Původní zdroj: Houcheng Liu. Stav vývoje a trend v odvětví LED osvětlení rostlin [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Zdroj článku: Materiál Once Deep

Světlo je základním environmentálním faktorem růstu a vývoje rostlin. Světlo nejen dodává energii pro růst rostlin prostřednictvím fotosyntézy, ale je také důležitým regulátorem růstu a vývoje rostlin. Doplnění umělého světla nebo plné ozáření umělým světlem může podpořit růst rostlin, zvýšit výnos, zlepšit tvar a barvu produktu, zvýšit funkční složky a snížit výskyt chorob a škůdců. Dnes se s vámi podělím o vývojový stav a trendy v odvětví osvětlení rostlin.
Technologie umělých světelných zdrojů se stále více používá v oblasti osvětlení rostlin. LED diody mají mnoho výhod, jako je vysoká světelná účinnost, nízké zahřívání, malé rozměry, dlouhá životnost a mnoho dalších. V oblasti pěstebního osvětlení mají zjevné výhody. Průmysl pěstebního osvětlení bude postupně zavádět LED svítidla pro pěstování rostlin.

A. Stav vývoje odvětví LED osvětlení pro pěstování rostlin 

1.LED balení pro pěstební osvětlení

V oblasti balení LED osvětlení pro pěstování existuje mnoho druhů balení a neexistuje jednotný systém standardů měření a hodnocení. Proto se zahraniční výrobci ve srovnání s domácími výrobky zaměřují především na vysoce výkonné, cob a modulární směry. S ohledem na řadu bílého světla pro pěstování, s ohledem na růstové charakteristiky rostlin a humanizované světelné prostředí, mají větší technické výhody ve spolehlivosti, světelné účinnosti a charakteristikách fotosyntetického záření různých rostlin v různých růstových cyklech, včetně různých typů vysoce výkonných, středně výkonných a nízkovýkonných rostlin různých velikostí, aby splňovaly potřeby různých rostlin v různých pěstebních prostředích s cílem dosáhnout cíle maximalizace růstu rostlin a úspory energie.

Velké množství klíčových patentů na epitaxní wafery čipů je stále v rukou předních společností, jako je japonská Nichia a americká Career. Domácím výrobcům čipů stále chybí patentované produkty, které by byly konkurenceschopné na trhu. Zároveň mnoho společností vyvíjí nové technologie v oblasti balení čipů pro pěstební osvětlení. Například technologie tenkých filmů čipů od společnosti Osram umožňuje těsně u sebe zabalit čipy a vytvořit tak velkou osvětlovací plochu. Na základě této technologie může vysoce účinný LED osvětlovací systém s vlnovou délkou 660 nm snížit spotřebu energie v pěstební oblasti o 40 %.

2. Spektrum osvětlení a zařízení pro růst
Spektrum osvětlení rostlin je složitější a rozmanitější. Různé rostliny mají velké rozdíly v požadovaném spektru v různých růstových cyklech a dokonce i v různých růstových prostředích. Aby bylo možné uspokojit tyto odlišné potřeby, v současné době existují v průmyslu následující schémata: ①Schémata kombinací více monochromatických světel. Tři nejúčinnější spektra pro fotosyntézu rostlin jsou především spektrum s vrcholy při 450 nm a 660 nm, pásmo 730 nm pro indukci kvetení rostlin, plus zelené světlo 525 nm a ultrafialové pásmo pod 380 nm. Kombinací těchto druhů spekter podle různých potřeb rostlin se vytvoří nejvhodnější spektrum. ②Schéma s plným spektrem pro dosažení plného pokrytí spektra požadavků rostlin. Tento typ spektra odpovídající čipu SUNLIKE, který zastupují společnosti Seoul Semiconductor a Samsung, nemusí být nejúčinnější, ale je vhodný pro všechny rostliny a náklady jsou mnohem nižší než u řešení kombinací monochromatického světla. ③Používejte jako hlavní zdroj bílé světlo s plným spektrem a kombinované schéma s červeným světlem o vlnové délce 660 nm pro zlepšení účinnosti spektra. Toto schéma je ekonomičtější a praktičtější.

Mnoho domácích i zahraničních společností vyrábí obalová zařízení pro osvětlení rostlin s monochromatickým světlem (hlavní vlnové délky 450 nm, 660 nm, 730 nm). Domácí produkty jsou rozmanitější a mají více specifikací a produkty zahraničních výrobců jsou standardizovanější. Zároveň mezi domácími a zahraničními výrobci obalových zařízení stále existuje velký rozdíl, pokud jde o fotosyntetický fotonový tok, světelnou účinnost atd. U obalových zařízení pro osvětlení rostlin s monochromatickým světlem mnoho výrobců vyvíjí kromě produktů s hlavními vlnovými délkami 450 nm, 660 nm a 730 nm také nové produkty v jiných vlnových pásmech, aby dosáhli úplného pokrytí vlnové délky fotosynteticky aktivního záření (PAR) (450–730 nm).

Monochromatické LED osvětlení pro růst rostlin není vhodné pro růst všech rostlin. Proto je třeba zdůraznit výhody plnospektrálních LED. Plné spektrum musí nejprve dosáhnout plného pokrytí celého spektra viditelného světla (400-700 nm) a zvýšit výkon těchto dvou pásem: modrozelené světlo (470-510 nm) a tmavě červené světlo (660-700 nm). Pro dosažení „plného“ spektra se používá běžná modrá LED dioda nebo ultrafialové LED diody s fosforem, jejichž fotosyntetická účinnost má své vlastní maxima a minima. Většina výrobců bílých LED diod pro osvětlení rostlin používá k dosažení plného spektra modrý čip + fosfor. Kromě režimu balení s monochromatickým a modrým světlem nebo ultrafialovým čipem a fosforem pro dosažení bílého světla mají zařízení pro balení s osvětlením rostlin také kombinovaný režim balení, který používá dva nebo více vlnových délek čipů, jako je červená, deset, modrá/ultrafialová, RGB, RGBW. Tento režim balení má velké výhody při stmívání.

Pokud jde o úzkovlnné LED produkty, většina dodavatelů obalů může zákazníkům nabídnout produkty s různými vlnovými délkami v pásmu 365-740 nm. Pokud jde o spektrum osvětlení rostlin konvertované fosfory, většina výrobců obalů nabízí zákazníkům širokou škálu spekter. Ve srovnání s rokem 2016 došlo k výraznému nárůstu tržeb v roce 2017. V tomto případě se tempo růstu tržeb LED světelných zdrojů s vlnovou délkou 660 nm soustředilo na 20–50 % a tempo růstu tržeb fosforem konvertovaných LED světelných zdrojů pro rostliny dosahuje 50–200 %, což znamená, že prodej fosforem konvertovaných LED světelných zdrojů pro rostliny roste rychleji.

Všechny obalové společnosti mohou dodávat produkty pro všeobecné obaly s výkonem 0,2–0,9 W a 1–3 W. Tyto světelné zdroje umožňují výrobcům osvětlení dobrou flexibilitu v navrhování osvětlení. Kromě toho někteří výrobci dodávají i integrované obalové produkty s vyšším výkonem. V současné době má více než 80 % dodávek většiny výrobců výkon 0,2–0,9 W nebo 1–3 W. Dodávky předních mezinárodních obalových společností se soustředí na 1–3 W, zatímco dodávky malých a středních obalových společností se soustředí na 0,2–0,9 W.

3. Oblasti použití osvětlení pro pěstování rostlin

Z oblasti použití se svítidla pro pěstování rostlin používají hlavně pro osvětlení skleníků, továrny na umělé osvětlení rostlin, tkáňové kultury rostlin, osvětlení venkovních polí, pěstování zeleniny a květin v domácnostech a laboratorní výzkum.

①V solárních sklenících a vícerozměrných sklenících je podíl umělého světla pro doplňkové osvětlení stále nízký a hlavními jsou halogenidové výbojky a vysokotlaké sodíkové výbojky. Míra penetrace LED pěstebních osvětlovacích systémů je relativně nízká, ale tempo růstu se začíná zrychlovat s klesajícími náklady. Hlavním důvodem jsou dlouhodobé zkušenosti uživatelů s používáním halogenidových výbojek a vysokotlakých sodíkových výbojek a jejich použití může poskytnout přibližně 6 % až 8 % tepelné energie pro skleník a zároveň zabránit popáleninám rostlin. LED pěstební osvětlovací systém neposkytoval specifické a účinné pokyny a datovou podporu, což zpozdilo jeho použití ve sklenících s denním světlem a vícerozměrných sklenících. V současné době jsou stále hlavními prvky maloobjemové demonstrační aplikace. Protože LED je zdroj studeného světla, může být relativně blízko koruny rostlin, což má za následek menší teplotní dopad. Ve sklenících s denním světlem a vícerozměrných sklenících se LED pěstební osvětlení běžněji používá při mezirostlinném pěstování.

②Aplikace v zemědělství na volném prostranství. Pronikání a aplikace osvětlení rostlin v zemědělských zařízeních je relativně pomalá, zatímco aplikace LED systémů osvětlení rostlin (s regulací fotoperiody) pro venkovní dlouhodenní plodiny s vysokou ekonomickou hodnotou (jako je dračí ovoce) dosáhla rychlého rozvoje.

③Osvětlovací závody. V současné době je nejrychlejším a nejrozšířenějším systémem osvětlení rostlin továrna na umělé osvětlení, která se podle kategorií dělí na centralizované vícevrstvé a distribuované mobilní továrny na osvětlení. Rozvoj továren na umělé osvětlení v Číně je velmi rychlý. Hlavním investičním subjektem centralizovaných vícevrstvých továren na umělé osvětlení nejsou tradiční zemědělské společnosti, ale více společností zabývajících se polovodičovými a spotřebními elektronickými výrobky, jako jsou Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, ale také COFCO a Xi Cui a další nové moderní zemědělské společnosti. V distribuovaných a mobilních továrnách na osvětlení rostlin se jako standardní nosiče stále používají přepravní kontejnery (nové kontejnery nebo rekonstrukce použitých kontejnerů). Všechny systémy osvětlení rostlin většinou používají lineární nebo ploché panelové osvětlovací systémy a počet vysazených odrůd se neustále rozšiřuje. Různé experimentální světelné vzorce LED světelné zdroje se začaly široce a široce používat. Produkty na trhu jsou převážně zelená listová zelenina.

④Výsadba domácích rostlin. LED lze použít ve stolních lampách na domácí rostliny, stojanech na sázení domácích rostlin, domácích strojích na pěstování zeleniny atd.

⑤Pěstování léčivých rostlin. Pěstování léčivých rostlin zahrnuje rostliny jako Anoectochilus a Lithospermum. Produkty na těchto trzích mají vyšší ekonomickou hodnotu a v současné době představují odvětví s větším počtem aplikací pro osvětlení rostlin. Legalizace pěstování konopí v Severní Americe a částech Evropy navíc podpořila používání LED osvětlení pro pěstování konopí.

⑥Kvetoucí světla. Jako nepostradatelný nástroj pro úpravu doby kvetení květin v květinářství se nejdříve používala jako žárovky, následované energeticky úspornými zářivkami. S rozvojem industrializace LED diod postupně nahradilo tradiční lampy stále více LED svítidel pro květiny.

⑦Kultura rostlinných tkání. Tradičními zdroji světla pro kultivaci rostlinných tkání jsou převážně bílé zářivky, které mají nízkou světelnou účinnost a velký vývin tepla. LED diody jsou vhodnější pro efektivní, ovladatelnou a kompaktní kultivaci rostlinných tkání díky svým vynikajícím vlastnostem, jako je nízká spotřeba energie, nízký vývin tepla a dlouhá životnost. V současné době bílé LED trubice postupně nahrazují bílé zářivky.

4. Regionální rozložení společností zabývajících se pěstebním osvětlením

Podle statistik existuje v mé zemi v současné době více než 300 společností zabývajících se pěstebním osvětlením a společnosti zabývající se pěstebním osvětlením v oblasti delty Perlové řeky tvoří více než 50 % a již nyní zaujímají významné postavení. Společnosti zabývající se pěstebním osvětlením v deltě řeky Jang-c'-ťiang tvoří přibližně 30 % a stále se jedná o důležitou oblast výroby pěstebního osvětlení. Tradiční společnosti zabývající se pěstebními lampami jsou rozmístěny hlavně v deltě řeky Jang-c'-ťiang, deltě Perlové řeky a v oblasti Bohai Rim, z čehož delta řeky Jang-c'-ťiang tvoří 53 % a delta Perlové řeky a oblast Bohai Rim 24 %, respektive 22 %. Hlavními oblastmi distribuce výrobců LED pěstebního osvětlení jsou delta Perlové řeky (62 %), delta řeky Jang-c'-ťiang (20 %) a oblast Bohai Rim (12 %).

B. Trend vývoje odvětví LED osvětlení

1. Specializace

LED pěstební osvětlení se vyznačuje nastavitelným spektrem a intenzitou světla, nízkým celkovým zahříváním a dobrou vodotěsností, takže je vhodné pro pěstební osvětlení v různých prostředích. Zároveň změny v přírodním prostředí a snaha lidí o kvalitu potravin podpořily dynamický rozvoj zemědělských zařízení a pěstebních závodů a dovedly odvětví LED pěstebního osvětlení k období rychlého rozvoje. V budoucnu bude LED pěstební osvětlení hrát důležitou roli ve zlepšování efektivity zemědělské produkce, zlepšování bezpečnosti potravin a zlepšování kvality ovoce a zeleniny. LED světelný zdroj pro pěstební osvětlení se bude dále rozvíjet s postupnou specializací odvětví a bude se ubírat cílenějším směrem.

2. Vysoká účinnost

Zlepšení světelné a energetické účinnosti je klíčem k výraznému snížení provozních nákladů na osvětlení rostlin. Použití LED diod jako náhrady tradičních lamp a dynamická optimalizace a úprava světelného prostředí podle požadavků rostlin na světelný vzorec od fáze sazenice až po fázi sklizně jsou nevyhnutelnými trendy v oblasti rafinovaného zemědělství v budoucnu. Pokud jde o zlepšení výnosu, lze pěstování provádět postupně a v oblastech v kombinaci se světelným vzorcem podle vývojových charakteristik rostlin, aby se zlepšila efektivita produkce a výnos v každé fázi. Pokud jde o zlepšení kvality, lze regulaci výživy a regulaci světla použít ke zvýšení obsahu živin a dalších složek prospěšných pro zdraví.

Podle odhadů je současná národní poptávka po sazenicích zeleniny 680 miliard, zatímco produkční kapacita továrních sazenic je menší než 10 %. Sazeničkový průmysl má vyšší environmentální nároky. Produkční sezóna je převážně zimní a jarní. Přirozené světlo je slabé a je zapotřebí umělé doplňkové osvětlení. Osvětlení pro pěstování rostlin má relativně vysoký vstupní a výstupní výkon a vysoký stupeň přijetí vstupního signálu. LED má jedinečné výhody, protože ovoce a zelenina (rajčata, okurky, melouny atd.) musí být roubovány a specifické spektrum doplňkového světla za podmínek vysoké vlhkosti může podpořit hojení roubovaných sazenic. Doplňkové osvětlení pro pěstování zeleniny ve sklenících může kompenzovat nedostatek přirozeného světla, zlepšit fotosyntetickou účinnost rostlin, podpořit kvetení a plodnost, zvýšit výnos a zlepšit kvalitu produktů. LED osvětlení pro pěstování má široké uplatnění v sazenicích zeleniny a ve skleníkové produkci.

3. Inteligentní

Osvětlení pro pěstování rostlin má silnou poptávku po řízení kvality a množství světla v reálném čase. Díky zdokonalení technologie inteligentního řízení a aplikaci internetu věcí může řada monochromatických spekter a inteligentních řídicích systémů realizovat časovou regulaci a regulaci světla a v závislosti na stavu růstu rostlin se včasné nastavení kvality světla a světelného výkonu stane hlavním trendem v budoucím vývoji technologie osvětlení pro pěstování rostlin.