快速發展期,未來LED植物照明將會在提升農業生產效率、提高食品安全、改善蔬果品質方面發揮重要作用。植物照明用的LED光源會隨著產業的逐步專業化進一步發展,向更加具有針對性的方向前進。

  2.高效化

  光效與能效提升是大幅減少植物照明運行費用的關鍵,采用LED替代傳統燈具并根據植物從苗期到收獲期的光配方需求進行光環境的動態優化調節,是未來精致農業的必然趨勢。在提高產量方面,可以根據植物的發育特征,分階段、分區域結合光配方進行培育,以提高各階段的生產效率和產量;在提高品質方面,可以通過營養調控和光調控等手段,提高營養成分含量以及其他保健功能成分含量。

  據估算,目前全國蔬菜育苗需求量6800億株,而工廠化育苗的生產能力不足10%。育苗產業對環境要求較高,生產季節多為冬春季,自然光照弱,需要人工補光,植物照明投人產出比較高,對投人的接受度高;果菜類(番茄、黃瓜、甜瓜等)需要嫁接,在高濕度條件下特定的光譜補光促進嫁接苗愈合,LED具備獨特的優勢。溫室蔬菜種植補光,可彌補自然光照不足,提高植物光合效能,促進開花結果,提升產量,而且可以提高產品品質。LED植物照明在蔬菜育苗和溫室生產中的應用前景廣泛。

  3.智能化

  植物照明對光質光量可實時調控這種復雜的需求強烈,隨著智能控制技術的提高、物聯網的應用,多種單色光譜加智能控制系統實現時控、光控、根據植物的生長狀態適時調整的光質光量輸出,勢必成為植物照明技術未來發展的主趨勢。

  資料來源:劉厚誠.LED植物照明產業的發展現狀與趨勢[J].照明工程學報,2018,29(04):8-9.

編輯:嚴志祥

來源:材料深一度

標簽:植物照明  現狀  趨勢  

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