Alkuperäinen lähde: Houcheng Liu. LED-tehdasvalaistuksen kehitystila ja trendit [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Artikkelin lähde: Material Once Deep

Valo on kasvien kasvun ja kehityksen perusympäristötekijä. Valo ei ainoastaan ​​tuota energiaa kasvien kasvulle fotosynteesin kautta, vaan se on myös tärkeä kasvien kasvun ja kehityksen säätelijä. Keinotekoisen valon täydentäminen tai täydellinen keinotekoinen valosäteilytys voi edistää kasvien kasvua, lisätä satoa, parantaa tuotteiden muotoa ja väriä, parantaa toiminnallisia komponentteja ja vähentää tautien ja tuholaisten esiintymistä. Tänään jaan kanssanne kasvivalaistusalan kehitystilanteen ja trendit.
Keinotekoisen valonlähdeteknologian käyttö kasvivalaistuksessa on lisääntymässä. LED-valoilla on monia etuja, kuten korkea valotehokkuus, alhainen lämmöntuotto, pieni koko ja pitkä käyttöikä. Sillä on ilmeisiä etuja kasvivalaistuksessa. Kasvivalaisinteollisuus ottaa vähitellen käyttöön LED-valaisimet kasvinviljelyssä.

A. LED-kasvatusvalaistusteollisuuden kehitystila 

1.LED-paketti kasvuvalaistukseen

Kasvuvalaistuksen LED-pakkausten alalla on monenlaisia ​​pakkauslaitteita, eikä yhtenäistä mittaus- ja arviointistandardijärjestelmää ole. Siksi ulkomaiset valmistajat keskittyvät kotimaisiin tuotteisiin verrattuna pääasiassa suuritehoisiin, tähkä- ja moduulisuuntaisiin pakkauksiin, ottaen huomioon kasvuvalaistuksen valkoisen valon sarjan, ottaen huomioon kasvien kasvuominaisuudet ja humanisoidun valaistusympäristön. Niillä on suurempi tekninen etu eri kasvien luotettavuuden, valotehokkuuden ja fotosynteettisen säteilyn ominaisuuksien suhteen eri kasvusykleissä, mukaan lukien erityyppiset suuritehoiset, keskitehoiset ja pienitehoiset kasvituotteet eri kokoisina, jotta voidaan vastata erilaisten kasvien tarpeisiin erilaisissa kasvuympäristöissä ja saavuttaa tavoite maksimoida kasvien kasvu ja säästää energiaa.

Suuri määrä epitaksiaalisten kiekkojen ydinpatentteja on edelleen varhaisten johtavien yritysten, kuten japanilaisen Nichian ja American Careerin, hallussa. Kotimaisilta siruvalmistajilta puuttuu edelleen patentoituja tuotteita, joilla olisi kilpailukykyä markkinoilla. Samaan aikaan monet yritykset kehittävät myös uusia teknologioita kasvatusvalaistuksen pakkaussirujen alalla. Esimerkiksi Osramin ohutkalvosiruteknologia mahdollistaa sirujen pakkaamisen tiiviisti yhteen, jolloin syntyy laaja valaistuspinta-ala. Tämän teknologian pohjalta tehokas 660 nm:n aallonpituuden LED-valaistusjärjestelmä voi vähentää 40 % viljelyalueen energiankulutuksesta.

2. Kasvata valaistusspektriä ja laitteita
Kasvien valaistuksen spektri on monimutkaisempi ja monipuolisempi. Eri kasveilla on suuria eroja vaadittavissa spektreissä eri kasvusykleissä ja jopa erilaisissa kasvuympäristöissä. Näiden erilaisten tarpeiden täyttämiseksi alalla on tällä hetkellä seuraavat ratkaisut: ①Useita monokromaattisia valoyhdistelmiä. Kolme tehokkainta spektriä kasvien fotosynteesissä ovat pääasiassa spektri, jonka piikit ovat 450 nm:ssä ja 660 nm:ssä, 730 nm:n kaista kasvien kukinnan indusoimiseksi sekä 525 nm:n vihreä valo ja alle 380 nm:n ultraviolettikaista. Yhdistä näitä spektrejä kasvien erilaisten tarpeiden mukaan sopivimman spektrin muodostamiseksi. ②Täyden spektrin ratkaisu kasvien tarvitseman spektrin täyden peiton saavuttamiseksi. Tämäntyyppinen Seoul Semiconductorin ja Samsungin edustamaa SUNLIKE-sirua vastaava spektri ei ehkä ole tehokkain, mutta se sopii kaikille kasveille, ja kustannukset ovat paljon alhaisemmat kuin monokromaattiset valoyhdistelmiä käyttävät ratkaisut. ③Käytä täyden spektrin valkoista valoa pääasiallisena ratkaisuna ja 660 nm:n punaista valoa yhdistelmäratkaisuna spektrin tehokkuuden parantamiseksi. Tämä järjestelmä on taloudellisempi ja käytännöllisempi.

Kasvien kasvatusvalaistuksen monokromaattisia LED-valopakkauslaitteita (pääaallonpituudet ovat 450 nm, 660 nm ja 730 nm) valmistaa monet kotimaiset ja ulkomaiset yritykset, kun taas kotimaiset tuotteet ovat monipuolisempia ja niillä on enemmän spesifikaatioita, ja ulkomaisten valmistajien tuotteet ovat standardoidumpia. Samaan aikaan kotimaisten ja ulkomaisten pakkausvalmistajien välillä on edelleen suuri ero fotosynteettisen fotonivuon, valotehokkuuden jne. suhteen. Kasvien kasvatusvalaistuksen monokromaattisten valopakkauslaitteiden osalta monet valmistajat kehittävät 450 nm:n, 660 nm:n ja 730 nm:n pääaallonpituusalueiden lisäksi uusia tuotteita myös muilla aallonpituusalueilla saavuttaakseen täydellisen kattavuuden fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn (PAR) aallonpituusalueilla (450–730 nm).

Yksiväriset LED-kasvien kasvuvalot eivät sovellu kaikkien kasvien kasvuun. Siksi täyden spektrin LEDien edut korostuvat. Täyden spektrin saavuttamiseksi on ensin saavutettava näkyvän valon koko spektrin (400–700 nm) täysi peitto ja parannettava näiden kahden kaistan suorituskykyä: sinivihreä valo (470–510 nm) ja syvänpunainen valo (660–700 nm). Tavallisessa sinisessä LEDissä tai ultravioletti-LED-sirussa ja fosforissa käytetään "täyden" spektrin saavuttamiseksi, ja sen fotosynteesitehokkuudella on omat korkeat ja matalat arvonsa. Useimmat kasvivalaistuksen valkoisten LED-pakkauslaitteiden valmistajat käyttävät sinistä sirua ja fosforia täyden spektrin saavuttamiseksi. Yksivärisen ja sinisen valon tai ultravioletti-sirun ja fosforin pakkaustilan lisäksi kasvivalaistuksen pakkauslaitteissa on myös komposiittipakkaustila, jossa käytetään kahden tai useamman aallonpituuden siruja, kuten punaista, 10 sinistä/ultraviolettia, RGB:tä tai RGBW:tä. Tällä pakkaustilalla on suuria etuja himmennyksen kannalta.

Kapean aallonpituuden LED-tuotteiden osalta useimmat pakkaustoimittajat voivat tarjota asiakkaille eri aallonpituusalueita 365–740 nm:n kaistalla. Fosforeilla muunnetun kasvivalaistuksen spektrin osalta useimmilla pakkausvalmistajilla on asiakkaille laaja valikoima spektrejä, joista valita. Vuonna 2017 myynnin kasvuvauhti on noussut huomattavasti vuoteen 2016 verrattuna. Näistä 660 nm:n LED-valonlähteiden kasvuvauhti on keskittynyt 20–50 prosenttiin, ja fosforilla muunnettujen kasvi-LED-valonlähteiden myynnin kasvuvauhti on 50–200 prosenttia, eli fosforilla muunnettujen kasvi-LED-valonlähteiden myynti kasvaa nopeammin.

Kaikki pakkausyritykset voivat tarjota 0,2–0,9 W:n ja 1–3 W:n yleispakkaustuotteita. Nämä valonlähteet antavat valaisinvalmistajille hyvän joustavuuden valaistussuunnittelussa. Lisäksi jotkut valmistajat tarjoavat myös suuritehoisempia integroituja pakkaustuotteita. Tällä hetkellä yli 80 % useimpien valmistajien toimituksista on 0,2–0,9 W tai 1–3 W. Näistä johtavien kansainvälisten pakkausyritysten toimitukset keskittyvät 1–3 W:iin, kun taas pienten ja keskisuurten pakkausyritysten toimitukset keskittyvät 0,2–0,9 W:iin.

3. Kasvien kasvatusvalaistuksen käyttöalueet

Sovellusalueelta kasvinkasvatusvalaisimia käytetään pääasiassa kasvihuoneiden valaistuksessa, täysin keinotekoisessa valaistuksen tehtaissa, kasvikudosviljelyssä, ulkoviljelyn peltojen valaistuksessa, kotitalouksien vihannesten ja kukkien istutuksessa sekä laboratoriotutkimuksessa.

①Aurinkokäyttöisissä ja moniaukkoisissa kasvihuoneissa keinovalon osuus lisävalaistuksessa on vielä pieni, ja pääasiassa käytetään monimetallilamppuja ja korkeapainenatriumlamppuja. LED-kasvivalaistusjärjestelmien yleistymisaste on suhteellisen alhainen, mutta kasvuvauhti alkaa kiihtyä kustannusten laskiessa. Tärkein syy tähän on se, että käyttäjillä on pitkä kokemus monimetallilamppujen ja korkeapainenatriumlamppujen käytöstä, ja monimetallilamppujen ja korkeapainenatriumlamppujen käyttö voi tuottaa noin 6–8 % kasvihuoneen lämpöenergiasta ilman, että kasveille aiheutuu palovammoja. LED-kasvivalaistusjärjestelmästä ei ollut saatavilla tarkkoja ja tehokkaita ohjeita ja datatukea, mikä viivästytti sen käyttöä päivänvalossa ja moniaukkoisissa kasvihuoneissa. Tällä hetkellä pienimuotoiset demonstraatiosovellukset ovat edelleen pääasiallinen vaihtoehto. Koska LED on kylmävalolähde, se voi olla suhteellisen lähellä kasvien latvustoa, mikä johtaa pienempään lämpötilavaikutukseen. Päivänvalossa ja moniaukkoisissa kasvihuoneissa LED-kasvivalaistusta käytetään yleisemmin kasvien välisessä viljelyssä.

②Ulkoviljelyn käyttö pellolla. Kasvivalaistuksen yleistyminen ja käyttö viljelylaitoksissa on ollut suhteellisen hidasta, kun taas LED-kasvivalaistusjärjestelmien (valojakson säätö) käyttö ulkona kasvaville pitkän päivän viljelykasveille, joilla on korkea taloudellinen arvo (kuten pihajiirappi), on kehittynyt nopeasti.

③Kasvitehtaat. Tällä hetkellä nopein ja laajimmin käytetty kasvivalaistusjärjestelmä on kokonaan keinotekoista valoa käyttävä tehdas, joka on jaettu luokittain keskitettyihin monikerroksisiin ja hajautettuihin siirrettäviin tehdastehtaisiin. Keinotekoista valoa käyttävien tehdastehtaiden kehitys Kiinassa on erittäin nopeaa. Keskitetyn monikerroksisen kokonaan keinotekoista valoa käyttävän tehdastehtaan pääasiallinen investointikohde ei ole perinteinen maatalousyritys, vaan pikemminkin puolijohde- ja kulutuselektroniikkatuotteita valmistavat yritykset, kuten Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong sekä COFCO ja Xi Cui sekä muut uudet modernit maatalousyritykset. Hajautetuissa ja siirrettävissä tehdastehtaissa käytetään edelleen kontteja (uusia kontteja tai käytettyjen konttien rekonstruointia) vakiokantoaineina. Kaikkien keinotekoisten kasvien kasvivalaistusjärjestelmissä käytetään enimmäkseen lineaarisia tai litteitä ryhmävalaistusjärjestelmiä, ja istutettujen lajikkeiden määrä kasvaa jatkuvasti. Erilaisia ​​kokeellisia valokaavoja käyttäviä LED-valonlähteitä on alettu käyttää laajalti. Markkinoilla olevat tuotteet ovat pääasiassa vihreitä lehtivihanneksia.

④Kotitalouskasvien istutus. LED-valoja voidaan käyttää kotitalouskasvien pöytävalaisimissa, kotitalouskasvien istutustelineissä, kotitalouskasvien kasvatuskoneissa jne.

⑤Lääkekasvien viljely. Lääkekasvien viljelyyn kuuluvat esimerkiksi Anoectochilus ja Lithospermum. Näiden markkinoiden tuotteilla on korkeampi taloudellinen arvo, ja ne ovat tällä hetkellä teollisuudenala, jolla on enemmän kasvivalaistuksen sovelluksia. Lisäksi kannabiksen viljelyn laillistaminen Pohjois-Amerikassa ja osissa Eurooppaa on edistänyt LED-kasvivalaistuksen käyttöä kannabiksen viljelyssä.

6. Kukkavalot. Kukka-alan välttämättömänä työkaluna kukkien kukinta-ajan säätämiseen kukka-asetelmassa kukkavalojen varhaisin käyttökohde oli hehkulamput, joita seurasivat energiansäästöloistelamput. LED-teollistumisen myötä perinteiset lamput ovat vähitellen korvanneet LED-tyyppiset kukkavalaisimet.

⑦Kasvikudosviljely. Perinteiset kudosviljelyvalonlähteet ovat pääasiassa valkoisia loisteputkia, joilla on alhainen valotehokkuus ja suuri lämmöntuotto. LEDit sopivat paremmin tehokkaaseen, hallittavaan ja kompaktiin kasvikudosviljelyyn erinomaisten ominaisuuksiensa, kuten alhaisen virrankulutuksen, alhaisen lämmöntuoton ja pitkän käyttöiän, ansiosta. Tällä hetkellä valkoiset LED-putket korvaavat vähitellen valkoiset loisteputket.

4. Kasvivalaistusyritysten alueellinen jakauma

Tilastojen mukaan maassani on tällä hetkellä yli 300 kasvuvalaistusyritystä, ja Helmijoen suiston alueen kasvuvalaistusyritysten osuus on yli 50 %, ja ne ovat jo merkittävässä asemassa. Jangtse-joen suiston alueen kasvuvalaistusyritysten osuus on noin 30 %, ja se on edelleen tärkeä kasvuvalaistustuotteiden tuotantoalue. Perinteiset kasvulamppuyritykset sijaitsevat pääasiassa Jangtse-joen suistossa, Helmijoen suistossa ja Bohain rinteellä, joista Jangtse-joen suiston osuus on 53 % ja Helmijoen suiston 24 % ja Bohain rinteen 22 %. LED-kasvuvalaistusvalmistajien tärkeimmät jakelualueet ovat Helmijoen suisto (62 %), Jangtse-joen suisto (20 %) ja Bohain rinne (12 %).

B. LED-kasvivalaistusalan kehitystrendi

1. Erikoistuminen

LED-kasvivalaisimilla on säädettävä spektri ja valon voimakkuus, alhainen lämmöntuotto ja hyvä vedenpitävyys, joten ne sopivat kasvivalaistukseen erilaisissa kohtauksissa. Samaan aikaan luonnonympäristön muutokset ja ihmisten pyrkimys elintarvikkeiden laatuun ovat edistäneet maatalouden ja kasvatustehtaiden voimakasta kehitystä ja johtaneet LED-kasvivalaistusalan nopeaan kehitykseen. Tulevaisuudessa LED-kasvivalaisimilla on tärkeä rooli maatalouden tuotannon tehokkuuden parantamisessa, elintarviketurvallisuuden parantamisessa sekä hedelmien ja vihannesten laadun parantamisessa. Kasvivalaistuksen LED-valonlähde kehittyy edelleen alan asteittaisen erikoistumisen myötä ja liikkuu kohdennetumpaan suuntaan.

2. Korkea hyötysuhde

Valon tehokkuuden ja energiatehokkuuden parantaminen on avainasemassa kasvien valaistuksen käyttökustannusten merkittävässä alentamisessa. LEDien käyttö perinteisten lamppujen korvaajana sekä valoympäristön dynaaminen optimointi ja säätäminen kasvien valokaavan vaatimusten mukaisesti taimivaiheesta sadonkorjuuvaiheeseen ovat tulevaisuuden väistämättömiä trendejä jalostetussa maataloudessa. Sadon parantamisen kannalta sitä voidaan viljellä vaiheittain ja alueilla yhdistettynä valokaavaan kasvien kehitysominaisuuksien mukaisesti, mikä parantaa tuotantotehokkuutta ja satoa kussakin vaiheessa. Laadun parantamisen kannalta ravinteiden säätelyä ja valon säätelyä voidaan käyttää ravinteiden ja muiden terveydenhuollon funktionaalisten ainesosien pitoisuuden lisäämiseen.

Arvioiden mukaan vihannesten taimien nykyinen kansallinen kysyntä on 680 miljardia, kun taas tehdastaimien tuotantokapasiteetti on alle 10 %. Taimiteollisuudella on korkeammat ympäristövaatimukset. Tuotantokausi on enimmäkseen talvi ja kevät. Luonnonvalo on heikkoa ja tarvitaan keinotekoista lisävaloa. Kasvien kasvatusvalaistuksella on suhteellisen korkea syöttö- ja tuottoteho sekä korkea syötteen vastaanottoaste. LEDillä on ainutlaatuisia etuja, koska hedelmät ja vihannekset (tomaatit, kurkut, melonit jne.) on vartettava, ja erityinen valon lisäspektri korkeassa kosteudessa voi edistää vartettujen taimien paranemista. Kasvihuonevihannesten istutuksen lisävalo voi korvata luonnonvalon puutetta, parantaa kasvien fotosynteesin tehokkuutta, edistää kukintaa ja hedelmöittymistä, lisätä satoa ja parantaa tuotteiden laatua. LED-kasvatusvalaistuksella on laaja sovelluspotentiaali vihannesten taimissa ja kasvihuonetuotannossa.

3. Älykäs

Kasvien kasvatusvalaistuksella on vahva kysyntä reaaliaikaiselle valon laadun ja määrän säädölle. Älykkään ohjausteknologian parantuessa ja esineiden internetin käyttöönoton myötä erilaiset monokromaattiset spektrit ja älykkäät ohjausjärjestelmät voivat toteuttaa aikaohjauksen, valonsäädön ja kasvien kasvutilanteen mukaan valon laadun ja valotehon oikea-aikaisen säätämisen, joka on varmasti kasvinkasvatusvalaistusteknologian tulevan kehityksen päätrendi.