Izvirni vir: Houcheng Liu. Razvojno stanje in trend industrije LED razsvetljave rastlin [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Vir članka: Gradivo Nekoč globoko

Svetloba je osnovni okoljski dejavnik rasti in razvoja rastlin. Svetloba ne zagotavlja le energije za rast rastlin s fotosintezo, temveč je tudi pomemben regulator rasti in razvoja rastlin. Dodatek umetne svetlobe ali popolno obsevanje z umetno svetlobo lahko spodbudi rast rastlin, poveča pridelek, izboljša obliko in barvo izdelkov, okrepi funkcionalne komponente in zmanjša pojav bolezni in škodljivcev. Danes bom z vami delil razvojno stanje in trende industrije razsvetljave rastlin.
Tehnologija umetnih svetlobnih virov se vse bolj uporablja na področju razsvetljave rastlin. LED ima številne prednosti, kot so visoka svetlobna učinkovitost, nizko segrevanje, majhna velikost, dolga življenjska doba in številne druge. Ima očitne prednosti na področju razsvetljave za gojenje rastlin. Industrija razsvetljave za gojenje rastlin bo postopoma uporabljala LED svetila za gojenje rastlin.

A. Razvojni status industrije LED-razsvetljave za rast rastlin 

1.LED paket za rastno razsvetljavo

Na področju LED embalaže za rastno razsvetljavo obstaja veliko vrst embalažnih naprav in ni enotnega sistema standardov za merjenje in vrednotenje. Zato se tuji proizvajalci v primerjavi z domačimi izdelki osredotočajo predvsem na smeri visoke moči, cob in modulov, pri čemer upoštevajo serijo bele svetlobe za rastno razsvetljavo, upoštevajoč značilnosti rasti rastlin in humanizirano svetlobno okolje, kar zagotavlja večje tehnične prednosti v zanesljivosti, svetlobni učinkovitosti in fotosintetskih sevalnih lastnostih različnih rastlin v različnih rastnih ciklih, vključno z različnimi vrstami izdelkov za visokoenergijske, srednjeenergijske in nizkoenergijske rastline različnih velikosti, da bi zadovoljili potrebe različnih rastlin v različnih rastnih okoljih in dosegli cilj maksimiranja rasti rastlin in varčevanja z energijo.

Veliko število ključnih patentov za epitaksialne rezine čipov je še vedno v rokah vodilnih podjetij, kot sta japonska Nichia in ameriška Career. Domačim proizvajalcem čipov še vedno primanjkuje patentiranih izdelkov, ki bi bili konkurenčni na trgu. Hkrati številna podjetja razvijajo tudi nove tehnologije na področju pakiranja čipov za rastno razsvetljavo. Osramova tehnologija tankoplastnih čipov na primer omogoča tesno pakiranje čipov skupaj, da se ustvari velika svetlobna površina. Na podlagi te tehnologije lahko visoko učinkovit LED sistem osvetlitve z valovno dolžino 660 nm zmanjša porabo energije na območju gojenja za 40 %.

2. Razširite svetlobni spekter in naprave
Spekter osvetlitve rastlin je bolj kompleksen in raznolik. Različne rastline imajo velike razlike v zahtevanih spektrih v različnih rastnih ciklih in celo v različnih rastnih okoljih. Da bi zadostili tem različnim potrebam, so v industriji trenutno na voljo naslednje sheme: ①Sheme kombinacij več monokromatskih svetlobnih virov. Trije najučinkovitejši spektri za fotosintezo rastlin so predvsem spekter z vrhovi pri 450 nm in 660 nm, pas 730 nm za spodbujanje cvetenja rastlin ter zelena svetloba pri 525 nm in ultravijolični pas pod 380 nm. Te vrste spektrov se kombinirajo glede na različne potrebe rastlin, da se oblikuje najprimernejši spekter. ②Shema polnega spektra za doseganje popolne pokritosti spektra potreb rastlin. Ta vrsta spektra, ki ustreza čipu SUNLIKE, ki ga predstavljata Seoul Semiconductor in Samsung, morda ni najučinkovitejša, vendar je primerna za vse rastline, stroški pa so veliko nižji od rešitev kombinacij monokromatskih svetlobnih virov. ③Kot glavno oporo uporabite belo svetlobo polnega spektra in rdečo svetlobo z valovno dolžino 660 nm kot kombinirano shemo za izboljšanje učinkovitosti spektra. Ta shema je bolj ekonomična in praktična.

Številna domača in tuja podjetja pokrivajo embalažne naprave za monokromatske LED čipe za razsvetljavo rastlin (glavne valovne dolžine so 450 nm, 660 nm, 730 nm), medtem ko so domači izdelki bolj raznoliki in imajo več specifikacij, izdelki tujih proizvajalcev pa so bolj standardizirani. Hkrati pa je glede fotosintetskega fotonskega toka, svetlobne učinkovitosti itd. še vedno velika razlika med domačimi in tujimi proizvajalci embalaže. Pri embalažnih napravah za monokromatske luči za razsvetljavo rastlin poleg izdelkov z glavnimi valovnimi dolžinami 450 nm, 660 nm in 730 nm mnogi proizvajalci razvijajo tudi nove izdelke v drugih valovnih dolžinah, da bi dosegli popolno pokritost valovne dolžine fotosintetsko aktivnega sevanja (PAR) (450–730 nm).

Monokromatske LED luči za rast rastlin niso primerne za rast vseh rastlin. Zato so poudarjene prednosti LED luči s polnim spektrom. Polni spekter mora najprej doseči popolno pokritost celotnega spektra vidne svetlobe (400–700 nm) in povečati učinkovitost teh dveh pasov: modro-zelene svetlobe (470–510 nm) in temno rdeče svetlobe (660–700 nm). Za doseganje "polnega" spektra uporabite navadno modro LED ali ultravijolično LED s fosforjem, ki ima svoje visoke in nizke vrednosti fotosintetske učinkovitosti. Večina proizvajalcev belih LED naprav za osvetlitev rastlin uporablja modri čip + fosfor za doseganje polnega spektra. Poleg načina pakiranja z monokromatsko svetlobo in modro svetlobo ali ultravijoličnim čipom + fosforjem za doseganje bele svetlobe imajo naprave za osvetlitev rastlin tudi način sestavljenega pakiranja, ki uporablja dva ali več valovnih dolžin, kot so rdeča, deset, modra/ultravijolična, RGB, RGBW. Ta način pakiranja ima velike prednosti pri zatemnitvi.

Kar zadeva ozkovalne LED izdelke, lahko večina dobaviteljev embalaže strankam ponudi različne valovne dolžine v pasu 365–740 nm. Kar zadeva spekter rastlinske razsvetljave, ki ga pretvorijo fosforji, večina proizvajalcev embalaže strankam ponuja različne spektre. V primerjavi z letom 2016 se je stopnja rasti prodaje v letu 2017 znatno povečala. Med njimi je stopnja rasti 660 nm LED svetlobnih virov koncentrirana v 20–50 %, stopnja rasti prodaje fosforno pretvorjenih rastlinskih LED svetlobnih virov pa dosega 50–200 %, kar pomeni, da prodaja fosforno pretvorjenih rastlinskih LED svetlobnih virov raste hitreje.

Vsa podjetja za embalažo lahko ponudijo splošne embalažne izdelke z močjo 0,2–0,9 W in 1–3 W. Ti svetlobni viri omogočajo proizvajalcem razsvetljave dobro fleksibilnost pri načrtovanju razsvetljave. Poleg tega nekateri proizvajalci ponujajo tudi integrirane embalažne izdelke z večjo močjo. Trenutno je več kot 80 % pošiljk večine proizvajalcev z močjo 0,2–0,9 W ali 1–3 W. Med njimi so pošiljke vodilnih mednarodnih podjetij za embalažo skoncentrirane na 1–3 W, medtem ko so pošiljke malih in srednje velikih podjetij za embalažo skoncentrirane na 0,2–0,9 W.

3. Področja uporabe razsvetljave za gojenje rastlin

Z vidika uporabe se svetilke za gojenje rastlin uporabljajo predvsem za razsvetljavo rastlinjakov, tovarne rastlin z umetno razsvetljavo, gojenje rastlinskih tkiv, razsvetljavo na prostem, sajenje zelenjave in cvetja ter laboratorijske raziskave.

①V sončnih rastlinjakih in večrazponskih rastlinjakih je delež umetne svetlobe za dodatno razsvetljavo še vedno nizek, glavne pa so metalhalogenidne sijalke in visokotlačne natrijeve sijalke. Stopnja prodiranja LED sistemov za rastno razsvetljavo je relativno nizka, vendar se stopnja rasti začne pospeševati z zniževanjem stroškov. Glavni razlog je, da imajo uporabniki dolgoletne izkušnje z uporabo metalhalogenidnih sijalk in visokotlačnih natrijevih sijalk, uporaba metalhalogenidnih sijalk in visokotlačnih natrijevih sijalk pa lahko zagotovi približno 6 % do 8 % toplotne energije za rastlinjak, hkrati pa se izogne ​​opeklinam rastlin. LED sistem za rastno razsvetljavo ni nudil specifičnih in učinkovitih navodil ter podatkovne podpore, kar je odložilo njegovo uporabo v dnevnih in večrazponskih rastlinjakih. Trenutno so še vedno glavna prednostna naloga majhne demonstracijske aplikacije. Ker je LED vir hladne svetlobe, je lahko relativno blizu krošnje rastlin, kar ima za posledico manjši temperaturni vpliv. V dnevnih in večrazponskih rastlinjakih se LED rastna razsvetljava pogosteje uporablja pri gojenju med rastlinami.

②Uporaba na prostem pri kmetovanju na poljih. Prodiranje in uporaba razsvetljave rastlin v kmetijstvu sta bila relativno počasna, medtem ko je uporaba LED sistemov za razsvetljavo rastlin (fotoperiodni nadzor) za dolgodnevne pridelke na prostem z visoko ekonomsko vrednostjo (kot je zmajevo sadje) dosegla hiter razvoj.

③Tovarne rastlin. Trenutno je najhitrejši in najpogosteje uporabljen sistem razsvetljave rastlin tovarna rastlin z umetno svetlobo, ki je po kategorijah razdeljena na centralizirane večplastne in porazdeljene premične tovarne rastlin. Razvoj tovarn rastlin z umetno svetlobo na Kitajskem je zelo hiter. Glavni investicijski subjekt centraliziranih večplastnih tovarn rastlin z umetno svetlobo niso tradicionalna kmetijska podjetja, temveč več podjetij, ki se ukvarjajo s polprevodniškimi in potrošniško elektroniko, kot so Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, pa tudi COFCO in Xi Cui ter druga nova sodobna kmetijska podjetja. V porazdeljenih in mobilnih tovarnah rastlin se kot standardni nosilci še vedno uporabljajo ladijski zabojniki (novi zabojniki ali rekonstrukcija rabljenih zabojnikov). Sistemi razsvetljave rastlin vseh umetnih rastlin večinoma uporabljajo linearne ali ploščate svetlobne sisteme, število zasajenih sort pa se še naprej širi. Različni eksperimentalni svetlobni viri LED svetlobe so se začeli široko uporabljati. Izdelki na trgu so predvsem zelena listnata zelenjava.

④Sajenje gospodinjskih rastlin. LED se lahko uporablja v namiznih svetilkah za gospodinjske rastline, stojalih za sajenje gospodinjskih rastlin, gospodinjskih strojih za gojenje zelenjave itd.

⑤Gojenje zdravilnih rastlin. Gojenje zdravilnih rastlin vključuje rastline, kot sta Anoectochilus in Lithospermum. Izdelki na teh trgih imajo višjo ekonomsko vrednost in so trenutno panoga z več aplikacijami za razsvetljavo rastlin. Poleg tega je legalizacija gojenja konoplje v Severni Ameriki in delih Evrope spodbudila uporabo LED-razsvetljave na področju gojenja konoplje.

⑥Cvetoče luči. Kot nepogrešljivo orodje za prilagajanje časa cvetenja rož v industriji cvetličarstva so bile najzgodnejše uporabe cvetočih luči žarnice z žarilno nitko, sledile pa so jim energetsko varčne fluorescenčne sijalke. Z razvojem industrializacije LED-tehnologij je vedno več LED-svetil za cvetje postopoma nadomestilo tradicionalne svetilke.

⑦Gubljanje rastlinskega tkiva. Tradicionalni viri svetlobe za gojenje rastlinskega tkiva so večinoma bele fluorescenčne sijalke, ki imajo nizek svetlobni izkoristek in veliko toplotno energijo. LED diode so zaradi svojih izjemnih lastnosti, kot so nizka poraba energije, nizko toplotno energijo in dolga življenjska doba, primernejše za učinkovito, nadzorovano in kompaktno gojenje rastlinskega tkiva. Trenutno bele LED cevi postopoma nadomeščajo bele fluorescenčne sijalke.

4. Regionalna porazdelitev podjetij za rastno razsvetljavo

Statistični podatki kažejo, da je v moji državi trenutno več kot 300 podjetij za gojenje rastlin, podjetja za gojenje rastlin pa predstavljajo več kot 50 % in so že v pomembnem položaju. Podjetja za gojenje rastlin v delti reke Jangce predstavljajo približno 30 % in je še vedno pomembno območje proizvodnje izdelkov za gojenje rastlin. Tradicionalna podjetja za gojenje rastlin so večinoma razporejena v delti reke Jangce, delti reke Biserne reke in Bohajskem robu, od tega delta reke Jangce predstavlja 53 %, delta reke Biserne reke in Bohajski rob pa 24 % oziroma 22 %. Glavna območja porazdelitve proizvajalcev LED gojenja rastlin so delta reke Biserne reke (62 %), delta reke Jangce (20 %) in Bohajski rob (12 %).

B. Trend razvoja industrije LED razsvetljave

1. Specializacija

LED-razsvetljava za gojenje ima značilnosti nastavljivega spektra in intenzivnosti svetlobe, nizkega skupnega segrevanja in dobre vodoodpornosti, zato je primerna za razsvetljavo za gojenje v različnih okoljih. Hkrati so spremembe v naravnem okolju in prizadevanje ljudi za kakovost hrane spodbudile bujen razvoj kmetijstva in gojilnic ter pripeljale industrijo LED-razsvetljave za gojenje v obdobje hitrega razvoja. V prihodnosti bo LED-razsvetljava za gojenje igrala pomembno vlogo pri izboljšanju učinkovitosti kmetijske proizvodnje, izboljšanju varnosti hrane in izboljšanju kakovosti sadja in zelenjave. LED-svetlobni vir za razsvetljavo za gojenje se bo s postopno specializacijo industrije še naprej razvijal in se premikal v bolj ciljno usmerjeno smer.

2. Visoka učinkovitost

Izboljšanje svetlobne učinkovitosti in energetske učinkovitosti je ključ do znatnega zmanjšanja obratovalnih stroškov razsvetljave rastlin. Uporaba LED diod za zamenjavo tradicionalnih svetilk ter dinamična optimizacija in prilagajanje svetlobnega okolja glede na zahteve rastlin glede svetlobne formule od faze sadik do faze žetve so neizogibni trendi prefinjene kmetijstva v prihodnosti. Kar zadeva izboljšanje pridelka, ga je mogoče gojiti po fazah in regijah v kombinaciji s svetlobno formulo glede na razvojne značilnosti rastlin, da se izboljša učinkovitost proizvodnje in pridelek v vsaki fazi. Kar zadeva izboljšanje kakovosti, se lahko z regulacijo prehrane in regulacijo svetlobe poveča vsebnost hranil in drugih zdravstveno funkcionalnih sestavin.

Po ocenah trenutno nacionalno povpraševanje po sadikih zelenjave znaša 680 milijard, proizvodna zmogljivost tovarniških sadik pa je manjša od 10 %. Industrija sadik ima višje okoljske zahteve. Proizvodna sezona je večinoma zima in pomlad. Naravna svetloba je šibka in potrebna je umetna dodatna svetloba. Razsvetljava za gojenje rastlin ima relativno visok vhodni in izhodni tok ter visoko stopnjo sprejemanja vložka. LED ima edinstvene prednosti, saj je treba sadje in zelenjavo (paradižnik, kumare, melone itd.) cepiti, specifični spekter dodane svetlobe v pogojih visoke vlažnosti pa lahko spodbudi celjenje cepljenih sadik. Dodatna svetloba za sajenje zelenjave v rastlinjakih lahko nadomesti pomanjkanje naravne svetlobe, izboljša fotosintetsko učinkovitost rastlin, spodbudi cvetenje in plodovanje, poveča pridelek ter izboljša kakovost izdelkov. LED razsvetljava za gojenje ima široke možnosti uporabe pri sadikih zelenjave in pridelavi v rastlinjakih.

3. Inteligenten

Razsvetljava za gojenje rastlin ima veliko povpraševanje po nadzoru kakovosti in količine svetlobe v realnem času. Z izboljšanjem tehnologije inteligentnega nadzora in uporabo interneta stvari lahko različni monokromatski spektri in inteligentni krmilni sistemi dosežejo časovni nadzor in nadzor svetlobe ter pravočasno prilagajanje kakovosti svetlobe in svetlobnega toka glede na rastno stanje rastlin postane glavni trend v prihodnjem razvoju tehnologije razsvetljave za gojenje rastlin.