Ursprunglig källa: Houcheng Liu. Utvecklingsstatus och trend för LED-växtbelysningsindustrin [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Artikelkälla: Material Once Deep

Ljus är den grundläggande miljöfaktorn för växters tillväxt och utveckling. Ljus tillför inte bara energi till växternas tillväxt genom fotosyntes, utan är också en viktig regulator av växternas tillväxt och utveckling. Tillskott av artificiellt ljus eller fullständig bestrålning av artificiellt ljus kan främja växternas tillväxt, öka avkastningen, förbättra produktens form och färg, förbättra funktionella komponenter och minska förekomsten av sjukdomar och skadedjur. Idag kommer jag att dela med mig av utvecklingsstatusen och trenden inom växtbelysningsindustrin.
Teknik för artificiell ljuskälla används alltmer inom växtbelysning. LED har många fördelar, såsom hög ljuseffektivitet, låg värmeutveckling, liten storlek, lång livslängd och många andra fördelar. Det har uppenbara fördelar inom växtbelysning. Växtbelysningsindustrin kommer gradvis att använda LED-belysningsarmaturer för växtodling.

A. Utvecklingsstatusen för LED-växelbelysningsindustrin 

1. LED-paket för odlingsbelysning

Inom LED-förpackningar för odlingsbelysning finns det många typer av förpackningsenheter, och det finns inget enhetligt mät- och utvärderingsstandardsystem. Jämfört med inhemska produkter fokuserar därför utländska tillverkare främst på högeffekts-, COB- och modulriktningar. Med hänsyn till den vita ljusserien av odlingsbelysning, med tanke på växternas tillväxtegenskaper och humaniserade ljusmiljöer, har de större tekniska fördelarna med tillförlitlighet, ljuseffektivitet och fotosyntetiska strålningsegenskaper hos olika växter i olika tillväxtcykler, inklusive olika typer av högeffekts-, medeleffekts- och lågeffektsanläggningar av olika storlekar, för att möta behoven hos en mängd olika växter i olika tillväxtmiljöer, med förhoppningen att uppnå målet att maximera växttillväxten och energibesparingen.

Ett stort antal kärnpatent för epitaxiella chipsskivor är fortfarande i händerna på tidiga ledande företag som japanska Nichia och amerikanska Career. Inhemska chiptillverkare saknar fortfarande patenterade produkter med marknadskonkurrenskraft. Samtidigt utvecklar många företag också ny teknik inom området för förpackning av chips för odlingsbelysning. Till exempel möjliggör Osrams tunnfilmschipteknik att chips paketeras tätt tillsammans för att skapa en stor belysningsyta. Baserat på denna teknik kan ett högeffektivt LED-belysningssystem med en våglängd på 660 nm minska energiförbrukningen i odlingsområdet med 40 %.

2. Utöka belysningsspektrumet och enheterna
Spektrumet för växtbelysning är mer komplext och mångsidigt. Olika växter har stora skillnader i de erforderliga spektra under olika tillväxtcykler och till och med i olika tillväxtmiljöer. För att möta dessa differentierade behov finns det för närvarande följande scheman inom branschen: ① Flera monokromatiska ljuskombinationsscheman. De tre mest effektiva spektra för växtfotosyntes är huvudsakligen spektrumet med toppar vid 450 nm och 660 nm, 730 nm-bandet för att inducera växtblomning, plus det gröna ljuset på 525 nm och det ultravioletta bandet under 380 nm. Kombinera dessa typer av spektra enligt växternas olika behov för att bilda det mest lämpliga spektrumet. ② Fullspektrumschema för att uppnå fullständig täckning av växternas behovsspektrum. Denna typ av spektrum som motsvarar SUNLIKE-chippet som representeras av Seoul Semiconductor och Samsung är kanske inte det mest effektiva, men det är lämpligt för alla växter, och kostnaden är mycket lägre än för monokromatiska ljuskombinationslösningar. ③ Använd fullspektrumvitt ljus som grundpelare, plus 660 nm rött ljus som kombinationsschema för att förbättra spektrumets effektivitet. Detta system är mer ekonomiskt och praktiskt.

Förpackningsanordningar för monokromatisk belysning av växtbelysning med LED-chip (huvudvåglängderna 450 nm, 660 nm, 730 nm) säljs av många inhemska och utländska företag, medan inhemska produkter är mer mångsidiga och har fler specifikationer, och utländska tillverkares produkter är mer standardiserade. Samtidigt finns det fortfarande en stor skillnad mellan inhemska och utländska förpackningstillverkare när det gäller fotosyntetiskt fotonflöde, ljuseffektivitet etc. För förpackningsanordningar för monokromatisk belysning av växter utvecklar många tillverkare, förutom produkter med huvudvåglängdsbanden 450 nm, 660 nm och 730 nm, även nya produkter i andra våglängdsband för att uppnå fullständig täckning för fotosyntetiskt aktiv strålnings (PAR) våglängd (450-730 nm).

Monokromatiska LED-växtlampor är inte lämpliga för tillväxt av alla växter. Därför framhävs fördelarna med fullspektrum-LED. Fullspektrumet måste först uppnå full täckning av hela synligt ljusspektrum (400-700 nm), och öka prestandan hos dessa två band: blågrönt ljus (470-510 nm), djupt rött ljus (660-700 nm). Använd vanliga blå LED- eller ultraviolett LED-chip med fosfor för att uppnå "fullspektrum", och dess fotosyntetiska effektivitet har sina egna höga och låga värden. De flesta tillverkare av vita LED-förpackningsenheter för växtbelysning använder Blue chip + fosfor för att uppnå fullt spektrum. Förutom förpackningsläget för monokromatiskt ljus och blått ljus eller ultraviolett chip plus fosfor för att uppnå vitt ljus, har förpackningsenheter för växtbelysning också ett kompositpaket som använder två eller flera våglängdschip, såsom rött tioblått/ultraviolett, RGB, RGBW. Detta förpackningsläge har stora fördelar vid dimning.

När det gäller LED-produkter med smal våglängd kan de flesta förpackningsleverantörer erbjuda kunderna produkter med olika våglängder i bandet 365-740 nm. När det gäller växtbelysningsspektrumet som konverteras av fosfor har de flesta förpackningstillverkare en mängd olika spektrum för kunderna att välja mellan. Jämfört med 2016 har försäljningstillväxten under 2017 ökat avsevärt. Bland dessa är tillväxttakten för 660 nm LED-ljuskällor koncentrerad till 20%-50%, och försäljningstillväxttakten för fosforkonverterade växt-LED-ljuskällor når 50%-200%, det vill säga försäljningen av fosforkonverterade växt-LED-ljuskällor växer snabbare.

Alla förpackningsföretag kan tillhandahålla generella förpackningsprodukter på 0,2–0,9 W och 1–3 W. Dessa ljuskällor ger belysningstillverkare god flexibilitet i belysningsdesignen. Dessutom tillhandahåller vissa tillverkare även integrerade förpackningsprodukter med högre effekt. För närvarande är mer än 80 % av de flesta tillverkares leveranser på 0,2–0,9 W eller 1–3 W. Bland dem är leveranserna från ledande internationella förpackningsföretag koncentrerade till 1–3 W, medan leveranserna från små och medelstora förpackningsföretag är koncentrerade till 0,2–0,9 W.

3. Användningsområden för växtbelysning

Från tillämpningsområdet används belysningsarmaturer för växtodling huvudsakligen i växthusbelysning, helt artificiell belysning för växtfabriker, växtvävnadsodling, utomhusbelysning av odlingsområden, plantering av grönsaker och blommor i hushållet samt laboratorieforskning.

①I solcellsväxthus och flerspannsväxthus är andelen artificiellt ljus för kompletterande belysning fortfarande låg, och metallhalogenlampor och högtrycksnatriumlampor är de viktigaste. Penetrationshastigheten för LED-odlingssystem är relativt låg, men tillväxthastigheten börjar accelerera när kostnaden sjunker. Den främsta anledningen är att användarna har lång erfarenhet av att använda metallhalogenlampor och högtrycksnatriumlampor, och användningen av metallhalogenlampor och högtrycksnatriumlampor kan ge cirka 6 % till 8 % av värmeenergin för växthuset samtidigt som man undviker brännskador på växter. LED-odlingssystem gav inte specifika och effektiva instruktioner och datastöd, vilket försenade dess tillämpning i dagsljus- och flerspannsväxthus. För närvarande är småskaliga demonstrationstillämpningar fortfarande den viktigaste. Eftersom LED är en kall ljuskälla kan den vara relativt nära växternas tak, vilket resulterar i mindre temperaturpåverkan. I dagsljus- och flerspannsväxthus används LED-odlingsbelysning oftare vid odling mellan växter.

② Användning inom utomhusjordbruk. Utbredningen och tillämpningen av växtbelysning inom anläggningsjordbruk har varit relativt långsam, medan tillämpningen av LED-växtbelysningssystem (fotoperiodkontroll) för utomhusgrödor med lång dagslängd och högt ekonomiskt värde (såsom drakfrukt) har uppnått en snabb utveckling.

③Växtfabriker. För närvarande är det snabbaste och mest använda växtbelysningssystemet fabriker för helt artificiellt ljus, vilka är uppdelade i centraliserade flerskiktsfabriker och distribuerade rörliga växtfabriker efter kategori. Utvecklingen av fabriker för artificiellt ljus i Kina är mycket snabb. Den huvudsakliga investeringsorganisationen för centraliserade flerskiktsfabriker för helt artificiellt ljus är inte traditionella jordbruksföretag, utan fler företag som är verksamma inom halvledar- och konsumentelektronikprodukter, såsom Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, och även COFCO och Xi Cui och andra nya moderna jordbruksföretag. I distribuerade och mobila växtfabriker används fortfarande fraktcontainrar (nya containrar eller rekonstruktion av begagnade containrar) som standardbärare. Växtbelysningssystemen för alla konstgjorda växter använder mestadels linjära eller platta array-belysningssystem, och antalet planterade sorter fortsätter att öka. Olika experimentella LED-ljuskällor med ljusformler har börjat användas i stor utsträckning. Produkterna på marknaden är främst gröna bladgrönsaker.

④Plantering av hushållsväxter. LED kan användas i bordslampor för hushållsväxter, planteringsställ för hushållsväxter, maskiner för grönsaksodling etc.

⑤Odling av medicinalväxter. Odling av medicinalväxter involverar växter som Anoectochilus och Lithospermum. Produkter på dessa marknader har högre ekonomiskt värde och är för närvarande en industri med fler tillämpningar för växtbelysning. Dessutom har legaliseringen av cannabisodling i Nordamerika och delar av Europa främjat användningen av LED-odlingsbelysning inom cannabisodling.

⑥Blomningslampor. Som ett oumbärligt verktyg för att justera blomningstiden för blommor inom blomsterodlingsindustrin var den tidigaste användningen av blomningslampor glödlampor, följt av energibesparande lysrör. Med utvecklingen av LED-industrialiseringen har fler LED-liknande blomningsarmaturer gradvis ersatt traditionella lampor.

⑦ Växtvävnadsodling. Traditionella ljuskällor för vävnadsodling är huvudsakligen vita lysrör, som har låg ljuseffektivitet och stor värmeutveckling. LED-lampor är mer lämpade för effektiv, kontrollerbar och kompakt växtvävnadsodling tack vare deras enastående egenskaper som låg strömförbrukning, låg värmeutveckling och lång livslängd. För närvarande ersätter vita LED-rör gradvis vita lysrör.

4. Regional distribution av företag inom odlingsbelysning

Enligt statistik finns det för närvarande fler än 300 företag som tillverkar belysning för odlingar i mitt land, och belysningsföretagen i Pearl River Delta-området står för mer än 50 %, och de har redan en betydande position. Belysningsföretagen i Yangtze River Delta står för cirka 30 %, och det är fortfarande ett viktigt produktionsområde för belysningsprodukter för odlingar. Traditionella företag som tillverkar belysningslampor är huvudsakligen distribuerade i Yangtze River Delta, Pearl River Delta och Bohai Rim, varav Yangtze River Delta står för 53 %, och Pearl River Delta och Bohai Rim står för 24 % respektive 22 %. De huvudsakliga distributionsområdena för tillverkare av LED-belysning är Pearl River Delta (62 %), Yangtze River Delta (20 %) och Bohai Rim (12 %).

B. Utvecklingstrend för LED-växelbelysningsindustrin

1. Specialisering

LED-odlingsbelysning har justerbart spektrum och ljusintensitet, låg total värmeutveckling och god vattentäthet, så den är lämplig för odlingsbelysning i olika miljöer. Samtidigt har förändringar i den naturliga miljön och människors strävan efter livsmedelskvalitet främjat en kraftig utveckling av anläggningsjordbruk och odlingsfabriker, och lett LED-odlingsbelysningsindustrin in i en period av snabb utveckling. I framtiden kommer LED-odlingsbelysning att spela en viktig roll för att förbättra effektiviteten inom jordbruksproduktionen, förbättra livsmedelssäkerheten och förbättra kvaliteten på frukt och grönsaker. LED-ljuskällor för odlingsbelysning kommer att utvecklas ytterligare i takt med att branschen gradvis specialiseras och röra sig i en mer målinriktad riktning.

2. Hög effektivitet

Förbättrad ljuseffektivitet och energieffektivitet är nyckeln till att kraftigt minska driftskostnaderna för växtbelysning. Användningen av LED-lampor för att ersätta traditionella lampor och dynamisk optimering och justering av ljusmiljön enligt växternas ljusformelkrav från plantstadiet till skördestadiet är oundvikliga trender inom raffinerat jordbruk i framtiden. När det gäller att förbättra avkastningen kan odling ske i etapper och regioner i kombination med ljusformel enligt växternas utvecklingsegenskaper för att förbättra produktionseffektiviteten och avkastningen i varje steg. När det gäller att förbättra kvaliteten kan näringsreglering och ljusreglering användas för att öka innehållet av näringsämnen och andra hälsofunktionella ingredienser.

Enligt uppskattningar är den nuvarande nationella efterfrågan på grönsaksplantor 680 miljarder, medan produktionskapaciteten för fabriksplantor är mindre än 10 %. Plantindustrin har högre miljökrav. Produktionssäsongen är mestadels vinter och vår. Naturligt ljus är svagt och artificiellt kompletterande ljus behövs. Växtbelysning har en relativt hög in- och uteffekt och en hög grad av acceptans av input. LED har unika fördelar, eftersom frukt och grönsaker (tomater, gurkor, meloner etc.) behöver ympas, och det specifika ljusspektrumet under hög luftfuktighet kan främja läkning av ympade plantor. Kompletterande ljus för växthusgrönsaker kan kompensera för bristen på naturligt ljus, förbättra växternas fotosyntetiska effektivitet, främja blomning och fruktsättning, öka avkastningen och förbättra produktkvaliteten. LED-odlingsbelysning har breda tillämpningsmöjligheter inom grönsaksplantor och växthusproduktion.

3. Intelligent

Det finns en stark efterfrågan på realtidskontroll av ljuskvalitet och ljusmängd inom växtbelysning. Med förbättringen av intelligent styrteknik och tillämpningen av sakernas internet kan en mängd olika monokromatiska spektrum och intelligenta styrsystem realisera tidskontroll, ljuskontroll, och beroende på växternas tillväxtstatus kommer snabb justering av ljuskvalitet och ljusutgång att bli den viktigaste trenden i den framtida utvecklingen av växtbelysningsteknik.