Pôvodný zdroj: Houcheng Liu. Stav vývoja a trend odvetvia LED osvetlenia rastlín [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Zdroj článku: Materiál Once Deep

Svetlo je základným environmentálnym faktorom rastu a vývoja rastlín. Svetlo nielenže dodáva energiu pre rast rastlín prostredníctvom fotosyntézy, ale je aj dôležitým regulátorom rastu a vývoja rastlín. Doplnok umelého svetla alebo úplné ožiarenie umelým svetlom môže podporiť rast rastlín, zvýšiť výnos, zlepšiť tvar a farbu produktu, posilniť funkčné zložky a znížiť výskyt chorôb a škodcov. Dnes sa s vami podelím o vývojový stav a trend v odvetví osvetlenia rastlín.
Technológia umelých svetelných zdrojov sa čoraz viac používa v oblasti osvetlenia rastlín. LED diódy majú mnoho výhod, ako je vysoká svetelná účinnosť, nízka tvorba tepla, malá veľkosť, dlhá životnosť a mnoho ďalších. V oblasti pestovateľského osvetlenia majú zjavné výhody. Priemysel pestovateľského osvetlenia bude postupne prijímať LED svietidlá na pestovanie rastlín.

A. Stav vývoja odvetvia LED pestovateľského osvetlenia 

1.LED balenie pre pestovateľské osvetlenie

V oblasti balenia LED diód pre pestovateľské osvetlenie existuje mnoho druhov baliacich zariadení a neexistuje jednotný systém merania a hodnotenia. Preto sa zahraniční výrobcovia v porovnaní s domácimi výrobkami zameriavajú najmä na vysokovýkonné, cob a modulárne smery, pričom berú do úvahy sériu pestovateľského osvetlenia s bielym svetlom a berúc do úvahy charakteristiky rastu rastlín a humanizované svetelné prostredie, majú väčšie technické výhody v spoľahlivosti, svetelnej účinnosti a charakteristikách fotosyntetického žiarenia rôznych rastlín v rôznych rastových cykloch, vrátane rôznych typov vysokovýkonných, stredne výkonných a nízkovýkonných rastlín rôznych veľkostí, aby splnili potreby rôznych rastlín v rôznych rastových prostrediach s cieľom dosiahnuť cieľ maximalizácie rastu rastlín a úspory energie.

Veľké množstvo kľúčových patentov na epitaxné doštičky čipov je stále v rukách popredných spoločností, ako sú japonská Nichia a americká Career. Domácim výrobcom čipov stále chýbajú patentované produkty, ktoré by boli konkurencieschopné na trhu. Zároveň mnoho spoločností vyvíja nové technológie v oblasti balenia čipov pre pestovateľské osvetlenie. Napríklad technológia tenkých vrstiev čipov od spoločnosti Osram umožňuje tesné balenie čipov k sebe, čím sa vytvára veľkoplošná osvetlená plocha. Vďaka tejto technológii môže vysokoúčinný LED osvetľovací systém s vlnovou dĺžkou 660 nm znížiť spotrebu energie v pestovateľskej oblasti o 40 %.

2. Spektrum a zariadenia na pestovanie osvetlenia
Spektrum osvetlenia rastlín je zložitejšie a rozmanitejšie. Rôzne rastliny majú veľké rozdiely v požadovaných spektrách v rôznych rastových cykloch a dokonca aj v rôznych rastových prostrediach. Na uspokojenie týchto rozdielnych potrieb existujú v súčasnosti v priemysle nasledujúce schémy: ①Schémy viacerých kombinácií monochromatického svetla. Tri najúčinnejšie spektrá pre fotosyntézu rastlín sú najmä spektrum s vrcholmi pri 450 nm a 660 nm, pásmo 730 nm na vyvolanie kvitnutia rastlín, plus zelené svetlo 525 nm a ultrafialové pásmo pod 380 nm. Kombinujte tieto druhy spektier podľa rôznych potrieb rastlín, aby ste vytvorili najvhodnejšie spektrum. ②Schéma s plným spektrom na dosiahnutie úplného pokrytia spektra požiadaviek rastlín. Tento typ spektra zodpovedajúci čipu SUNLIKE, ktorý zastupujú spoločnosti Seoul Semiconductor a Samsung, nemusí byť najefektívnejší, ale je vhodný pre všetky rastliny a náklady sú oveľa nižšie ako pri riešeniach s kombináciou monochromatického svetla. ③Použite biele svetlo s plným spektrom ako hlavný prvok a červené svetlo s vlnovou dĺžkou 660 nm ako kombinovanú schému na zlepšenie účinnosti spektra. Táto schéma je ekonomickejšia a praktickejšia.

Mnoho domácich aj zahraničných spoločností vyrába obalové zariadenia pre monochromatické osvetlenie rastlín (hlavné vlnové dĺžky sú 450 nm, 660 nm, 730 nm). Domáce produkty sú rozmanitejšie a majú viac špecifikácií a produkty zahraničných výrobcov sú štandardizovanejšie. Zároveň medzi domácimi a zahraničnými výrobcami obalových zariadení stále existuje veľký rozdiel, pokiaľ ide o fotosyntetický fotónový tok, svetelnú účinnosť atď. V prípade obalových zariadení pre monochromatické osvetlenie rastlín okrem produktov s hlavnými vlnovými dĺžkami 450 nm, 660 nm a 730 nm mnohí výrobcovia vyvíjajú aj nové produkty v iných vlnových dĺžkach, aby dosiahli úplné pokrytie vlnovej dĺžky fotosynteticky aktívneho žiarenia (PAR) (450 – 730 nm).

Monochromatické LED svetlá na rast rastlín nie sú vhodné pre rast všetkých rastlín. Preto sa zdôrazňujú výhody LED diód s plným spektrom. Pre dosiahnutie plného spektra je potrebné najprv dosiahnuť plné pokrytie celého spektra viditeľného svetla (400 – 700 nm) a zvýšiť výkon týchto dvoch pásiem: modrozelené svetlo (470 – 510 nm) a tmavočervené svetlo (660 – 700 nm). Na dosiahnutie „plného“ spektra sa používa bežná modrá LED dióda alebo ultrafialová LED dióda s fosforom, ktorá má svoje vlastné maximá a minimá fotosyntetickej účinnosti. Väčšina výrobcov bielych LED diód na osvetlenie rastlín používa na dosiahnutie plného spektra modrý čip + fosfor. Okrem režimu balenia s monochromatickým svetlom a modrým svetlom alebo ultrafialovým čipom + fosforom na dosiahnutie bieleho svetla majú zariadenia na osvetlenie rastlín aj režim kombinovaného balenia, ktorý používa dva alebo viac vlnových dĺžok čipov, ako napríklad červená, desať, modrá/ultrafialové, RGB, RGBW. Tento režim balenia má veľké výhody pri stmievaní.

Pokiaľ ide o úzkovlnové LED produkty, väčšina dodávateľov obalov môže zákazníkom poskytnúť produkty s rôznymi vlnovými dĺžkami v pásme 365 – 740 nm. Pokiaľ ide o spektrum osvetlenia rastlín konvertované fosforom, väčšina výrobcov obalov ponúka zákazníkom rôzne spektrá, z ktorých si môžu vybrať. V porovnaní s rokom 2016 sa tempo rastu predaja v roku 2017 výrazne zvýšilo. V tomto prípade sa tempo rastu LED svetelného zdroja s vlnovou dĺžkou 660 nm sústredilo na 20 % – 50 % a tempo rastu predaja fosforom konvertovaných LED svetelných zdrojov rastlín dosiahlo 50 % – 200 %, čo znamená, že predaj fosforom konvertovaných LED svetelných zdrojov rastlín rastie rýchlejšie.

Všetky baliace spoločnosti môžu poskytovať všeobecné baliace produkty s výkonom 0,2 – 0,9 W a 1 – 3 W. Tieto svetelné zdroje umožňujú výrobcom osvetlenia dobrú flexibilitu pri navrhovaní osvetlenia. Okrem toho niektorí výrobcovia poskytujú aj integrované baliace produkty s vyšším výkonom. V súčasnosti viac ako 80 % dodávok väčšiny výrobcov predstavuje 0,2 – 0,9 W alebo 1 – 3 W. Medzi nimi sú dodávky popredných medzinárodných baliacich spoločností sústredené na 1 – 3 W, zatiaľ čo dodávky malých a stredných baliacich spoločností sústredené na 0,2 – 0,9 W.

3. Oblasti použitia osvetlenia pre pestovanie rastlín

Z oblasti použitia sa svietidlá na pestovanie rastlín používajú hlavne na osvetlenie skleníkov, v továrňach na umelé osvetlenie rastlín, v tkanivových kultúrach rastlín, pri osvetlení vonkajších polí, pri pestovaní zeleniny a kvetov v domácnostiach a v laboratórnom výskume.

①V solárnych skleníkoch a viacrozsahových skleníkoch je podiel umelého svetla na doplnkové osvetlenie stále nízky a hlavnými sú halogenidové výbojky a vysokotlakové sodíkové výbojky. Miera penetrácie LED pestovateľských osvetľovacích systémov je relatívne nízka, ale tempo rastu sa začína zrýchľovať s poklesom nákladov. Hlavným dôvodom sú, že používatelia majú dlhoročné skúsenosti s používaním halogenidových výbojok a vysokotlakových sodíkových výbojok a používanie halogenidových výbojok a vysokotlakových sodíkových výbojok môže poskytnúť približne 6 % až 8 % tepelnej energie pre skleník a zároveň zabrániť popáleninám rastlín. LED pestovateľský osvetľovací systém neposkytoval špecifické a účinné pokyny a dátovú podporu, čo oneskorilo jeho použitie v denných a viacrozsahových skleníkoch. V súčasnosti sú stále hlavným pilierom malé demonštračné aplikácie. Keďže LED je zdroj studeného svetla, môže byť relatívne blízko koruny rastlín, čo má za následok menší teplotný vplyv. V denných a viacrozsahových skleníkoch sa LED pestovateľské osvetlenie častejšie používa pri pestovaní medzi rastlinami.

②Aplikácia v terénnych podmienkach pri poľnohospodárstve. Prenikanie a aplikácia osvetlenia rastlín v poľnohospodárstve zariadení je relatívne pomalá, zatiaľ čo aplikácia LED systémov osvetlenia rastlín (riadenie fotoperiódy) pre vonkajšie dlhodenné plodiny s vysokou ekonomickou hodnotou (ako napríklad dračie ovocie) dosiahla rýchly rozvoj.

③Továrne na rastliny. V súčasnosti je najrýchlejším a najpoužívanejším systémom osvetlenia rastlín továreň na umelé osvetlenie, ktorá je podľa kategórie rozdelená na centralizované viacvrstvové a distribuované mobilné továrne na rastliny. Rozvoj tovární na umelé osvetlenie v Číne je veľmi rýchly. Hlavným investičným subjektom centralizovaných viacvrstvových tovární na umelé osvetlenie nie sú tradičné poľnohospodárske spoločnosti, ale skôr spoločnosti zaoberajúce sa polovodičovými a spotrebnými elektronickými výrobkami, ako napríklad Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, ale aj COFCO a Xi Cui a ďalšie nové moderné poľnohospodárske spoločnosti. V distribuovaných a mobilných továrňach na rastliny sa ako štandardný nosič stále používajú prepravné kontajnery (nové kontajnery alebo rekonštrukcia použitých kontajnerov). Systémy osvetlenia rastlín všetkých umelých rastlín väčšinou používajú lineárne alebo ploché panelové osvetľovacie systémy a počet vysadených odrôd sa neustále rozširuje. Rôzne experimentálne svetelné receptúry LED svetelných zdrojov sa začali široko používať. Produkty na trhu sú prevažne zelená listová zelenina.

④Výsadba domácich rastlín. LED diódy sa môžu používať v stolových lampách na domáce rastliny, stojanoch na sadenie domácich rastlín, domácich strojoch na pestovanie zeleniny atď.

⑤Pestovanie liečivých rastlín. Pestovanie liečivých rastlín zahŕňa rastliny ako Anoectochilus a Lithospermum. Produkty na týchto trhoch majú vyššiu ekonomickú hodnotu a v súčasnosti predstavujú odvetvie s väčším počtom aplikácií na osvetlenie rastlín. Okrem toho legalizácia pestovania kanabisu v Severnej Amerike a častiach Európy podporila používanie LED pestovateľského osvetlenia v oblasti pestovania kanabisu.

⑥Kvitnúce svetlá. Ako nevyhnutný nástroj na úpravu doby kvitnutia kvetov v kvetinárskom priemysle boli najstaršou aplikáciou kvitnúcich svetiel žiarovky, po ktorých nasledovali energeticky úsporné žiarivky. S rozvojom industrializácie LED diód postupne viac LED svietidiel na kvitnutie nahrádza tradičné lampy.

⑦Kultúra rastlinných tkanív. Tradičné zdroje svetla pre tkanivové kultúry sú prevažne biele žiarivky, ktoré majú nízku svetelnú účinnosť a veľkú tvorbu tepla. LED diódy sú vhodnejšie pre efektívne, ovládateľné a kompaktné kultivácie rastlinných tkanív vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam, ako je nízka spotreba energie, nízka tvorba tepla a dlhá životnosť. V súčasnosti biele LED trubice postupne nahrádzajú biele žiarivky.

4. Regionálne rozloženie spoločností zaoberajúcich sa pestovateľským osvetlením

Podľa štatistík je v mojej krajine v súčasnosti viac ako 300 spoločností zaoberajúcich sa pestovateľským osvetlením a spoločnosti zaoberajúce sa pestovateľským osvetlením v oblasti delty Perlovej rieky tvoria viac ako 50 % a už teraz sú vo významnej pozícii. Spoločnosti zaoberajúce sa pestovateľským osvetlením v delte rieky Jang-c'-ťiang tvoria približne 30 % a stále je to dôležitá oblasť výroby produktov pestovateľského osvetlenia. Tradičné spoločnosti zaoberajúce sa pestovateľskými lampami sú rozmiestnené hlavne v delte rieky Jang-c'-ťiang, delte Perlovej rieky a pobreží Bohai, z čoho delta rieky Jang-c'-ťiang tvorí 53 % a delta Perlovej rieky a pobrežie Bohai tvoria 24 % a 22 %. Hlavnými oblasťami distribúcie výrobcov LED pestovateľského osvetlenia sú delta Perlovej rieky (62 %), delta rieky Jang-c'-ťiang (20 %) a pobrežie Bohai (12 %).

B. Trend vývoja priemyslu s rastúcim LED osvetlením

1. Špecializácia

LED pestovateľské osvetlenie sa vyznačuje nastaviteľným spektrom a intenzitou svetla, nízkou celkovou tepelnou izoláciou a dobrou vodotesnosťou, takže je vhodné na pestovateľské osvetlenie v rôznych prostrediach. Zároveň zmeny v prírodnom prostredí a snaha ľudí o kvalitu potravín podporili dynamický rozvoj poľnohospodárskych zariadení a pestovateľských závodov a viedli odvetvie LED pestovateľského osvetlenia k obdobiu rýchleho rozvoja. V budúcnosti bude LED pestovateľské osvetlenie zohrávať dôležitú úlohu pri zlepšovaní efektívnosti poľnohospodárskej výroby, zlepšovaní bezpečnosti potravín a zlepšovaní kvality ovocia a zeleniny. LED svetelný zdroj pre pestovateľské osvetlenie sa bude ďalej rozvíjať s postupnou špecializáciou odvetvia a bude sa uberať cielenejším smerom.

2. Vysoká účinnosť

Zlepšenie svetelnej účinnosti a energetickej účinnosti je kľúčom k výraznému zníženiu prevádzkových nákladov na osvetlenie rastlín. Použitie LED diód namiesto tradičných žiaroviek a dynamická optimalizácia a prispôsobenie svetelného prostredia podľa požiadaviek rastlín na svetelnú receptúru od štádia sadeníc až po štádium zberu sú nevyhnutnými trendmi v rafinovanom poľnohospodárstve v budúcnosti. Pokiaľ ide o zlepšenie výnosov, je možné ich pestovať postupne a v rôznych regiónoch v kombinácii so svetelnou receptúrou podľa vývojových charakteristík rastlín, aby sa zlepšila efektivita produkcie a výnos v každej fáze. Pokiaľ ide o zlepšenie kvality, regulácia výživy a regulácia svetla sa môže použiť na zvýšenie obsahu živín a ďalších zložiek funkčných pre zdravie.

Podľa odhadov je súčasný národný dopyt po sadeniciach zeleniny 680 miliárd, zatiaľ čo výrobná kapacita sadeníc z tovární je menej ako 10 %. Sadeničový priemysel má vyššie environmentálne požiadavky. Produkčná sezóna je prevažne zima a jar. Prirodzené svetlo je slabé a je potrebné umelé doplnkové svetlo. Osvetlenie na pestovanie rastlín má relatívne vysoký vstup a výstup a vysoký stupeň prijatia vstupu. LED má jedinečné výhody, pretože ovocie a zelenina (paradajky, uhorky, melóny atď.) sa musia vrúbľovať a špecifické spektrum doplnkového svetla za podmienok vysokej vlhkosti môže podporiť hojenie vrúbľovaných sadeníc. Doplnkové svetlo na pestovanie zeleniny v skleníkoch môže kompenzovať nedostatok prirodzeného svetla, zlepšiť fotosyntetickú účinnosť rastlín, podporiť kvitnutie a plodenie, zvýšiť výnos a zlepšiť kvalitu produktu. LED osvetlenie na pestovanie má široké uplatnenie v sadeniciach zeleniny a v skleníkovej produkcii.

3. Inteligentný

Osvetlenie pre pestovanie rastlín má silný dopyt po riadení kvality a množstva svetla v reálnom čase. Vďaka zlepšeniu technológie inteligentného riadenia a aplikácii internetu vecí je možné pomocou rôznych monochromatických spektier a inteligentných riadiacich systémov realizovať časovú kontrolu a riadenie svetla a v závislosti od stavu rastu rastlín sa včasné nastavenie kvality svetla a svetelného výkonu stane hlavným trendom v budúcom vývoji technológie osvetlenia pre pestovanie rastlín.