Оригинальный источник: Хоучэн Лю. Состояние развития и тенденции развития индустрии светодиодного освещения растений [J]. Журнал светотехники, 2018, 29(04): 8-9.
Источник статьи: Material Once Deep

Свет является основным фактором окружающей среды, влияющим на рост и развитие растений. Свет не только обеспечивает растения энергией для роста посредством фотосинтеза, но и является важным регулятором этого процесса. Дополнительное искусственное освещение или полное искусственное облучение могут способствовать росту растений, увеличению урожайности, улучшению формы и цвета продукции, повышению функциональных характеристик, а также снижению заболеваемости и поражения вредителями. Сегодня я поделюсь с вами текущим состоянием развития и тенденциями в индустрии освещения для растений.
Технология искусственных источников света все шире используется в области освещения растений. Светодиоды обладают множеством преимуществ, таких как высокая светоотдача, низкое тепловыделение, малые размеры, длительный срок службы и многие другие. Они имеют очевидные преимущества в области освещения для выращивания растений. Индустрия освещения для растений будет постепенно внедрять светодиодные светильники для выращивания растений.

А. Состояние развития индустрии светодиодного освещения для выращивания растений. 

1. Светодиодный комплект для освещения растений.

В области упаковки светодиодных светильников для выращивания растений существует множество видов упаковочных устройств, и отсутствует единая система стандартов измерения и оценки. Поэтому, по сравнению с отечественной продукцией, зарубежные производители в основном ориентируются на мощные светодиоды, COB-светильники и модули, учитывая серию белых светодиодных светильников для выращивания растений, принимая во внимание особенности роста растений и гуманизированную среду освещения, обладают большими техническими преимуществами в надежности, светоотдаче, характеристиках фотосинтетического излучения различных растений на разных стадиях роста, включая различные типы мощных, средних и маломощных светильников разных размеров, чтобы удовлетворить потребности различных растений в разных условиях выращивания, стремясь достичь цели максимального роста растений и энергосбережения.

Большое количество ключевых патентов на эпитаксиальные пластины для чипов по-прежнему находится в руках ведущих компаний, таких как японская Nichia и американская Career. Отечественным производителям чипов до сих пор не хватает запатентованных продуктов, обладающих конкурентоспособностью на рынке. В то же время многие компании разрабатывают новые технологии в области упаковки чипов для освещения в зонах выращивания растений. Например, технология тонкопленочных чипов Osram позволяет плотно упаковывать чипы, создавая большую площадь световой поверхности. На основе этой технологии высокоэффективная светодиодная система освещения с длиной волны 660 нм может снизить энергопотребление в зоне выращивания на 40%.

2. Расширение спектра освещения и ассортимента осветительных приборов.
Спектр освещения для растений более сложен и разнообразен. Разные растения предъявляют значительные требования к спектру освещения на разных стадиях роста и даже в разных условиях окружающей среды. Для удовлетворения этих дифференцированных потребностей в настоящее время в отрасли используются следующие схемы: ①Схемы комбинирования нескольких монохроматических источников света. Три наиболее эффективных спектра для фотосинтеза растений — это, главным образом, спектр с пиками на 450 нм и 660 нм, полоса 730 нм для стимуляции цветения растений, а также зеленый свет 525 нм и ультрафиолетовая полоса ниже 380 нм. Комбинирование этих спектров осуществляется в соответствии с различными потребностями растений для формирования наиболее подходящего спектра. ②Полноспектральная схема для обеспечения полного охвата спектра, необходимого для растений. Этот тип спектра, используемый в чипах SUNLIKE, представленных компаниями Seoul Semiconductor и Samsung, может быть не самым эффективным, но он подходит для всех растений и значительно дешевле, чем решения с комбинированием монохроматических источников света. ③В качестве основного источника используется белый свет полного спектра, а для повышения эффективности спектра — красный свет с длиной волны 660 нм. Эта схема более экономична и практична.

Монохроматические светодиодные чипы для освещения растений (основные длины волн: 450 нм, 660 нм, 730 нм) представлены на рынке многими отечественными и зарубежными компаниями. При этом отечественная продукция более разнообразна и имеет больше технических характеристик, а продукция зарубежных производителей более стандартизирована. В то же время, по таким параметрам, как фотосинтетический фотонный поток, световая эффективность и т.д., между отечественными и зарубежными производителями корпусов всё ещё существует большой разрыв. Что касается монохроматических светодиодных устройств для освещения растений, помимо продукции с основными диапазонами длин волн 450 нм, 660 нм и 730 нм, многие производители также разрабатывают новые продукты в других диапазонах длин волн, чтобы обеспечить полное покрытие фотосинтетически активного излучения (ФАР) (450-730 нм).

Монохромные светодиодные светильники для выращивания растений не подходят для всех видов растений. Поэтому преимущества полноспектральных светодиодов становятся особенно актуальными. Для достижения полного спектра необходимо сначала обеспечить полное покрытие всего спектра видимого света (400-700 нм) и повысить эффективность двух диапазонов: сине-зеленого света (470-510 нм) и темно-красного света (660-700 нм). Использование обычных синих светодиодов или ультрафиолетовых светодиодных чипов с люминофором позволяет достичь «полного» спектра, при этом эффективность фотосинтеза имеет свои высокие и низкие значения. Большинство производителей устройств для белого освещения растений используют синий чип + люминофор для достижения полного спектра. Помимо монохромного освещения с использованием синего света или ультрафиолетового чипа с люминофором для получения белого света, устройства для освещения растений также имеют комбинированный режим, использующий два или более чипа с разной длиной волны, например, красный, синий/ультрафиолетовый, RGB, RGBW. Этот режим обладает большими преимуществами в регулировке яркости.

Что касается узковолновых светодиодных изделий, большинство поставщиков упаковки могут предложить клиентам продукцию с различными длинами волн в диапазоне 365-740 нм. В отношении спектра освещения растений, преобразуемого люминофорами, большинство производителей упаковки предлагают клиентам широкий выбор спектров. По сравнению с 2016 годом, темпы роста продаж в 2017 году значительно увеличились. Среди них темпы роста продаж светодиодных источников света с длиной волны 660 нм составляют 20-50%, а темпы роста продаж светодиодных источников света для растений с люминофорным преобразованием достигают 50-200%, то есть продажи светодиодных источников света для растений с люминофорным преобразованием растут быстрее.

Все упаковочные компании могут предложить универсальные упаковочные изделия мощностью 0,2-0,9 Вт и 1-3 Вт. Эти источники света обеспечивают производителям осветительного оборудования хорошую гибкость в проектировании освещения. Кроме того, некоторые производители также предлагают интегрированные упаковочные изделия большей мощности. В настоящее время более 80% поставок большинства производителей приходится на изделия мощностью 0,2-0,9 Вт или 1-3 Вт. Среди них поставки ведущих международных упаковочных компаний сосредоточены на изделиях мощностью 1-3 Вт, в то время как поставки малых и средних упаковочных компаний — на изделия мощностью 0,2-0,9 Вт.

3. Области применения освещения для выращивания растений

С точки зрения области применения, светильники для выращивания растений в основном используются в теплицах, на предприятиях по производству искусственного освещения для растений, в культуре растительных тканей, в полевых условиях, при выращивании овощей и цветов в домашних условиях, а также в лабораторных исследованиях.

①В солнечных и многопролетных теплицах доля искусственного освещения для дополнительной подсветки все еще низка, и основными источниками являются металлогалогенные лампы и натриевые лампы высокого давления. Доля светодиодных систем освещения для выращивания растений относительно низка, но темпы роста начинают ускоряться по мере снижения стоимости. Основная причина заключается в том, что пользователи имеют многолетний опыт использования металлогалогенных ламп и натриевых ламп высокого давления, и их применение позволяет обеспечить около 6-8% тепловой энергии теплицы, избегая при этом ожогов растений. Отсутствие конкретных и эффективных инструкций и данных по светодиодным системам освещения для выращивания растений замедлило их применение в теплицах с естественным освещением и многопролетных теплицах. В настоящее время основными остаются мелкомасштабные демонстрационные проекты. Поскольку светодиоды являются источником холодного света, они могут располагаться относительно близко к кроне растений, что приводит к меньшему температурному воздействию. В теплицах с естественным освещением и многопролетных теплицах светодиодное освещение чаще используется для выращивания растений между рядами.

② Применение в открытом грунте. Распространение и применение систем освещения растений в стационарном сельском хозяйстве происходит относительно медленно, в то время как применение светодиодных систем освещения (с контролем фотопериода) для выращивания высокоценных культур длинного дня на открытом воздухе (таких как драконий фрукт) получило быстрое развитие.

③ Заводы по выращиванию растений. В настоящее время наиболее быстро развивающейся и широко используемой системой освещения для растений являются полностью искусственные заводы, которые по категориям делятся на централизованные многоярусные и распределенные передвижные заводы. Развитие искусственных заводов по выращиванию растений в Китае идет очень быстро. Основными инвесторами централизованных многоярусных полностью искусственных заводов по выращиванию растений являются не традиционные сельскохозяйственные компании, а в основном компании, занимающиеся полупроводниковой и бытовой электроникой, такие как Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, а также COFCO, Xi Cui и другие новые современные сельскохозяйственные компании. В распределенных и передвижных заводах в качестве стандартных носителей по-прежнему используются морские контейнеры (новые контейнеры или переоборудованные бывшие в употреблении). В системах освещения для всех искусственных растений в основном используются линейные или плоскопанельные системы освещения, и количество выращиваемых сортов продолжает расти. Различные экспериментальные светодиодные источники света начинают широко использоваться. Продукция на рынке в основном представлена ​​зелеными листовыми овощами.

④ Посадка комнатных растений. Светодиоды можно использовать в настольных лампах для комнатных растений, стеллажах для посадки комнатных растений, бытовых устройствах для выращивания овощей и т. д.

⑤ Выращивание лекарственных растений. Выращивание лекарственных растений включает такие растения, как Anoectochilus и Lithospermum. Продукция на этих рынках имеет более высокую экономическую ценность и в настоящее время представляет собой отрасль с большим количеством применений в области освещения растений. Кроме того, легализация выращивания каннабиса в Северной Америке и некоторых частях Европы способствовала применению светодиодного освещения в выращивании каннабиса.

⑥ Светильники для цветения. Являясь незаменимым инструментом для регулирования времени цветения в цветоводстве, светильники для цветения первоначально применялись в виде ламп накаливания, за которыми последовали энергосберегающие люминесцентные лампы. С развитием светодиодного производства все больше светодиодных светильников для цветения постепенно вытесняют традиционные лампы.

⑦ Культивирование растительных тканей. Традиционными источниками света для культивирования тканей являются в основном белые люминесцентные лампы, которые обладают низкой светоотдачей и выделяют много тепла. Светодиоды больше подходят для эффективного, контролируемого и компактного культивирования растительных тканей благодаря своим выдающимся характеристикам, таким как низкое энергопотребление, низкое тепловыделение и длительный срок службы. В настоящее время белые светодиодные трубки постепенно вытесняют белые люминесцентные лампы.

4. Региональное распределение компаний, производящих осветительные приборы для выращивания растений.

Согласно статистике, в моей стране в настоящее время насчитывается более 300 компаний, занимающихся производством осветительного оборудования для выращивания растений, при этом на долю компаний в дельте реки Чжуцзян приходится более 50%, и они уже занимают ведущие позиции. На долю компаний в дельте реки Янцзы приходится около 30%, и это по-прежнему важный производственный район для продукции осветительного оборудования для выращивания растений. Традиционные компании, производящие лампы для выращивания растений, в основном расположены в дельте реки Янцзы, дельте реки Чжуцзян и Бохайском заливе, из которых на дельту реки Янцзы приходится 53%, а на дельту реки Чжуцзян и Бохайский залив — 24% и 22% соответственно. Основными регионами дистрибуции производителей светодиодного осветительного оборудования для выращивания растений являются дельта реки Чжуцзян (62%), дельта реки Янцзы (20%) и Бохайский залив (12%).

Б. Тенденции развития индустрии светодиодного освещения для выращивания растений.

1. Специализация

Светодиодные светильники для выращивания растений обладают такими характеристиками, как регулируемый спектр и интенсивность света, низкое общее тепловыделение и хорошая водонепроницаемость, поэтому они подходят для освещения растений в различных условиях. В то же время изменения в окружающей среде и стремление людей к качеству продуктов питания способствовали бурному развитию стационарного сельского хозяйства и теплиц, что привело к периоду стремительного развития индустрии светодиодных светильников для выращивания растений. В будущем светодиодные светильники будут играть важную роль в повышении эффективности сельскохозяйственного производства, улучшении безопасности пищевых продуктов и повышении качества фруктов и овощей. Светодиодные источники света для освещения растений будут развиваться дальше по мере постепенной специализации отрасли и смещаться в более целенаправленном направлении.

2. Высокая эффективность

Повышение эффективности освещения и энергосбережения является ключом к значительному снижению эксплуатационных расходов на освещение растений. Использование светодиодов вместо традиционных ламп, а также динамическая оптимизация и регулировка светового режима в соответствии с потребностями растений в освещении от стадии рассады до сбора урожая являются неизбежными тенденциями развития современного сельского хозяйства в будущем. Что касается повышения урожайности, то можно использовать поэтапное и региональное выращивание с применением светового режима, соответствующего особенностям развития растений, для повышения эффективности производства и урожайности на каждом этапе. В плане улучшения качества можно использовать регулирование питания и освещения для повышения содержания питательных веществ и других полезных для здоровья функциональных компонентов.

По оценкам, текущий национальный спрос на рассаду овощей составляет 680 миллиардов, в то время как производственная мощность заводов по выращиванию рассады составляет менее 10%. К условиям выращивания рассады предъявляются более высокие требования. Сезон выращивания приходится в основном на зиму и весну. Естественного света мало, и требуется дополнительное искусственное освещение. Освещение для выращивания растений имеет относительно высокую потребляемую и потребляемую мощность, а также высокую степень приемлемости. Светодиоды обладают уникальными преимуществами, поскольку фрукты и овощи (помидоры, огурцы, дыни и др.) нуждаются в прививке, и специфический спектр дополнительного света в условиях высокой влажности может способствовать заживлению привитой рассады. Дополнительное освещение для выращивания овощей в теплицах может компенсировать недостаток естественного света, повысить эффективность фотосинтеза растений, стимулировать цветение и плодоношение, увеличить урожайность и улучшить качество продукции. Светодиодное освещение для выращивания растений имеет широкие перспективы применения в выращивании рассады овощей и в тепличных хозяйствах.

3. Интеллектуальный

В сфере освещения для выращивания растений остро стоит вопрос контроля качества и количества света в режиме реального времени. Благодаря развитию интеллектуальных технологий управления и применению Интернета вещей, различные монохроматические спектры и интеллектуальные системы управления позволяют осуществлять управление по времени и в соответствии с состоянием роста растений, а своевременная корректировка качества и светового потока неизбежно станет основной тенденцией в будущем развитии технологий освещения для выращивания растений.