Eredeti forrás: Houcheng Liu. A LED-es növényi világítástechnikai iparág fejlődési állapota és trendjei [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Cikk forrása: Material Once Deep

A fény a növények növekedésének és fejlődésének alapvető környezeti tényezője. A fény nemcsak a fotoszintézis révén biztosítja az energiát a növények növekedéséhez, hanem fontos szabályozója is a növények növekedésének és fejlődésének. A mesterséges fénykiegészítés vagy a teljes mesterséges fénybesugárzás elősegítheti a növények növekedését, növelheti a terméshozamot, javíthatja a termékek alakját és színét, fokozhatja a funkcionális komponenseket, valamint csökkentheti a betegségek és kártevők előfordulását. Ma megosztom veletek a növényi világítástechnikai iparág fejlődési állapotát és trendjeit.
A mesterséges fényforrás-technológiát egyre szélesebb körben alkalmazzák a növényvilágítás területén. A LED számos előnnyel rendelkezik, mint például a magas fényhatékonyság, az alacsony hőtermelés, a kis méret, a hosszú élettartam és sok más előny. Nyilvánvaló előnyei vannak a termesztővilágítás területén. A termesztővilágítás-ipar fokozatosan átveszi a LED-es világítótestek használatát a növénytermesztésben.

A. A LED-es növénytermesztő világítástechnika iparágának fejlődési állapota 

1.LED csomag termesztővilágításhoz

A LED-es termesztővilágítási tokozás területén sokféle tokszer létezik, és nincs egységes mérési és értékelési szabványrendszer. Ezért a hazai termékekkel összehasonlítva a külföldi gyártók főként a nagy teljesítményű, csövekből és modulokból álló irányokra összpontosítanak, figyelembe véve a termesztővilágítás fehér fénysorozatát, figyelembe véve a növények növekedési jellemzőit és az emberi világítási környezetet, nagyobb műszaki előnyökkel rendelkeznek a megbízhatóság, a fényhatékonyság és a különböző növekedési ciklusokban lévő növények fotoszintetikus sugárzási jellemzői tekintetében, beleértve a különböző méretű, nagy teljesítményű, közepes és kis teljesítményű növények különféle típusait, hogy kielégítsék a különböző növények igényeit különböző növekedési környezetben, elvárva a növények növekedésének maximalizálását és az energiamegtakarítás céljának elérését.

Számos, az epitaxiális chipekre vonatkozó alapvető szabadalom még mindig olyan korai vezető vállalatok kezében van, mint a japán Nichia és az American Career. A hazai chipgyártóknak továbbra sincsenek szabadalmaztatott, versenyképes piaci termékeik. Ugyanakkor számos vállalat új technológiákat fejleszt a termesztővilágítási tokchipek területén. Például az Osram vékonyréteg-chiptechnológiája lehetővé teszi a chipek szoros egymáshoz csomagolását, így nagy területű világítófelületet hozva létre. Ezen a technológián alapuló, nagy hatékonyságú, 660 nm hullámhosszú LED-es világítási rendszer 40%-kal csökkentheti a termesztőterület energiafogyasztását.

2. Növelje a világítási spektrumot és az eszközöket
A növényi világítás spektruma összetettebb és változatosabb. A különböző növényeknek nagy eltéréseik vannak a szükséges spektrumokban a különböző növekedési ciklusokban és akár a különböző növekedési környezetekben is. Ezen eltérő igények kielégítése érdekében jelenleg a következő sémák léteznek az iparágban: ①Többszörös monokromatikus fénykombinációs sémák. A növények fotoszintéziséhez három leghatékonyabb spektrum a 450 nm-es és 660 nm-es csúcsokkal rendelkező spektrum, a 730 nm-es sáv a növények virágzásának kiváltására, valamint az 525 nm-es zöld fény és a 380 nm alatti ultraibolya sáv. Kombinálja ezeket a spektrumokat a növények különböző igényei szerint a legmegfelelőbb spektrum kialakításához. ②Teljes spektrumú séma a növények igényeinek spektrumának teljes lefedettségéhez. Ez a típusú spektrum, amely megfelel a Seoul Semiconductor és a Samsung által képviselt SUNLIKE chipnek, lehet, hogy nem a leghatékonyabb, de minden növény számára alkalmas, és a költsége jóval alacsonyabb, mint a monokromatikus fénykombinációs megoldásoké. ③Használjon teljes spektrumú fehér fényt alapként, plusz 660 nm-es vörös fényt kombinációs sémaként a spektrum hatékonyságának javítása érdekében. Ez a rendszer gazdaságosabb és praktikusabb.

A növénytermesztő világításhoz használt monokromatikus fényű LED-chipek (a fő hullámhosszak 450 nm, 660 nm, 730 nm) tokszereit számos hazai és külföldi vállalat forgalmazza, míg a hazai termékek változatosabbak és több specifikációval rendelkeznek, a külföldi gyártók termékei pedig szabványosabbak. Ugyanakkor a fotoszintetikus fotonfluxus, a fényhatékonyság stb. tekintetében továbbra is nagy a különbség a hazai és a külföldi tokszergyártók között. A növényi világításhoz használt monokromatikus fényű tokszereszközök esetében a 450 nm, 660 nm és 730 nm fő hullámhosszsávú termékek mellett számos gyártó más hullámhosszsávokban is fejleszt új termékeket, hogy teljes mértékben lefedje a fotoszintetikusan aktív sugárzás (PAR) hullámhosszát (450-730 nm).

A monokróm LED növénynövekedési lámpák nem alkalmasak minden növény növekedésére. Ezért a teljes spektrumú LED-ek előnyeit emelik ki. A teljes spektrum eléréséhez először a látható fény teljes spektrumának (400-700 nm) teljes lefedettségét kell elérni, és növelni kell e két sáv teljesítményét: kék-zöld fény (470-510 nm) és mélyvörös fény (660-700 nm). A „teljes” spektrum eléréséhez hagyományos kék LED-et vagy foszforral ellátott ultraibolya LED-chipet kell használni, és a fotoszintetikus hatékonyságuknak megvannak a saját magas és alacsony értékei. A növényi világításhoz használt fehér LED-es tokozású eszközök legtöbb gyártója kék chipet és foszfort használ a teljes spektrum eléréséhez. A monokróm és kék fény vagy ultraibolya chip és foszfor tokozási módja mellett a növényi világítási tokozási eszközök összetett tokozási móddal is rendelkeznek, amely két vagy több hullámhosszú chipet használ, például vörös-tíz kék/ultraibolya, RGB, RGBW. Ennek a tokozási módnak nagy előnyei vannak a fényerőszabályozásban.

A keskeny hullámhosszú LED-termékek tekintetében a legtöbb csomagolásgyártó a 365-740 nm-es sávban különböző hullámhosszú termékeket tud kínálni az ügyfeleknek. A foszforral átalakított növényi világítási spektrum tekintetében a legtöbb csomagolásgyártó különféle spektrumokat kínál az ügyfeleknek. 2017-ben az értékesítés növekedési üteme jelentős növekedést ért el a 2016-os évhez képest. Ezek közül a 660 nm-es LED-es fényforrások növekedési üteme 20-50% között koncentrálódik, a foszforral átalakított növényi LED-es fényforrások értékesítési növekedési üteme pedig eléri az 50-200%-ot, azaz a foszforral átalakított növényi LED-es fényforrások értékesítése gyorsabban növekszik.

Minden csomagolóanyag-gyártó cég kínál 0,2-0,9 W és 1-3 W teljesítményű általános csomagolóanyagokat. Ezek a fényforrások nagy rugalmasságot biztosítanak a világítástechnikai gyártók számára a világítástervezésben. Ezenkívül egyes gyártók nagyobb teljesítményű integrált csomagolóanyagokat is kínálnak. Jelenleg a legtöbb gyártó szállítmányainak több mint 80%-a 0,2-0,9 W vagy 1-3 W. Közülük a vezető nemzetközi csomagolóanyag-gyártó cégek szállítmányai 1-3 W-ra koncentrálódnak, míg a kis és közepes méretű csomagolóanyag-gyártó cégek szállítmányai 0,2-0,9 W-ra koncentrálódnak.

3. A növénytermesztési világítás alkalmazási területei

Alkalmazási terület szempontjából a növénytermesztő világítótesteket főként üvegházi világításban, teljesen mesterséges világítású növénygyárakban, növényi szövettenyészetekben, kültéri mezőgazdasági szántóföldi világításban, háztartási zöldség- és virágültetésben, valamint laboratóriumi kutatásokban használják.

①Napelemes üvegházakban és többnyílású üvegházakban a kiegészítő világításhoz használt mesterséges fény aránya még mindig alacsony, a fémhalogén lámpák és a nagynyomású nátriumlámpák a főbbek. A LED-es termesztővilágítási rendszerek elterjedése viszonylag alacsony, de a növekedési ütem a költségek csökkenésével gyorsulni kezd. Ennek fő oka, hogy a felhasználók hosszú távú tapasztalattal rendelkeznek a fémhalogén lámpák és a nagynyomású nátriumlámpák használatában, és a fémhalogén lámpák és a nagynyomású nátriumlámpák használata az üvegház hőenergiájának körülbelül 6-8%-át biztosíthatja a növények megégésének elkerülése mellett. A LED-es termesztővilágítási rendszerhez nem áll rendelkezésre konkrét és hatékony használati utasítás és adattámogatás, ami késleltette alkalmazását a nappali és a többnyílású üvegházakban. Jelenleg a kisméretű demonstrációs alkalmazások a főszereplők. Mivel a LED hideg fényforrás, viszonylag közel lehet a növények lombkoronájához, ami kisebb hőmérsékleti hatást eredményez. A nappali és a többnyílású üvegházakban a LED-es termesztővilágítást gyakrabban használják a növények közötti termesztésben.

②Szabadtéri mezőgazdasági alkalmazások. A növényi világítás elterjedése és alkalmazása az épületgépészeti mezőgazdaságban viszonylag lassú volt, míg a LED-es növényi világítási rendszerek (fotoperiódus-szabályozás) alkalmazása a nagy gazdasági értékű kültéri hosszú nappalos növények (például a sárkánygyümölcs) esetében gyors fejlődést ért el.

③Növénygyárak. Jelenleg a leggyorsabb és legszélesebb körben használt növényvilágítási rendszer a teljesen mesterséges fényt alkalmazó növénygyár, amely kategóriák szerint centralizált, többrétegű és elosztott mozgatható növénygyárakra oszlik. A mesterséges fényt alkalmazó növénygyárak fejlődése Kínában nagyon gyors. A centralizált, többrétegű, teljesen mesterséges fényt alkalmazó növénygyárak fő befektetési alapját nem a hagyományos mezőgazdasági vállalatok adják, hanem inkább a félvezetőkkel és fogyasztói elektronikai termékekkel foglalkozó vállalatok, mint például a Zhongke San'an, a Foxconn, a Panasonic Suzhou, a Jingdong, valamint a COFCO és a Xi Cui, valamint más új modern mezőgazdasági vállalatok. Az elosztott és mobil növénygyárakban továbbra is standard hordozóként szállítókonténereket (új konténereket vagy használt konténerek rekonstrukcióját) használnak. Az összes mesterséges növény növényvilágítási rendszere többnyire lineáris vagy síkpaneles tömbvilágítási rendszereket használ, és az ültetett fajták száma folyamatosan bővül. Különböző kísérleti fényformulájú LED-es fényforrások kezdtek széles körben elterjedni. A piacon lévő termékek főként zöld leveles zöldségek.

④Háztartási növények ültetése. A LED használható háztartási növényasztali lámpákban, háztartási növényültető állványokban, háztartási zöldségtermesztő gépekben stb.

⑤Gyógynövények termesztése. A gyógynövények termesztése olyan növényeket foglal magában, mint az Anoectochilus és a Lithospermum. Ezeknek a piacoknak a termékei nagyobb gazdasági értékkel bírnak, és jelenleg egy olyan iparágról van szó, ahol több növényi világítási alkalmazást alkalmaznak. Ezenkívül a kannabisztermesztés legalizálása Észak-Amerikában és Európa egyes részein elősegítette a LED-es növénytermesztő világítás alkalmazását a kannabisztermesztésben.

6. Virágvilágítás. A virágkertészetben a virágok virágzási idejének beállításához nélkülözhetetlen eszközként a virágvilágítás legkorábbi alkalmazása az izzólámpák voltak, majd az energiatakarékos fénycsövek. A LED-es iparosodás fejlődésével a LED-es virágvilágítás fokozatosan felváltotta a hagyományos lámpákat.

⑦Növényi szövettenyészet. A hagyományos szövettenyészeti fényforrások főként fehér fénycsövek, amelyek alacsony fényhasznosítással és nagy hőtermeléssel rendelkeznek. A LED-ek alkalmasabbak hatékony, szabályozható és kompakt növényi szövettenyésztésre kiemelkedő tulajdonságaik, például alacsony energiafogyasztásuk, alacsony hőtermelésük és hosszú élettartamuk miatt. Jelenleg a fehér LED-csövek fokozatosan felváltják a fehér fénycsöveket.

4. A termesztővilágítást kínáló vállalatok regionális megoszlása

A statisztikák szerint jelenleg több mint 300 termesztővilágítás-gyártó cég működik hazámban, és a Gyöngy-folyó deltájában működő termesztővilágítás-gyártó cégek több mint 50%-ot tesznek ki, és máris jelentős pozícióban vannak. A Jangce-deltában működő termesztővilágítás-gyártó cégek részesedése körülbelül 30%, és továbbra is fontos termelési terület a termesztővilágítási termékek számára. A hagyományos termesztőlámpákat gyártó cégek főként a Jangce-deltában, a Gyöngy-folyó deltájában és a Bohai-peremben találhatók, amelyek közül a Jangce-delta 53%-ot, a Gyöngy-folyó deltája és a Bohai-perem pedig 24%-ot, illetve 22%-ot tesz ki. A LED-es termesztővilágítás-gyártók főbb forgalmazási területei a Gyöngy-folyó deltája (62%), a Jangce-delta (20%) és a Bohai-perem (12%).

B. A LED-es növénytermesztő világítástechnika iparágának fejlődési trendje

1. Specializáció

A LED-es termesztővilágítás állítható spektrummal és fényintenzitással, alacsony hőtermeléssel és jó vízállósággal rendelkezik, így alkalmas különféle jelenetek termesztésére. Ugyanakkor a természeti környezet változásai és az emberek élelmiszerminőségre való törekvése elősegítette a mezőgazdasági létesítmények és termesztőüzemek erőteljes fejlődését, és a LED-es termesztővilágítási iparágat gyors fejlődési időszakba vezette. A jövőben a LED-es termesztővilágítás fontos szerepet fog játszani a mezőgazdasági termelés hatékonyságának javításában, az élelmiszerbiztonság javításában, valamint a gyümölcsök és zöldségek minőségének javításában. A termesztővilágítás LED-es fényforrása az iparág fokozatos specializációjával tovább fog fejlődni, és célzottabb irányba fog haladni.

2. Nagy hatékonyság

A fényhatékonyság és az energiahatékonyság javítása kulcsfontosságú a növényi világítás üzemeltetési költségeinek jelentős csökkentéséhez. A LED-ek használata a hagyományos lámpák helyettesítésére, valamint a fénykörnyezet dinamikus optimalizálása és beállítása a növények fényformula-igényei szerint a palántaneveléstől a betakarításig a jövőbeli finomított mezőgazdaság elkerülhetetlen trendjei. A terméshozam javítása szempontjából szakaszokban és régiókban termeszthető, a növények fejlődési jellemzőinek megfelelő fényformulával kombinálva, így javítva a termelési hatékonyságot és a terméshozamot minden szakaszban. A minőség javítása szempontjából a tápanyag-szabályozás és a fényszabályozás felhasználható a tápanyagok és más egészségügyi funkcionális összetevők tartalmának növelésére.

Becslések szerint a zöldségpalánták iránti jelenlegi országos kereslet 680 milliárd, míg a gyári palánták termelési kapacitása kevesebb, mint 10%. A palántaiparnak magasabbak a környezeti követelményei. A termesztési szezon többnyire tél és tavasz. A természetes fény gyenge, ezért mesterséges kiegészítő fényre van szükség. A növénytermesztő világítás viszonylag magas bemeneti és kimeneti fénymennyiséggel, valamint nagyfokú bemeneti befogadással rendelkezik. A LED-nek egyedülálló előnyei vannak, mivel a gyümölcsöket és zöldségeket (paradicsom, uborka, dinnye stb.) oltni kell, és a magas páratartalmú körülmények között a fénykiegészítés specifikus spektruma elősegítheti az oltott palánták gyógyulását. Az üvegházhatású zöldségültetés kiegészítő fénye pótolhatja a természetes fény hiányát, javíthatja a növények fotoszintézisének hatékonyságát, elősegítheti a virágzást és a terméshozamot, növelheti a terméshozamot és javíthatja a termékminőséget. A LED-es növénytermesztő világítás széles körben alkalmazható a zöldségpalántákban és az üvegházhatású termesztésben.

3. Intelligens

A növénytermesztési világításban nagy az igény a fényminőség és a fénymennyiség valós idejű szabályozására. Az intelligens vezérlési technológia fejlődésével és a dolgok internetének alkalmazásával a különféle monokromatikus spektrumok és intelligens vezérlőrendszerek idővezérlést és fényszabályozást tesznek lehetővé, és a növények növekedési állapotától függően a fényminőség és a fénykibocsátás időben történő beállítása a növénytermesztési világítástechnológia jövőbeli fejlesztésének fő trendjévé válik.