LED植物照明发展现状解读 国内外存差异

随着LED在照明领域不断扩展,植物照明在该领域已经占据一席之地,逐渐运用到了农业生产、果蔬种植、花卉培植等各项农作物领域。虽然应用规模不及普通商照或家居照明那样广泛,但植物照明作为LED的一个特殊应用领域,由于本身的优越性,也逐渐得到市场的认可,市场需求日渐增长。总体而言,我国目前的植照还处于起步阶段,技术和渠道建设是众多想要在这领域抢得先机的企业的攻破点,国外照明巨头在布局LED植物照明业务方面,对整个植物照明产业起到积极的推动作用。

当前植物照明的现状

在照明市场竞争剧烈,环保健康问题日益突出的背景下,植物照明应用逐渐成为LED发展的方向之一,很多LED厂商纷纷着手布局LED植物照明业务。一般而言,传统植物设施栽培中使用的光源一般是荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和白炽灯,这些光源是依据人眼对光的适应性所选择的,其光谱有很多不必要的波长,对植物生长的促进作用少。而LED作为第四代新型照明光源,具有节能环保、安全可靠、使用寿命长、响应时间短、体积小、重量轻、发热量少、易于分散或组合控制等许多不同于其他电光源的重要特点,发出光的波长可从紫外线C(~250nm)到红外线(~1000nm)广泛的区间范围,并且每个LED发出光的波长范围可以很窄。因而,它是一种真正具有频谱控制能力的且非常有效的植物照明光源,有着广阔的发展前景。

国外市场风生水起

据了解,全球LED应用植物照明的产值从2013年起,开始呈现高速成长,初步统计2014年达1亿美元,2017年预计可达5亿美元。植物照明作为一块新兴的市场,引来大批国际巨头的开拓。

在2016年5月,松下就宣布向日本西部燃气公司旗下企业SG Greenhouse交付了“人造光型植物工厂系统”。SG Greenhouse从2016年1月开始实施栽培实证实验,之后从5月20日开始销售将钾含量降至原来20%以下(98mg/100g以下)的“低钾生菜”。据悉,此次交付的人造光型植物工厂系统及栽培技术融合了松下的多项技术,包括利用节能、分析及光学技术的植物培育控制技术,照明、空调等环境控制技术等。该植物工厂系统将在减少耗电的同时提供均质的栽培环境,提高栽培成品率,为农业工业化做出贡献。

在6月,科锐宣布推出针对植物照明优化的XQ-E Photo Red LED。比之最为相近的同行产品,该产品输出相似,而尺寸仅为1/3不到。XQ-E Photo Red LED扩展了针对植物照明优化的小尺寸LED器件系列,能够帮助照明生产商减小灯具尺寸,降低系统成本,能够提供更高的光合光子通量(PPF, Photosynthetic Photon Flux)、效率和可靠性。

国内市场略微滞后

和国外市场相比,目前国内大企业不主动开发植物照明市场,综合型人才缺乏、成本投入高、专利缺失、企业产出率低等问题都是国内企业还面临的困难。这些都导致国内植物照明落后于国际市场,国内市场渗透率低。懂生物培养知识以及LED技术的综合型人才是开发植物照明产品的关键,很多国际大厂在各国政策的支持下,与科研院校合作,建立实验室或者植物工厂。

而对于国内企业而言,这一投入太过于庞大,成本太高。目前有部分企业与农业科研院校进行联手合作,但基本上是探讨相关技术问题,很少涉及到实验应用阶段。但大部分中小企业对植物照明的投入,仅停留在对番茄、大白菜等少数几种植物的自主研发上,即用LED灯对相关植物做简单的照射,应用并不广泛。

厂家规模小、数量少、缺乏核心技术是国内植物照明技术发展的瓶颈。据有关数据统计,截至2012年6月, 中国具备一定规模的LED植物照明企业数量约40家。广东是LED植物照明企业分布的主要省份,在全国占比高达84%,大部分集中在深圳,代表性企业包括深圳联邦重科电子科技有限公司、深圳佰晟光电科技有限公司、深圳长田照明有限公司、深圳三鑫宝半导体照明有限公司和深圳亿上光科技有限公司等。其次是山东省,占比为8%。从需求看,对LED植物照明需求量最大的区域为华中、华东和华北一带,农业、花卉产业相对发达。但是从目前来讲,LED植物照明主要市场在国外,国内需求尚小,处于起步阶段,因此山东、河南等LED植物照明企业不多。

除了企业分布不均外,我国半导体芯片外延片行业起步较晚,积累经验少,在芯片外延方面的专利实力相对较为薄弱,大量的核心专利掌握在日本日亚、美国科锐等早期领跑企业手中,也极大阻碍国内芯片企业的发展。这些都是国内当前植物照明发展面临的问题。

植物照明颠覆传统农业方式

随着对半导体发光物质研究的深入,LED制造技术的逐渐提高和新材料的研究开发,LED技术也取得了突破性进展,在植物设施栽培的开发中,LED技术逐渐被运用。特别是在超高亮度LED研制成功后,像光形态研究、光合过程和叶绿素工作机制的研究等,在植物生理或栽培方向的运用逐渐广泛。

近日,由中国农科院环发所自主研发的“智能LED植物工厂”,以其“土地利用和农作方式的颠覆性技术”,在正于此间举办的国家“十二五”科技创新成就展上亮相。据悉,该技术根据植物对不同光谱的“偏好”,选择相应的LED灯取代阳光作为光源,进行24小时不间断光照,可对植物工厂内的温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素作实时自动监控,从而确保光合作用的最大效果。与传统种植模式相比,其土地利用率高,操作省力,机械化程度高,产品安全无污染,营养价值大大提高,目前该研发成果在国内外设施园艺工程领域已具有重要影响力。而随着技术的不断进步,利用LED光照在太空种植一些植物已非常高效。

2015年8月,生活在国际空间站内的宇航员们首次品尝了他们在太空种植出来的生菜。生菜的种子被撒放在用于生根发芽的垫层上,垫层由土壤和化肥组成。每一个“蔬菜盒子”都安装了红绿蓝三色的LED灯来促进蔬菜成长。科学家们把这一口舌尖上的味道,看作是载人飞船前往火星迈出的重要一步。

LED照明栽培更健康无害

有人认为,21 世纪是生态农业的世纪,而物理农业是实现生态农业的主要途径之一,在众多的物理学科知识中,光在其中起着至关重要的作用。如何在太阳光照不足情况下调控特定人造光源对绿色植物实施不同“光肥”,不仅促进作物生长发育,还可以达到增产、高效、优质、抗病、无公害的目的。一家位于印第安纳州的工业园目前就掌握了未来市场园艺农业以及蔬菜栽培的关键技术。该工业园名为“Green Sense Farms”,是家电与照明大厂飞利浦(Philips)与美国芝加哥农业企业Green Sense Farms(GSF)合作,针对特定作物使用LED生长光源打造室内植物工厂。这家工厂已经投资了数百万美元,也是全球最大的植物工厂之一。

事实上,由于LED灯具的温度较低,可放置在离植物更近的最佳位置上,因此可以确保植物的各部分得到完全一致的照度。这种方法杜绝了有害农药、化肥和防腐剂的使用,使产量得到有机提高,且几乎无化学添加,与现代人追求高品质的绿色健康生活宗旨不谋而合。而且,由LED光源进行控制的室内种植可以使植物的成长周期相比传统方式缩短50%。这就意味着,消费者全年享受本地种植新鲜作物的梦想成为了可能。

制约国内植物照明发展因素

时至今日,虽然LED植物照明技术在某些领域广泛运用了,且成本价格有所下降,但于大部分消费者而言,其仍在“价格过高”的行列。成本居高不下是制约LED植物照明发展的一个因素,技术不足、政策不完善也在制约它的发展。

1.核心技术缺乏。由于国际巨头芯片厂家在发光效率、可靠性方面优于国内厂家,所以我国LED植物照明的产品芯片仍然主要依靠进口。农业主要需要的峰值660纳米红光芯片无法形成规模,国内芯片外延片厂家也不愿投入人力、物力开发农用红光芯片,极大阻碍国内芯片企业的发展。

2.政府扶持不够。与国外相比,国内政策法规制定仍处于初始阶段,政府支持力度不足,缺乏系统性的研究及推广,并且LED植物照明产品评价和测量标准体系还不完善。企业没发展起来,这也使得国内市场渗透率低。

无论是从促进现代化农业发展的角度,还是实现节能环保的角度,LED植物灯的应用具有非常重要的意义,而农业的地位及发展需求也为LED植物灯提供了新的发展机遇。随着全球LED应用农业照明渗透率的提升,未来市场前景广阔,国内企业也应当鉴定信念,着手植物照明的研究,从根本上突破成本、技术的束缚,共同推进植物照明在中国的商业化发展。



来源:照明周刊

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