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led植物照明技术的发展 led照明技术应用现状与发展趋势

时间:2022-05-01 15:15:47 来源:网编 浏览:794

【摘要】led植物照明技术的发展 led照明技术应用现状与发展趋势光是植物生长发育的基本环境因素。光照不仅通过光合作用供给植物生长所需的能量,也是植物生长发育的重要调节因素。通过人工光补给和全人工光照射,可以促进植物的生长,提高产量,改善产品的形态和颜色,提高功能成......

led植物照明技术的发展 led照明技术应用现状与发展趋势

光是植物生长发育的基本环境因素。光照不仅通过光合作用供给植物生长所需的能量,也是植物生长发育的重要调节因素。通过人工光补给和全人工光照射,可以促进植物的生长,提高产量,改善产品的形态和颜色,提高功能成分,减少病虫害的发生。今天我要和大家分享植物照明产业的发展现状和趋势。

人工光源技术在植物照明领域的应用越来越广泛,LED其光效率高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点,使植物照明领域的应用优势明显,植物照明灯也逐渐以LED照明照明器具为主。

一、LED植物照明产业的发展现状

1.植物照明包

在植物照明包装领域,封装器件种类很多,没有统一的测定评价基准体系,国外的大工厂主要在大功率、COB和模块的方向上,兼备植物照明白光系列,结合植物生长特性和人性化照明环境,比国内产品更可靠、光效果、在研究不同植物的不同生长周期的光合作用照射特性等方面具有较大的技术优势,各种不同尺寸的高功率、中输出及低输出产品满足各种植物在不同生长环境中的需求,期待达到植物最大化和节能的目标。

芯片外延提示的大量核心专利仍掌握在日本日亚、美国科锐等早期领军企业手中,国内芯片制造商仍缺乏具有市场竞争力的专利产品。同时,很多公司在植物照明封装芯片领域,欧司朗薄膜芯片技术将芯片紧密封装,创造出大面积的照明表面基于该技术的波长660nm的高效率LED照明设备系统开发了能够降低种植区内40%的能量消耗等新技术。

2.植物照明光谱和设备

植物照明的光谱相对复杂和多样化,即使在不同的植物的不同生长周期,甚至不同的生长环境中,所需的光谱也有很大的差异。为了满足这些差异的需要,目前行业内有以下几种方案:一种或多种单色光组合方案,其中以植物光合作用最有效的峰值为450nm、660nm的光谱和植物开花诱导730nm频带三个光谱为主,再加上525nm的绿光和小于380nm的紫外波段这些光谱根据植物的不同需求组合最佳光谱。②全光谱方式实现植物需求光谱的全覆盖,以首尔半导体、三星为代表SUNLIKE,虽然这样的光谱不一定是最有效的,但是适用于所有的植物,而且成本比单色光组合方式低得多。3以全光谱白光为主,加上660nm的红光组合方案,提高了光谱的有效性。这个方案比较经济实用。

植物照明单色光(主要波长为450nm、660nm、730nm)封装器件是国内外多家公司所覆盖的,但国内产品的种类比较复杂、规格多、国外厂商的产品相对标准化的同时,光合光子通量、光效应等方面国内外的包装工厂仍存在较大差异。植物照明单色光封装器件除了主要频带为450nm、660nm、730nm的产品外,许多制造商还开发了其他频带的新产品,实现了产品的完全光合有效辐射(photo-syntheticaly active radition、PAR)波长覆盖(450-770nm)。

单色光LED植物生长灯不适合任何植物的生长,因此所有光谱LED的优点都显著,所有光谱首先达到可见光全光谱(400~700nm)的全覆盖,另外提高蓝绿色光(470~50nm)、深红色光(660~700nm)这两个波段的表现。通常的蓝光LED或紫外线LED芯片和荧光体的组合实现了“全”光谱,其光合作用效率分别降低。植物照明白光LED封装器件大部分制造商使用蓝牙chip+荧光体实现了全光谱。植物照明封装器件除了单色光以及在蓝色或紫外线芯片上加上荧光体来实现白光的封装模式之外,还有使用红十蓝/紫外线、RGB、RGBW等两个以上的波长芯片进行复合封装的模式。这种封装模式对调光有很大的优点。

在狭小波长LED的产品中,大多数封装供应商都是?可以向客户提供740nm频带的各种波长产品。在磷光体变换的植物照明光谱方面,大部分的包装制造商为了顾客的选择有很多的光谱。与2016年相比,2017年销售增长率大幅增加,其中660nmLED光源的增长率集中在20%-50%,而萤光体变换植物LED光源的销售增长率达到50%-200%,即萤光体变换植物LED光源的销售增加更快。

所有的包装公司都可以提供0.2-0.9W和1-3W的通用包装产品,这些光源为照明设备制造商的设计提供了良好的灵活性。另外,部分厂商还提供更高功率的综合包装产品。目前,大多数制造商的出货量都在0.2-0.9W或1-3W之间。其中,国际顶尖的包装企业的发货集中在1-3W,中小规模的包装企业的发货集中在0.2-09W。

3.植物照明应用领域

从应用领域来看,植物照明器具主要应用于温室补光、全人工光植物工厂、植物组织培养、大田补光、家庭蔬菜及花卉栽培及实验室研究。

①在日光温室及连栋温室中,人工光的增光比例仍然较低,以金卤灯及高压钠灯为主,LED植物照明系统的渗透率较低,但成长速度随着成本的降低而开始加速,主要原因是金卤灯以及使用者对高压钠灯的使用经验较长金卤灯以及在避免使用高压钠灯灼伤植物的同时,还向温室提供了约6%到8%的热能。另一方面,LED植物照明系统没有提供具体有效的使用说明和数据支持,推迟了对日光和连栋温室的应用。现在主要还是小规模的模范应用。因为LED属于冷光源,所以能够对植物冠面产生比较接近的温度影响,在日光及连栋温室中LED植物照明的应用较多的是株距补光灯具。

②大田应用。设施农业植物照明的渗透和应用进展较为缓慢,室外经济价值高的长日照作物(例如火龙果)的LED植物照明系统光周期控制)的应用迅速发展。

③植物工厂。植物照明系统的当前应用最迅速最广泛的是全人工光植物工厂,根据分类分为集中式多层和分布式移动植物工厂。全人工光植物工厂在国内发展非常迅速。集中型多层全人工光植物工厂的投资主体不是以前的农业公司,很多公司从事半导体和消费电子产品,例如也有中科三安、富士康、松下苏州、京东、中粮、喜翠等新型现代农业公司。分散型可动植物工厂中,依然以海运集装箱(新箱或旧箱的改修)为标准载体。全人工植物工厂植物照明系统多采用线性或平板阵列照明器具系统,种植品种不断扩大,各种实验性光处方LED光源开始广泛应用,其上市产品主要是绿叶蔬菜。

④家庭植物栽培。LED可应用于家用植物架、家用植物栽培架、家用蔬菜成长机等。

⑤药用植物育成。药用植物的栽培金线莲、铁皮石解等,这些市场的产品具有更高的经济价值,现在是植物照明的应用较多的产业。另外,北美和欧洲部分地区大麻种殖的合法化促进了LED植物照明在大麻种殖领域的应用。

⑥花期灯。作为调整花卉园艺产业花卉开花时间的必要工具,最早应用的花期照明器具是白炽灯,之后的节能荧光灯随着LED产业化的推进,更多LED类型的花期照明器具取代了传统照明器具。

⑦植物组织培养。传统的组织培养光源主要是白色荧光灯,其光效率低,发热量大。LED由于低耗电、低热、寿命长等显著特征,适合于高效可控紧凑空间的植物组织培养。目前,白色荧光灯LED灯管逐渐取代白色荧光灯。

4.植物照明企业的区域分布情况

据统计,目前,中国从事植物照明的企业已超过300家,珠江三角洲地区植物照明企业的比例超过50%,已经处于主要位置。长三角地区植物照明企业的比例约为30%,仍然是重要的植物照明产品生产区。传统型植物灯企业主要分布在长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区,其中长江三角洲地区占53%,珠江三角洲和环渤海地区分别占24%和22%。LED植物照明生产企业的主要分布区是珠三角洲地区(62%)、长江三角洲地区(20%)、环渤海地区(12%)。

二、LED植物照明产业的发展趋势

1.专业化

LED植物照明具有能够调整光谱和光量以及整体发热较小的发光特性,因此具有良好的防水性能,适合于各种场景的植物照明。同时,通过自然环境的变化和人们对食品质量的追求,促进设施农业和植物工厂的蓬勃发展,LED使植物照明行业进入快速发展期,未来LED植物照明将在提高农业生产效率、提高食品安全、改善蔬菜和水果质量方面发挥重要作用。植物照明用LED光源随着产业专业化的推进,向着更准确的方向前进。

2.效率化

提高光效和能源效率是大幅减少植物照明运行费用的关键,采用LED代替传统照明器具,根据植物苗期到收获期的光处方需求进行光环境的动态优化调整,是未来精致农业的必然趋势。在提高产量方面,可以根据植物的发育特征,分阶段、地区结合光配合物进行培育,提高各阶段的生产效率和产量。在提高品质方面,通过营养控制和光控制等手段,可以提高营养成分的含量和其他保健功能成分的含量。

现在,全国蔬菜育苗需求量为6800亿股,工厂化育苗的生产能力估计不到10%。育苗产业对环境的要求高,生产季节多为冬春,自然光弱,需要人工补充光,植物照明的投人产出高,对投人的接受度高。果蔬类(番茄、黄瓜、甜瓜等)需要嫁接,在高湿度条件下特定的光谱辅光会促进嫁接木苗的结合,LED具有独特的优越性。温室蔬菜的栽培可以补充光线,弥补自然光不足,提高植物的光合作用效率,促进开花结果,提高产量,提高产品质量。LED植物照明在蔬菜育苗和温室生产中的应用前景很广泛。

3.智能化

植物照明能够实时控制对光质光量这样的复杂的需求,随着智能控制技术的提高、物联网的应用,多种单色光光谱和智能控制系统实现时控制、光控制,实现根据植物的成长状态及时调整的光质光量的输出这无疑是植物照明技术未来发展的主要趋势。

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