Oriģinālais avots: Houcheng Liu. LED augu apgaismojuma nozares attīstības statuss un tendences [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8–9.
Raksta avots: Material Reiz dziļi

Apgaismojums ir augu augšanas un attīstības pamatvides faktors. Apgaismojums ne tikai nodrošina enerģiju augu augšanai, izmantojot fotosintēzi, bet arī ir svarīgs augu augšanas un attīstības regulators. Mākslīgā apgaismojuma papildinājums vai pilnīgs mākslīgā apgaismojuma apstarojums var veicināt augu augšanu, palielināt ražu, uzlabot produktu formu, krāsu, uzlabot funkcionālos komponentus un samazināt slimību un kaitēkļu rašanos. Šodien es dalīšos ar jums augu apgaismojuma nozares attīstības statusā un tendencēs.
Mākslīgā gaismas avota tehnoloģija arvien plašāk tiek izmantota augu apgaismojuma jomā. LED ir daudz priekšrocību, piemēram, augsta gaismas efektivitāte, zema siltuma ģenerēšana, mazs izmērs, ilgs kalpošanas laiks un daudzas citas priekšrocības. Tai ir acīmredzamas priekšrocības audzēšanas apgaismojuma jomā. Audzēšanas apgaismojuma nozare pakāpeniski ieviesīs LED apgaismes ķermeņus augu audzēšanai.

A. LED audzēšanas apgaismojuma nozares attīstības statuss 

1.LED iepakojums audzēšanas apgaismojumam

Audzēšanas apgaismojuma LED iepakojuma jomā ir daudz dažādu iepakojuma ierīču, un nav vienotas mērīšanas un novērtēšanas standartu sistēmas. Tāpēc, salīdzinot ar vietējiem produktiem, ārvalstu ražotāji galvenokārt koncentrējas uz lieljaudas, vārpveida un moduļu virzieniem, ņemot vērā audzēšanas apgaismojuma baltās gaismas sērijas, ņemot vērā augu augšanas īpašības un humanizētu apgaismojuma vidi, ir lielākas tehniskās priekšrocības dažādu augu uzticamības, gaismas efektivitātes un fotosintēzes starojuma īpašību ziņā dažādos augšanas ciklos, tostarp dažāda izmēra lieljaudas, vidējas jaudas un mazjaudas augu produktu veidus, lai apmierinātu dažādu augu vajadzības dažādās augšanas vidēs, cerot sasniegt mērķi maksimāli palielināt augu augšanu un enerģijas taupīšanu.

Liels skaits epitaksiālo mikroshēmu vafeļu pamatpatentu joprojām atrodas tādu agrīni vadošo uzņēmumu kā Japānas Nichia un American Career rokās. Vietējiem mikroshēmu ražotājiem joprojām trūkst patentētu produktu, kas būtu konkurētspējīgi tirgū. Tajā pašā laikā daudzi uzņēmumi izstrādā arī jaunas tehnoloģijas audzēšanas apgaismojuma iepakošanas mikroshēmu jomā. Piemēram, Osram plānās plēves mikroshēmu tehnoloģija ļauj mikroshēmas cieši iepakot kopā, lai izveidotu lielu apgaismojuma virsmu. Pamatojoties uz šo tehnoloģiju, augstas efektivitātes LED apgaismojuma sistēma ar viļņa garumu 660 nm var samazināt enerģijas patēriņu audzēšanas zonā par 40%.

2. Paplašiniet apgaismojuma spektru un ierīces
Augu apgaismojuma spektrs ir sarežģītāks un daudzveidīgāks. Dažādiem augiem nepieciešamais spektrs ievērojami atšķiras dažādos augšanas ciklos un pat dažādās augšanas vidēs. Lai apmierinātu šīs atšķirīgās vajadzības, nozarē pašlaik ir šādas shēmas: ① Vairāku monohromatisku gaismas kombināciju shēmas. Trīs visefektīvākie spektri augu fotosintēzei galvenokārt ir spektrs ar maksimumiem pie 450 nm un 660 nm, 730 nm josla augu ziedēšanas ierosināšanai, kā arī zaļā gaisma 525 nm un ultravioletā josla zem 380 nm. Apvienojiet šāda veida spektrus atbilstoši augu dažādajām vajadzībām, lai izveidotu vispiemērotāko spektru. ② Pilna spektra shēma, lai panāktu pilnīgu augu pieprasījuma spektra pārklājumu. Šāda veida spektrs, kas atbilst SUNLIKE mikroshēmai, ko pārstāv Seoul Semiconductor un Samsung, var nebūt visefektīvākais, taču tas ir piemērots visiem augiem, un izmaksas ir daudz zemākas nekā monohromatisku gaismas kombināciju risinājumi. ③ Izmantojiet pilna spektra balto gaismu kā pamatu, kā arī 660 nm sarkano gaismu kā kombināciju shēmu, lai uzlabotu spektra efektivitāti. Šī shēma ir ekonomiskāka un praktiskāka.

Augu audzēšanas apgaismojuma monohromatiskās gaismas LED mikroshēmas (galvenie viļņu garumi ir 450 nm, 660 nm, 730 nm) iepakojuma ierīces piedāvā daudzi vietējie un ārvalstu uzņēmumi, savukārt vietējie produkti ir daudzveidīgāki un tiem ir vairāk specifikāciju, un ārvalstu ražotāju produkti ir standartizētāki. Tajā pašā laikā fotosintēzes fotonu plūsmas, gaismas efektivitātes u. c. ziņā joprojām pastāv liela atšķirība starp vietējiem un ārvalstu iepakojuma ražotājiem. Augu apgaismojuma monohromatiskās gaismas iepakojuma ierīču gadījumā papildus produktiem ar galvenajām viļņu garuma joslām 450 nm, 660 nm un 730 nm daudzi ražotāji izstrādā arī jaunus produktus citās viļņu garuma joslās, lai pilnībā aptvertu fotosintētiski aktīvo starojumu (PAR) viļņu garuma joslās (450–730 nm).

Monohromatiskas LED augu augšanas lampas nav piemērotas visu augu augšanai. Tāpēc tiek izceltas pilna spektra LED priekšrocības. Pilnam spektram vispirms ir jāpanāk pilns redzamās gaismas spektra pārklājums (400–700 nm) un jāpalielina šo divu joslu veiktspēja: zili zaļa gaisma (470–510 nm) un tumši sarkana gaisma (660–700 nm). Lai sasniegtu “pilnu” spektru, izmantojiet parasto zilo LED vai ultravioleto LED mikroshēmu ar fosforu, un tās fotosintēzes efektivitātei ir savas augstākās un zemākās vērtības. Lielākā daļa augu apgaismojuma balto LED iepakojuma ierīču ražotāju izmanto zilo mikroshēmu + fosforu, lai sasniegtu pilnu spektru. Papildus monohromatiskās gaismas un zilās gaismas vai ultravioletās mikroshēmas un fosfora iepakojuma režīmam, lai iegūtu balto gaismu, augu apgaismojuma iepakojuma ierīcēm ir arī salikts iepakojuma režīms, kurā tiek izmantotas divu vai vairāku viļņu garuma mikroshēmas, piemēram, sarkana, desmit zila/ultravioleta, RGB, RGBW. Šim iepakojuma režīmam ir lielas priekšrocības aptumšošanā.

Runājot par šaura viļņa garuma LED produktiem, vairums iepakojuma piegādātāju var nodrošināt klientus ar dažāda viļņa garuma produktiem 365–740 nm diapazonā. Attiecībā uz augu apgaismojuma spektru, ko pārveido ar fosforu, vairums iepakojuma ražotāju piedāvā klientiem dažādus spektrus, no kuriem izvēlēties. Salīdzinot ar 2016. gadu, pārdošanas apjoma pieauguma temps 2017. gadā ir ievērojami pieaudzis. Starp tiem 660 nm LED gaismas avotu pieauguma temps ir koncentrēts 20–50% robežās, un fosforā pārveidotu augu LED gaismas avotu pārdošanas apjoma pieauguma temps sasniedz 50–200%, t.i., fosforā pārveidotu augu LED gaismas avotu pārdošanas apjomi pieaug straujāk.

Visi iepakošanas uzņēmumi var nodrošināt 0,2–0,9 W un 1–3 W vispārējā iepakojuma produktus. Šie gaismas avoti ļauj apgaismojuma ražotājiem būt elastīgiem apgaismojuma dizainā. Turklāt daži ražotāji piedāvā arī lielākas jaudas integrētus iepakojuma produktus. Pašlaik vairāk nekā 80% no vairuma ražotāju piegādēm ir 0,2–0,9 W vai 1–3 W. Starp tiem vadošo starptautisko iepakošanas uzņēmumu piegādes ir koncentrētas 1–3 W apjomā, savukārt mazo un vidējo iepakošanas uzņēmumu piegādes ir koncentrētas 0,2–0,9 W apjomā.

3. Augu audzēšanas apgaismojuma pielietojuma jomas

No pielietojuma jomas augu audzēšanas apgaismes ķermeņi galvenokārt tiek izmantoti siltumnīcu apgaismojumā, pilnīgi mākslīgā apgaismojuma augu rūpnīcās, augu audu kultūrā, āra lauksaimniecības lauka apgaismojumā, mājsaimniecības dārzeņu un ziedu stādīšanā, kā arī laboratorijas pētījumos.

①Saules siltumnīcās un daudzlaidumu siltumnīcās mākslīgā apgaismojuma īpatsvars papildu apgaismojumam joprojām ir zems, un galvenās ir metālhalogenīdu lampas un augstspiediena nātrija lampas. LED audzēšanas apgaismojuma sistēmu izplatības līmenis ir relatīvi zems, taču pieauguma temps sāk paātrināties, samazinoties izmaksām. Galvenais iemesls ir tas, ka lietotājiem ir ilggadēja pieredze metālhalogenīdu lampu un augstspiediena nātrija lampu izmantošanā, un metālhalogenīdu lampu un augstspiediena nātrija lampu izmantošana var nodrošināt aptuveni 6% līdz 8% no siltumnīcas siltumenerģijas, vienlaikus izvairoties no augu apdegumiem. LED audzēšanas apgaismojuma sistēmai nebija konkrētu un efektīvu instrukciju un datu atbalsta, kas aizkavēja tās izmantošanu dienasgaismas un daudzlaidumu siltumnīcās. Pašlaik joprojām galvenā uzmanība tiek pievērsta maza mēroga demonstrācijas pielietojumiem. Tā kā LED ir aukstās gaismas avots, tas var atrasties relatīvi tuvu augu vainagiem, kā rezultātā temperatūras ietekme ir mazāka. Dienasgaismas un daudzlaidumu siltumnīcās LED audzēšanas apgaismojums biežāk tiek izmantots starpaugu audzēšanā.

② Lauksaimniecības pielietojums āra apstākļos. Augu apgaismojuma ieviešana un izmantošana lauksaimniecībā kompleksos ir bijusi relatīvi lēna, savukārt LED augu apgaismojuma sistēmu (fotoperioda kontrole) izmantošana āra garās dienas kultūrām ar augstu ekonomisko vērtību (piemēram, pūķaugļiem) ir strauji attīstījusies.

③Augu rūpnīcas. Pašlaik visātrāk un visplašāk izmantotā augu apgaismojuma sistēma ir pilnībā mākslīgā apgaismojuma augu rūpnīca, kas pēc kategorijas ir sadalīta centralizētās daudzslāņu un izkliedētās pārvietojamās augu rūpnīcās. Mākslīgā apgaismojuma augu rūpnīcu attīstība Ķīnā ir ļoti strauja. Centralizētās daudzslāņu pilnībā mākslīgā apgaismojuma augu rūpnīcas galvenais investīciju subjekts nav tradicionālie lauksaimniecības uzņēmumi, bet gan uzņēmumi, kas nodarbojas ar pusvadītāju un plaša patēriņa elektronikas produktiem, piemēram, Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, kā arī COFCO un Xi Cui un citi jauni, moderni lauksaimniecības uzņēmumi. Izkliedētajās un mobilajās augu rūpnīcās kā standarta nesēji joprojām tiek izmantoti kuģniecības konteineri (jauni konteineri vai lietotu konteineru rekonstrukcija). Visu mākslīgo augu augu apgaismojuma sistēmās galvenokārt tiek izmantotas lineāras vai plakana paneļa masīva apgaismojuma sistēmas, un stādīto šķirņu skaits turpina pieaugt. Ir sākuši plaši un plaši izmantot dažādus eksperimentālus LED gaismas avotus ar gaismas formulu. Tirgū esošie produkti galvenokārt ir zaļie lapu dārzeņi.

4. Mājsaimniecības augu stādīšana. LED var izmantot mājsaimniecības augu galda lampās, mājsaimniecības augu stādīšanas plauktos, mājsaimniecības dārzeņu audzēšanas mašīnās utt.

⑤Ārstniecības augu audzēšana. Ārstniecības augu audzēšanā tiek izmantoti tādi augi kā Anoectochilus un Lithospermum. Šo tirgu produktiem ir augstāka ekonomiskā vērtība, un pašlaik tā ir nozare ar vairāk augu apgaismojuma pielietojumiem. Turklāt kaņepju audzēšanas legalizācija Ziemeļamerikā un daļā Eiropas ir veicinājusi LED audzēšanas apgaismojuma izmantošanu kaņepju audzēšanas jomā.

6. Ziedu lampiņas. Kā neaizstājams instruments ziedu ziedēšanas laika regulēšanai puķu dārzkopības nozarē, agrākais ziedu lampiņu pielietojums bija kvēlspuldzes, kam sekoja enerģiju taupošās dienasgaismas spuldzes. Attīstoties LED industrializācijai, tradicionālās lampas pakāpeniski ir aizstājušas LED tipa ziedu lampiņas.

⑦Augu audu kultūra. Tradicionālie audu kultūru gaismas avoti galvenokārt ir baltas dienasgaismas spuldzes, kurām ir zema gaismas efektivitāte un liela siltuma ģenerēšana. LED spuldzes ir piemērotākas efektīvai, kontrolējamai un kompaktai augu audu kultūrai, pateicoties to izcilajām īpašībām, piemēram, zemam enerģijas patēriņam, zemai siltuma ģenerēšanai un ilgam kalpošanas laikam. Pašlaik baltas LED spuldzes pakāpeniski aizstāj baltas dienasgaismas spuldzes.

4. Audzēšanas apgaismojuma uzņēmumu reģionālais sadalījums

Saskaņā ar statistiku, manā valstī pašlaik ir vairāk nekā 300 audzēšanas apgaismojuma uzņēmumu, un Pērļu upes deltas apgabala audzēšanas apgaismojuma uzņēmumi veido vairāk nekā 50%, un tie jau ieņem nozīmīgu pozīciju. Jandzi upes deltas audzēšanas apgaismojuma uzņēmumi veido aptuveni 30%, un tā joprojām ir nozīmīga audzēšanas apgaismojuma produktu ražošanas teritorija. Tradicionālie audzēšanas lampu uzņēmumi galvenokārt ir izplatīti Jandzi upes deltā, Pērļu upes deltā un Bohai joslā, no kuriem Jandzi upes delta veido 53%, bet Pērļu upes delta un Bohai josla attiecīgi 24% un 22%. LED audzēšanas apgaismojuma ražotāju galvenās izplatīšanas zonas ir Pērļu upes delta (62%), Jandzi upes delta (20%) un Bohai josla (12%).

B. LED audzēšanas apgaismojuma nozares attīstības tendences

1. Specializācija

LED audzēšanas apgaismojumam ir regulējama spektra un gaismas intensitātes, zemas kopējās siltuma ģenerēšanas un labas ūdensnecaurlaidības īpašības, tāpēc tas ir piemērots audzēšanas apgaismojumam dažādās ainās. Vienlaikus izmaiņas dabiskajā vidē un cilvēku centieni pēc pārtikas kvalitātes ir veicinājuši spēcīgu lauksaimniecības iekārtu un audzēšanas rūpnīcu attīstību, kā arī noveduši LED audzēšanas apgaismojuma nozari straujas attīstības periodā. Nākotnē LED audzēšanas apgaismojumam būs svarīga loma lauksaimniecības ražošanas efektivitātes uzlabošanā, pārtikas nekaitīguma uzlabošanā un augļu un dārzeņu kvalitātes uzlabošanā. LED gaismas avoti audzēšanas apgaismojumam attīstīsies tālāk līdz ar pakāpenisku nozares specializāciju un virzīsies mērķtiecīgākā virzienā.

2. Augsta efektivitāte

Apgaismojuma efektivitātes un energoefektivitātes uzlabošana ir galvenais faktors, kas ievērojami samazina augu apgaismojuma ekspluatācijas izmaksas. LED spuldžu izmantošana tradicionālo lampu aizstāšanai un gaismas vides dinamiska optimizācija un pielāgošana atbilstoši augu gaismas formulas prasībām no stādu stadijas līdz ražas novākšanas stadijai ir neizbēgamas rafinētās lauksaimniecības tendences nākotnē. Runājot par ražas uzlabošanu, to var kultivēt pa posmiem un reģioniem, kombinējot gaismas formulu atbilstoši augu attīstības īpašībām, lai katrā posmā uzlabotu ražošanas efektivitāti un ražu. Runājot par kvalitātes uzlabošanu, barības vielu un gaismas regulēšanu var izmantot, lai palielinātu barības vielu un citu veselības aprūpes funkcionālo sastāvdaļu saturu.

Saskaņā ar aplēsēm, pašreizējais valsts pieprasījums pēc dārzeņu stādiem ir 680 miljardi, savukārt rūpnīcu stādu ražošanas jauda ir mazāka par 10%. Stādu nozarei ir augstākas vides prasības. Ražošanas sezona galvenokārt ir ziema un pavasaris. Dabiskais apgaismojums ir vājš, un ir nepieciešams mākslīgs papildu apgaismojums. Augu audzēšanas apgaismojumam ir relatīvi augsta ieejas un izejas jauda, ​​kā arī augsta ieejas pieņemšanas pakāpe. LED ir unikālas priekšrocības, jo augļi un dārzeņi (tomāti, gurķi, melones utt.) ir jāpotē, un specifiskais gaismas papildināšanas spektrs augsta mitruma apstākļos var veicināt potētu stādu dzīšanu. Siltumnīcu dārzeņu stādīšanas papildu apgaismojums var kompensēt dabiskā apgaismojuma trūkumu, uzlabot augu fotosintēzes efektivitāti, veicināt ziedēšanu un augļu veidošanos, palielināt ražu un uzlabot produktu kvalitāti. LED audzēšanas apgaismojumam ir plašas pielietojuma iespējas dārzeņu stādos un siltumnīcu ražošanā.

3. Inteliģents

Augu audzēšanas apgaismojumam ir liels pieprasījums pēc gaismas kvalitātes un daudzuma kontroles reāllaikā. Līdz ar viedās vadības tehnoloģiju uzlabošanu un lietu interneta pielietošanu, dažādi monohromatiski spektri un viedās vadības sistēmas var realizēt laika kontroli, gaismas kontroli, un atbilstoši augu augšanas statusam gaismas kvalitātes un gaismas jaudas savlaicīga pielāgošana noteikti kļūs par galveno tendenci augu audzēšanas apgaismojuma tehnoloģijas attīstībā nākotnē.