Sumber Asal: Houcheng Liu. Status pembangunan dan trend industri pencahayaan tumbuhan LED[J].Jurnal Kejuruteraan Pencahayaan,2018,29(04):8-9.
Sumber Artikel: Bahan Setelah Mendalam

Cahaya merupakan faktor persekitaran asas bagi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Cahaya bukan sahaja membekalkan tenaga untuk pertumbuhan tumbuhan melalui fotosintesis, tetapi juga merupakan pengawal selia penting bagi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Tambahan cahaya buatan atau penyinaran cahaya buatan penuh boleh menggalakkan pertumbuhan tumbuhan, meningkatkan hasil, memperbaiki bentuk, warna produk, mempertingkatkan komponen berfungsi, dan mengurangkan kejadian penyakit dan perosak. Hari ini, saya akan berkongsi dengan anda status pembangunan dan trend industri pencahayaan tumbuhan.
Teknologi sumber cahaya buatan semakin meluas digunakan dalam bidang pencahayaan tumbuhan. LED mempunyai banyak kelebihan seperti kecekapan cahaya yang tinggi, penjanaan haba yang rendah, saiz yang kecil, jangka hayat yang panjang dan banyak lagi kelebihan lain. Ia mempunyai kelebihan yang jelas dalam bidang pencahayaan tanaman. Industri pencahayaan tanaman akan secara beransur-ansur menerima pakai lekapan lampu LED untuk penanaman tumbuhan.

A. Status pembangunan industri pencahayaan LED 

1. Pakej LED untuk pencahayaan tumbuh

Dalam bidang pembungkusan LED lampu tumbuh, terdapat pelbagai jenis peranti pembungkusan, dan tiada sistem standard pengukuran dan penilaian yang seragam. Oleh itu, berbanding dengan produk domestik, pengeluar asing terutamanya memberi tumpuan kepada arah kuasa tinggi, tongkol dan modul, dengan mengambil kira siri cahaya putih lampu tumbuh, dengan mengambil kira ciri pertumbuhan tumbuhan dan persekitaran pencahayaan manusiawi, mempunyai kelebihan teknikal yang lebih besar dalam kebolehpercayaan, kecekapan cahaya, ciri sinaran fotosintesis tumbuhan yang berbeza dalam kitaran pertumbuhan yang berbeza, termasuk pelbagai jenis loji kuasa tinggi, kuasa sederhana dan kuasa rendah dengan saiz produk yang berbeza, untuk memenuhi keperluan pelbagai tumbuhan dalam persekitaran pertumbuhan yang berbeza, dengan harapan dapat mencapai matlamat memaksimumkan pertumbuhan tumbuhan dan penjimatan tenaga.

Sebilangan besar paten teras untuk wafer epitaksi cip masih berada di tangan syarikat-syarikat terkemuka awal seperti Nichia dan American Career dari Jepun. Pengilang cip domestik masih kekurangan produk berpaten yang mempunyai daya saing pasaran. Pada masa yang sama, banyak syarikat juga sedang membangunkan teknologi baharu dalam bidang cip pembungkusan pencahayaan tanaman. Contohnya, teknologi cip filem nipis Osram membolehkan cip dibungkus rapat antara satu sama lain untuk menghasilkan permukaan pencahayaan kawasan yang luas. Berdasarkan teknologi ini, sistem pencahayaan LED berkecekapan tinggi dengan panjang gelombang 660nm boleh mengurangkan 40% penggunaan tenaga di kawasan penanaman.

2. Kembangkan spektrum dan peranti pencahayaan
Spektrum pencahayaan tumbuhan adalah lebih kompleks dan pelbagai. Tumbuhan yang berbeza mempunyai perbezaan yang besar dalam spektrum yang diperlukan dalam kitaran pertumbuhan yang berbeza dan juga dalam persekitaran pertumbuhan yang berbeza. Bagi memenuhi keperluan yang berbeza ini, terdapat skim berikut dalam industri pada masa ini: ①Pelbagai skim gabungan cahaya monokromatik. Tiga spektrum yang paling berkesan untuk fotosintesis tumbuhan terutamanya spektrum dengan puncak pada 450nm dan 660nm, jalur 730nm untuk mendorong pembungaan tumbuhan, ditambah cahaya hijau 525nm dan jalur ultraungu di bawah 380nm. Gabungkan jenis spektrum ini mengikut keperluan tumbuhan yang berbeza untuk membentuk spektrum yang paling sesuai. ②Skim spektrum penuh untuk mencapai liputan penuh spektrum permintaan tumbuhan. Spektrum jenis ini yang sepadan dengan cip SUNLIKE yang diwakili oleh Seoul Semiconductor dan Samsung mungkin bukan yang paling cekap, tetapi ia sesuai untuk semua tumbuhan, dan kosnya jauh lebih rendah daripada penyelesaian gabungan cahaya monokromatik. ③Gunakan cahaya putih spektrum penuh sebagai teras, ditambah cahaya merah 660nm sebagai skema gabungan untuk meningkatkan keberkesanan spektrum. Skim ini lebih menjimatkan dan praktikal.

Cip LED lampu monokromatik pencahayaan tanaman (panjang gelombang utama ialah 450nm, 660nm, 730nm) dilindungi oleh banyak syarikat domestik dan asing, manakala produk domestik lebih pelbagai dan mempunyai lebih banyak spesifikasi, dan produk pengeluar asing lebih standard. Pada masa yang sama, dari segi fluks foton fotosintetik, kecekapan cahaya, dan sebagainya, masih terdapat jurang yang besar antara pengeluar pembungkusan domestik dan asing. Bagi peranti pembungkusan lampu monokromatik pencahayaan tanaman, selain produk dengan jalur panjang gelombang utama 450nm, 660nm, dan 730nm, banyak pengeluar juga sedang membangunkan produk baharu dalam jalur panjang gelombang lain untuk merealisasikan liputan lengkap untuk panjang gelombang sinaran aktif fotosintetik (PAR) (450-730nm).

Lampu pertumbuhan tumbuhan LED monokromatik tidak sesuai untuk pertumbuhan semua tumbuhan. Oleh itu, kelebihan LED spektrum penuh diserlahkan. Spektrum penuh mesti terlebih dahulu mencapai liputan penuh spektrum penuh cahaya nampak (400-700nm), dan meningkatkan prestasi dua jalur ini: cahaya biru-hijau (470-510nm), cahaya merah tua (660-700nm). Gunakan cip LED biru biasa atau LED ultraungu dengan fosfor untuk mencapai spektrum "penuh", dan kecekapan fotosintesisnya mempunyai tahap tinggi dan rendahnya yang tersendiri. Kebanyakan pengeluar peranti pembungkusan LED putih pencahayaan tumbuhan menggunakan cip Biru + fosfor untuk mencapai spektrum penuh. Selain mod pembungkusan cahaya monokromatik dan cahaya biru atau cip ultraungu serta fosfor untuk merealisasikan cahaya putih, peranti pembungkusan pencahayaan tumbuhan juga mempunyai mod pembungkusan komposit yang menggunakan dua atau lebih cip panjang gelombang, seperti merah sepuluh biru/ultraungu, RGB, RGBW. Mod pembungkusan ini mempunyai kelebihan besar dalam peredupan.

Dari segi produk LED panjang gelombang sempit, kebanyakan pembekal pembungkusan boleh menyediakan pelanggan dengan pelbagai produk panjang gelombang dalam jalur 365-740nm. Mengenai spektrum pencahayaan tumbuhan yang ditukar oleh fosfor, kebanyakan pengeluar pembungkusan mempunyai pelbagai spektrum untuk dipilih oleh pelanggan. Berbanding dengan tahun 2016, kadar pertumbuhan jualannya pada tahun 2017 telah mencapai peningkatan yang ketara. Antaranya, kadar pertumbuhan sumber cahaya LED 660nm tertumpu pada 20%-50%, dan kadar pertumbuhan jualan sumber cahaya LED tumbuhan yang ditukar fosfor mencapai 50%-200%, iaitu jualan sumber cahaya LED tumbuhan yang ditukar fosfor berkembang lebih pantas.

Semua syarikat pembungkusan boleh menyediakan produk pembungkusan umum 0.2-0.9 W dan 1-3 W. Sumber cahaya ini membolehkan pengeluar pencahayaan mempunyai fleksibiliti yang baik dalam reka bentuk pencahayaan. Di samping itu, sesetengah pengeluar juga menyediakan produk pembungkusan bersepadu berkuasa lebih tinggi. Pada masa ini, lebih daripada 80% penghantaran kebanyakan pengeluar adalah 0.2-0.9 W atau 1-3 W. Antaranya, penghantaran syarikat pembungkusan antarabangsa terkemuka tertumpu pada 1-3 W, manakala penghantaran syarikat pembungkusan kecil dan sederhana tertumpu pada 0.2-0.9 W.

3. Bidang aplikasi pencahayaan tanaman

Dari bidang aplikasi, lekapan lampu tanaman digunakan terutamanya dalam pencahayaan rumah hijau, kilang tanaman pencahayaan buatan sepenuhnya, kultur tisu tanaman, pencahayaan ladang pertanian luar, penanaman sayur-sayuran dan bunga isi rumah, dan penyelidikan makmal.

①Dalam rumah hijau solar dan rumah hijau berbilang rentang, kadar cahaya buatan untuk pencahayaan tambahan masih rendah, dan lampu halida logam dan lampu natrium tekanan tinggi adalah yang utama. Kadar penembusan sistem pencahayaan pertumbuhan LED agak rendah, tetapi kadar pertumbuhan mula meningkat apabila kos menurun. Sebab utamanya ialah pengguna mempunyai pengalaman jangka panjang menggunakan lampu halida logam dan lampu natrium tekanan tinggi, dan penggunaan lampu halida logam dan lampu natrium tekanan tinggi boleh menyediakan kira-kira 6% hingga 8% tenaga haba untuk rumah hijau sambil mengelakkan kebakaran pada tumbuhan. Sistem pencahayaan pertumbuhan LED tidak menyediakan arahan dan sokongan data yang khusus dan berkesan, yang melambatkan aplikasinya dalam rumah hijau siang dan berbilang rentang. Pada masa ini, aplikasi demonstrasi berskala kecil masih menjadi teras. Memandangkan LED merupakan sumber cahaya sejuk, ia boleh berada agak dekat dengan kanopi tumbuhan, mengakibatkan kesan suhu yang kurang. Dalam rumah hijau siang dan berbilang rentang, pencahayaan pertumbuhan LED lebih kerap digunakan dalam penanaman antara tumbuhan.

②Aplikasi ladang pertanian luar. Penembusan dan aplikasi pencahayaan tumbuhan dalam pertanian fasiliti agak perlahan, manakala aplikasi sistem pencahayaan tumbuhan LED (kawalan fotoperiod) untuk tanaman luar jangka panjang dengan nilai ekonomi yang tinggi (seperti buah naga) telah mencapai pembangunan yang pesat.

③Kilang loji. Pada masa ini, sistem pencahayaan loji yang terpantas dan paling banyak digunakan ialah kilang loji cahaya buatan sepenuhnya, yang dibahagikan kepada kilang loji boleh alih berbilang lapisan berpusat dan teragih mengikut kategori. Pembangunan kilang loji cahaya buatan di China sangat pesat. Badan pelaburan utama kilang loji cahaya buatan berbilang lapisan berpusat bukanlah syarikat pertanian tradisional, tetapi lebih banyak syarikat yang terlibat dalam produk semikonduktor dan elektronik pengguna, seperti Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, dan juga COFCO dan Xi Cui serta syarikat pertanian moden baharu yang lain. Di kilang loji teragih dan mudah alih, kontena perkapalan (kontena baharu atau pembinaan semula kontena terpakai) masih digunakan sebagai pembawa standard. Sistem pencahayaan loji semua loji buatan kebanyakannya menggunakan sistem pencahayaan linear atau panel rata, dan bilangan varieti yang ditanam terus berkembang. Pelbagai sumber cahaya LED formula cahaya eksperimen telah mula digunakan secara meluas dan meluas. Produk di pasaran kebanyakannya sayur-sayuran berdaun hijau.

④Penanaman tumbuhan isi rumah. LED boleh digunakan dalam lampu meja tumbuhan isi rumah, rak penanaman tumbuhan isi rumah, mesin penanaman sayur-sayuran isi rumah, dan sebagainya.

⑤Penanaman tumbuhan ubatan. Penanaman tumbuhan ubatan melibatkan tumbuhan seperti Anoectochilus dan Lithospermum. Produk dalam pasaran ini mempunyai nilai ekonomi yang lebih tinggi dan kini merupakan industri dengan lebih banyak aplikasi pencahayaan tumbuhan. Di samping itu, pengesahan penanaman ganja di Amerika Utara dan sebahagian Eropah telah menggalakkan penggunaan pencahayaan pertumbuhan LED dalam bidang penanaman ganja.

⑥Lampu berbunga. Sebagai alat yang sangat diperlukan untuk melaraskan masa berbunga bunga dalam industri berkebun bunga, aplikasi terawal lampu berbunga ialah lampu pijar, diikuti oleh lampu pendarfluor penjimatan tenaga. Dengan perkembangan perindustrian LED, lebih banyak lekapan lampu berbunga jenis LED telah secara beransur-ansur menggantikan lampu tradisional.

⑦Kultur tisu tumbuhan. Sumber cahaya kultur tisu tradisional kebanyakannya lampu pendarfluor putih, yang mempunyai kecekapan bercahaya yang rendah dan penjanaan haba yang besar. LED lebih sesuai untuk kultur tisu tumbuhan yang cekap, terkawal dan padat kerana ciri-ciri cemerlangnya seperti penggunaan kuasa yang rendah, penjanaan haba yang rendah dan jangka hayat yang panjang. Pada masa ini, tiub LED putih secara beransur-ansur menggantikan lampu pendarfluor putih.

4. Pengedaran serantau syarikat pencahayaan tanaman

Menurut statistik, terdapat lebih daripada 300 syarikat lampu tanaman di negara saya pada masa ini, dan syarikat lampu tanaman di kawasan Delta Sungai Pearl menyumbang lebih daripada 50%, dan mereka sudah berada dalam kedudukan utama. Syarikat lampu tanaman di Delta Sungai Yangtze menyumbang kira-kira 30%, dan ia masih merupakan kawasan pengeluaran penting untuk produk lampu tanaman. Syarikat lampu tanaman tradisional kebanyakannya diedarkan di Delta Sungai Yangtze, Delta Sungai Pearl dan Bohai Rim, yang mana Delta Sungai Yangtze menyumbang 53%, dan Delta Sungai Pearl dan Bohai Rim masing-masing menyumbang 24% dan 22%. Kawasan pengedaran utama pengeluar lampu tanaman LED ialah Delta Sungai Pearl (62%), Delta Sungai Yangtze (20%) dan Bohai Rim (12%).

B. Trend pembangunan industri pencahayaan LED

1. Pengkhususan

Lampu tanam LED mempunyai ciri-ciri spektrum boleh laras dan keamatan cahaya, penjanaan haba keseluruhan yang rendah, dan prestasi kalis air yang baik, jadi ia sesuai untuk pencahayaan tanam dalam pelbagai pemandangan. Pada masa yang sama, perubahan dalam persekitaran semula jadi dan usaha orang ramai terhadap kualiti makanan telah menggalakkan pembangunan pesat pertanian kemudahan dan kilang tanam, dan membawa industri lampu tanam LED ke dalam tempoh pembangunan pesat. Pada masa hadapan, lampu tanam LED akan memainkan peranan penting dalam meningkatkan kecekapan pengeluaran pertanian, meningkatkan keselamatan makanan, dan meningkatkan kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran. Sumber cahaya LED untuk pencahayaan tanam akan terus berkembang dengan pengkhususan industri secara beransur-ansur dan bergerak ke arah yang lebih disasarkan.

2. Kecekapan tinggi

Peningkatan kecekapan cahaya dan kecekapan tenaga adalah kunci untuk mengurangkan kos operasi pencahayaan tumbuhan dengan ketara. Penggunaan LED untuk menggantikan lampu tradisional dan pengoptimuman dinamik serta pelarasan persekitaran cahaya mengikut keperluan formula cahaya tumbuhan dari peringkat anak benih hingga peringkat penuaian adalah trend pertanian halus yang tidak dapat dielakkan pada masa hadapan. Dari segi peningkatan hasil, ia boleh ditanam secara berperingkat dan kawasan yang digabungkan dengan formula cahaya mengikut ciri-ciri perkembangan tumbuhan untuk meningkatkan kecekapan pengeluaran dan hasil pada setiap peringkat. Dari segi peningkatan kualiti, pengawalaturan pemakanan dan pengawalaturan cahaya boleh digunakan untuk meningkatkan kandungan nutrien dan bahan-bahan berfungsi penjagaan kesihatan yang lain.

Menurut anggaran, permintaan negara semasa untuk anak benih sayur-sayuran adalah 680 bilion, manakala kapasiti pengeluaran anak benih kilang adalah kurang daripada 10%. Industri anak benih mempunyai keperluan alam sekitar yang lebih tinggi. Musim pengeluaran kebanyakannya adalah musim sejuk dan musim bunga. Cahaya semula jadi lemah dan cahaya tambahan tiruan diperlukan. Pencahayaan tanaman mempunyai input dan output yang agak tinggi dan tahap penerimaan input yang tinggi. LED mempunyai kelebihan yang unik, kerana buah-buahan dan sayur-sayuran (tomato, timun, tembikai, dll.) perlu dicantumkan, dan spektrum khusus suplemen cahaya di bawah keadaan kelembapan yang tinggi boleh menggalakkan penyembuhan anak benih yang dicantumkan. Cahaya tambahan penanaman sayur-sayuran rumah hijau boleh menampung kekurangan cahaya semula jadi, meningkatkan kecekapan fotosintesis tumbuhan, menggalakkan pembungaan dan pembuahan, meningkatkan hasil, dan meningkatkan kualiti produk. Pencahayaan tanaman LED mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam anak benih sayur-sayuran dan pengeluaran rumah hijau.

3. Pintar

Pencahayaan tanaman mempunyai permintaan yang tinggi untuk kawalan masa nyata kualiti cahaya dan kuantiti cahaya. Dengan peningkatan teknologi kawalan pintar dan aplikasi Internet of Things, pelbagai spektrum monokromatik dan sistem kawalan pintar dapat merealisasikan kawalan masa, kawalan cahaya, dan mengikut status pertumbuhan tanaman, pelarasan kualiti cahaya dan output cahaya yang tepat pada masanya pasti akan menjadi trend utama dalam pembangunan masa depan teknologi pencahayaan tanaman.