Originalus šaltinis: Houcheng Liu. LED augalų apšvietimo pramonės plėtros būklė ir tendencijos [J]. „Journal of Illumination Engineering“, 2018, 29 (04): 8–9.
Straipsnio šaltinis: „Material Once Deep“

Šviesa yra pagrindinis augalų augimo ir vystymosi aplinkos veiksnys. Šviesa ne tik tiekia energiją augalų augimui per fotosintezę, bet ir yra svarbus augalų augimo bei vystymosi reguliatorius. Dirbtinės šviesos papildymas arba visiškas dirbtinės šviesos spinduliavimas gali skatinti augalų augimą, padidinti derlių, pagerinti produkto formą, spalvą, sustiprinti funkcinius komponentus ir sumažinti ligų bei kenkėjų atsiradimą. Šiandien pasidalinsiu su jumis augalų apšvietimo pramonės plėtros būkle ir tendencijomis.
Dirbtinių šviesos šaltinių technologija vis plačiau naudojama augalų apšvietimo srityje. LED turi daug privalumų, tokių kaip didelis šviesos efektyvumas, mažas šilumos generavimas, mažas dydis, ilgas tarnavimo laikas ir daugelis kitų. Jis turi akivaizdžių pranašumų auginimo apšvietimo srityje. Auginimo apšvietimo pramonė palaipsniui diegs LED šviestuvus augalų auginimui.

A. LED auginimo apšvietimo pramonės plėtros būsena 

1.LED pakuotė auginimo apšvietimui

Augalų apšvietimo LED pakuočių srityje yra daug pakavimo įtaisų rūšių, ir nėra vieningos matavimo ir vertinimo standartų sistemos. Todėl, palyginti su vietiniais produktais, užsienio gamintojai daugiausia dėmesio skiria didelės galios, „cob“ ir modulių kryptims, atsižvelgdami į augalų apšvietimo baltos šviesos serijas, atsižvelgdami į augalų augimo charakteristikas ir humanizuotą apšvietimo aplinką, turi didesnius techninius pranašumus patikimumo, šviesos efektyvumo, skirtingų augalų fotosintezės spinduliuotės charakteristikų srityje skirtinguose augimo cikluose, įskaitant įvairių tipų didelės, vidutinės ir mažos galios augalų skirtingo dydžio produktus, kad patenkintų įvairių augalų poreikius skirtingose ​​augimo aplinkose, tikėdamiesi pasiekti tikslą maksimaliai padidinti augalų augimą ir taupyti energiją.

Daugybė pagrindinių epitaksinių lustų patentų vis dar priklauso ankstyvosioms lyderiaujančioms įmonėms, tokioms kaip Japonijos „Nichia“ ir „American Career“. Vietiniams lustų gamintojams vis dar trūksta patentuotų produktų, kurie būtų konkurencingi rinkoje. Tuo pačiu metu daugelis įmonių taip pat kuria naujas technologijas auginimo apšvietimo pakavimo lustų srityje. Pavyzdžiui, „Osram“ plonasluoksnių lustų technologija leidžia lustus glaudžiai supakuoti, kad būtų sukurtas didelis apšvietimo paviršiaus plotas. Remiantis šia technologija, didelio efektyvumo LED apšvietimo sistema, kurios bangos ilgis yra 660 nm, gali 40 % sumažinti energijos suvartojimą auginimo plote.

2. Išplėskite apšvietimo spektrą ir įrenginius
Augalų apšvietimo spektras yra sudėtingesnis ir įvairesnis. Skirtingi augalai skirtingais augimo ciklais ir net skirtingose ​​augimo aplinkose turi labai skirtingus reikalingus spektrus. Siekiant patenkinti šiuos skirtingus poreikius, šiuo metu pramonėje yra šios schemos: ① Daugiafunkcinės monochromatinės šviesos derinių schemos. Trys efektyviausi augalų fotosintezės spektrai yra daugiausia spektras su smailėmis ties 450 nm ir 660 nm, 730 nm juosta augalų žydėjimui sukelti, plius 525 nm žalia šviesa ir ultravioletinė juosta žemiau 380 nm. Šių tipų spektrus galima derinti pagal skirtingus augalų poreikius, kad būtų sukurtas tinkamiausias spektras. ② Pilno spektro schema, skirta visiškai aprėpti augalų poreikių spektrą. Šis spektro tipas, atitinkantis „Seoul Semiconductor“ ir „Samsung“ atstovaujamą „SUNLIKE“ lustą, gali būti ne pats efektyviausias, tačiau jis tinka visiems augalams, o jo kaina yra daug mažesnė nei monochromatinės šviesos derinių sprendimų. ③ Naudokite viso spektro baltą šviesą kaip pagrindinę schemą ir 660 nm raudoną šviesą kaip kombinuotą schemą, kad pagerintumėte spektro efektyvumą. Ši schema yra ekonomiškesnė ir praktiškesnė.

Augalų auginimo apšvietimo monochromatinių šviesos LED lustų (pagrindiniai bangos ilgiai yra 450 nm, 660 nm, 730 nm) pakavimo įtaisus gamina daugelis vietinių ir užsienio kompanijų, tuo tarpu vietiniai produktai yra įvairesni ir turi daugiau specifikacijų, o užsienio gamintojų produktai yra labiau standartizuoti. Tuo pačiu metu, kalbant apie fotosintezės fotonų srautą, šviesos efektyvumą ir kt., vis dar yra didelis atotrūkis tarp vietinių ir užsienio pakavimo įtaisų gamintojų. Kalbant apie augalų apšvietimo monochromatinių šviesos pakavimo įtaisus, be gaminių, kurių pagrindinės bangos ilgių juostos yra 450 nm, 660 nm ir 730 nm, daugelis gamintojų taip pat kuria naujus gaminius kitose bangos ilgių juostose, kad būtų užtikrintas visiškas fotosintetiškai aktyvios spinduliuotės (PAR) bangos ilgių (450–730 nm) aprėptis.

Monochromatinės LED augalų augimo lempos netinka visų augalų auginimui. Todėl pabrėžiami pilno spektro LED privalumai. Visų spektrų atveju pirmiausia reikia pasiekti visą matomos šviesos spektro (400–700 nm) aprėptį ir padidinti šių dviejų juostų našumą: mėlynai žalią šviesą (470–510 nm) ir tamsiai raudoną šviesą (660–700 nm). Norint pasiekti „pilną“ spektrą, naudojamas įprastas mėlynas LED arba ultravioletinis LED lustas su fosforu, o jo fotosintezės efektyvumas turi savo aukštą ir žemą vertes. Dauguma augalų apšvietimo baltų LED pakavimo įrenginių gamintojų naudoja mėlyną lustą + fosforą, kad pasiektų visą spektrą. Be monochromatinės ir mėlynos šviesos arba ultravioletinio lusto ir fosforo pakavimo režimo, kad būtų realizuota balta šviesa, augalų apšvietimo pakavimo įrenginiai taip pat turi sudėtinį pakavimo režimą, kuriame naudojami du ar daugiau bangos ilgių lustai, pvz., raudona, dešimt mėlynos/ultravioletinės, RGB, RGBW. Šis pakavimo režimas turi didelių privalumų pritemdymo srityje.

Kalbant apie siauro bangos ilgio LED gaminius, dauguma pakuočių tiekėjų gali pasiūlyti klientams įvairaus bangos ilgio gaminius 365–740 nm diapazone. Kalbant apie fosforu konvertuojamą augalų apšvietimo spektrą, dauguma pakuočių gamintojų siūlo klientams įvairių spektrų. Palyginti su 2016 m., 2017 m. pardavimų augimo tempas gerokai išaugo. Tarp jų 660 nm LED šviesos šaltinių augimo tempas siekia 20–50 %, o fosforu konvertuotų augalų LED šviesos šaltinių pardavimų augimo tempas siekia 50–200 %, t. y. fosforu konvertuotų augalų LED šviesos šaltinių pardavimai auga sparčiau.

Visos pakavimo įmonės gali tiekti 0,2–0,9 W ir 1–3 W bendrosios galios pakavimo gaminius. Šie šviesos šaltiniai suteikia apšvietimo gamintojams didelį lankstumą projektuojant apšvietimą. Be to, kai kurie gamintojai taip pat tiekia didesnės galios integruotus pakavimo gaminius. Šiuo metu daugiau nei 80 % daugumos gamintojų tiekiamų gaminių yra 0,2–0,9 W arba 1–3 W. Tarp jų pirmaujančių tarptautinių pakavimo įmonių tiekiamos 1–3 W, o mažų ir vidutinių pakavimo įmonių – 0,2–0,9 W.

3. Augalų auginimo apšvietimo taikymo sritys

Taikymo srityje augalų auginimo šviestuvai daugiausia naudojami šiltnamių apšvietimui, dirbtinio apšvietimo augalų gamykloms, augalų audinių kultūrai, lauko ūkininkavimo lauko apšvietimui, buitinėms daržovėms ir gėlių sodinimui bei laboratoriniams tyrimams.

①Saulės ir daugiaatramiuose šiltnamiuose dirbtinės šviesos dalis papildomam apšvietimui vis dar yra maža, o pagrindinės yra metalo halogenidų lempos ir aukšto slėgio natrio lempos. LED auginimo apšvietimo sistemų paplitimas yra gana mažas, tačiau augimo tempas pradeda didėti mažėjant kainai. Pagrindinė priežastis yra ta, kad vartotojai turi ilgalaikę metalo halogenidų lempų ir aukšto slėgio natrio lempų naudojimo patirtį, o metalo halogenidų lempų ir aukšto slėgio natrio lempų naudojimas gali tiekti apie 6–8 % šiltnamio šilumos energijos, kartu išvengiant augalų nudegimų. LED auginimo apšvietimo sistema nepateikė konkrečių ir veiksmingų instrukcijų bei duomenų palaikymo, todėl jos taikymas dienos šviesos ir daugiaatramiuose šiltnamiuose vėlavo. Šiuo metu pagrindinius pritaikymus vis dar sudaro nedidelio masto demonstraciniai pritaikymai. Kadangi LED yra šaltos šviesos šaltinis, jis gali būti gana arti augalų lajos, todėl temperatūros poveikis yra mažesnis. Dienos šviesos ir daugiaatramiuose šiltnamiuose LED auginimo apšvietimas dažniau naudojamas tarp augalų auginimui.

②Taikymas lauko ūkininkavimo laukuose. Augalų apšvietimo skverbtis ir taikymas ūkiuose vyko gana lėtai, o LED augalų apšvietimo sistemų (fotoperiodo kontrolė) taikymas lauko ilgų dienų pasėliams, turintiems didelę ekonominę vertę (pvz., drakono vaisiui), sparčiai vystėsi.

③Augalų gamyklos. Šiuo metu sparčiausia ir plačiausiai naudojama augalų apšvietimo sistema yra dirbtinio apšvietimo gamykla, kuri pagal kategorijas skirstoma į centralizuotas daugiasluoksnes ir paskirstytas kilnojamąsias gamyklas. Dirbtinio apšvietimo gamyklų plėtra Kinijoje yra labai sparti. Pagrindinė centralizuotos daugiasluoksnės dirbtinio apšvietimo gamyklos investicijų jėgainė nėra tradicinės žemės ūkio įmonės, o labiau įmonės, užsiimančios puslaidininkių ir plataus vartojimo elektronikos gaminiais, tokios kaip „Zhongke San'an“, „Foxconn“, „Panasonic Suzhou“, „Jingdong“, taip pat COFCO ir Xi Cui bei kitos naujos modernios žemės ūkio įmonės. Paskirstytose ir mobiliose augalų gamyklose kaip standartiniai nešikliai vis dar naudojami laivybos konteineriai (nauji konteineriai arba naudotų konteinerių rekonstrukcija). Visų dirbtinių augalų augalų apšvietimo sistemose dažniausiai naudojamos linijinės arba plokščiosios matricos apšvietimo sistemos, o sodinamų veislių skaičius toliau plečiasi. Įvairūs eksperimentiniai šviesos formulės LED šviesos šaltiniai pradėjo plačiai ir plačiai būti naudojami. Rinkoje esantys produktai daugiausia yra žalios lapinės daržovės.

4. Buitinių augalų sodinimas. LED lempos gali būti naudojamos buitinėse augalų stalo lempose, buitinėse augalų sodinimo lentynose, buitinėse daržovių auginimo mašinose ir kt.

⑤Vaistinių augalų auginimas. Vaistinių augalų auginimas apima tokius augalus kaip Anoectochilus ir Lithospermum. Šių rinkų produktai turi didesnę ekonominę vertę ir šiuo metu tai yra pramonės šaka, kurioje daugiau augalų apšvietimo pritaikymų. Be to, kanapių auginimo legalizavimas Šiaurės Amerikoje ir kai kuriose Europos dalyse paskatino LED auginimo apšvietimo taikymą kanapių auginimo srityje.

6. Žydinčios lemputės. Gėlių sodininkystės pramonėje, kaip nepakeičiama priemonė gėlių žydėjimo laikui reguliuoti, anksčiausiai žydinčios lemputės buvo naudojamos kaitrinėse lempose, po to – energiją taupančiose fluorescencinėse lempose. Tobulėjant LED industrializacijai, tradicines lempas palaipsniui pakeitė LED tipo žydintys šviestuvai.

⑦Augalų audinių kultūra. Tradiciniai audinių kultūros šviesos šaltiniai daugiausia yra baltos fluorescencinės lempos, pasižyminčios mažu šviesos efektyvumu ir dideliu šilumos išsiskyrimu. LED lempos labiau tinka efektyviai, valdomai ir kompaktiškai augalų audinių kultūrai dėl savo išskirtinių savybių, tokių kaip mažas energijos suvartojimas, mažas šilumos išsiskyrimas ir ilgas tarnavimo laikas. Šiuo metu baltos LED lempos pamažu keičia baltas fluorescencines lempas.

4. Augalų apšvietimo įmonių regioninis pasiskirstymas

Remiantis statistika, mano šalyje šiuo metu yra daugiau nei 300 auginimo apšvietimo įmonių, o Perlo upės deltos regione auginimo apšvietimo įmonės sudaro daugiau nei 50 % visų įmonių ir jau užima svarbią poziciją. Jangdzės upės deltoje auginimo apšvietimo įmonės sudaro apie 30 %, ir tai vis dar yra svarbi auginimo apšvietimo produktų gamybos sritis. Tradicinės auginimo lempų įmonės daugiausia veikia Jangdzės upės deltoje, Perlo upės deltoje ir Bohajaus pakraštyje, iš kurių Jangdzės upės delta sudaro 53 %, o Perlo upės delta ir Bohajaus pakraštys – atitinkamai 24 % ir 22 %. Pagrindinės LED auginimo apšvietimo gamintojų platinimo sritys yra Perlo upės delta (62 %), Jangdzės upės delta (20 %) ir Bohajaus pakraštys (12 %).

B. LED auginimo apšvietimo pramonės plėtros tendencijos

1. Specializacija

LED auginimo apšvietimas pasižymi reguliuojamu spektru ir šviesos intensyvumu, mažu bendru šilumos generavimu ir geromis atsparumu vandeniui, todėl tinka auginimo apšvietimui įvairiose vietose. Tuo pačiu metu, pasikeitusi gamtinė aplinka ir žmonių siekis gerinti maisto kokybę paskatino spartų žemės ūkio ir auginimo gamyklų vystymąsi, o LED auginimo apšvietimo pramonė sparčiai vystėsi. Ateityje LED auginimo apšvietimas atliks svarbų vaidmenį gerinant žemės ūkio gamybos efektyvumą, gerinant maisto saugą ir gerinant vaisių bei daržovių kokybę. LED šviesos šaltinis auginimo apšvietimui toliau vystysis kartu su laipsniška pramonės specializacija ir judės tikslingesne kryptimi.

2. Didelis efektyvumas

Šviesos efektyvumo ir energijos vartojimo efektyvumo gerinimas yra raktas į didelį augalų apšvietimo eksploatavimo sąnaudų sumažinimą. Šviesos diodų naudojimas tradicinėms lempoms pakeisti ir dinamiškas apšvietimo aplinkos optimizavimas bei reguliavimas pagal augalų šviesos formulės reikalavimus nuo daigų stadijos iki derliaus nuėmimo yra neišvengiamos rafinuotos žemdirbystės tendencijos ateityje. Kalbant apie derliaus gerinimą, auginimas etapais ir regionuose gali būti derinamas su šviesos formule pagal augalų vystymosi ypatybes, siekiant pagerinti gamybos efektyvumą ir derlių kiekviename etape. Kalbant apie kokybės gerinimą, mitybos ir šviesos reguliavimas gali būti naudojamas maistinių medžiagų ir kitų sveikatos priežiūros funkcinių ingredientų kiekiui padidinti.

Remiantis skaičiavimais, dabartinė nacionalinė daržovių daigų paklausa siekia 680 milijardų, o gamyklinių daigų gamybos pajėgumai yra mažesni nei 10 %. Daigų pramonei keliami aukštesni aplinkosaugos reikalavimai. Auginimo sezonas daugiausia yra žiema ir pavasaris. Natūrali šviesa yra silpna, todėl reikalinga dirbtinė papildoma šviesa. Augalų auginimo apšvietimas turi gana didelę įvesties ir išvesties galią bei aukštą įvesties priėmimo laipsnį. LED turi unikalių pranašumų, nes vaisius ir daržoves (pomidorus, agurkus, melionus ir kt.) reikia skiepyti, o specifinis šviesos papildymo spektras esant didelei drėgmei gali skatinti skiepytų daigų gijimą. Šiltnamio daržovių sodinimo papildoma šviesa gali kompensuoti natūralios šviesos trūkumą, pagerinti augalų fotosintezės efektyvumą, skatinti žydėjimą ir vaisiaus vystymąsi, padidinti derlių ir pagerinti produkto kokybę. LED auginimo apšvietimas turi plačias taikymo perspektyvas daržovių daiguose ir šiltnamių auginime.

3. Protingas

Augalų auginimo apšvietimui labai reikalinga realiuoju laiku valdyti šviesos kokybę ir kiekį. Tobulėjant intelektualioms valdymo technologijoms ir taikant daiktų internetą, įvairūs monochromatiniai spektrai ir intelektualios valdymo sistemos gali realizuoti laiko valdymą, šviesos valdymą ir, atsižvelgiant į augalų augimo būseną, savalaikį šviesos kokybės ir šviesos srauto reguliavimą, kuris neabejotinai taps pagrindine būsimos augalų auginimo apšvietimo technologijų plėtros tendencija.