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【极智课堂】国星光电李宏浩:LED植物照明应用深度解读

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-30   来源:中国半导体照明网  浏览次数:1678

当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰。

本期,极智课堂邀请到佛山市国星光电股份有限公司非视觉光源事业部动植物LED技术总监李宏浩带来了题为“LED植物照明应用深度解读”的精彩主题分享。

植物照明就是LED应用的重要领域之一。LED植物照明的优点有很多, LED以其光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点,在植物照明领域应用的优势明显,植物照明灯也将逐渐以LED照明灯具为主。报告从LED在植物照明中的角色、LED植物照明市场及应用现状、植物照明技术研究现状与发展趋势角度,详细深入解读了LED植物照明应用。

LED在瓜果和蔬菜农业中的用途主要是延长了生长季节,特别是在夏季较短的寒冷地区。LED照明的一个明显优势就是照明产生热量很少,种植者可以使用交互式照明,把光放在植物中间或者旁边,在垂直或水平方向上把光照射到植物的低层部分。

LED最大影响的地方就是在生长绿叶蔬菜和药草上,因为这些只能生长到很低的高度,并且可以在架子上生长,每层架子都有专用的一组LED灯具靠近植物。而最佳的照明和技术,包括水耕栽培,可以比室外实现更短的生长周期。

LED在植物照明中的应用涉及生长类照明和信号类照明,应用领域涉及植物组培、叶菜生产、温室补光、植物工厂、育苗工厂、药用植物栽培、食用菌工厂、藻类培养、植物保护、太空果蔬、花卉种植、驱杀蚊虫等,应用环境可以是摩天大楼顶层、垂直农场、温室大棚、家里、商场,研究实验室,甚至废弃集装箱等。

LED植物照明市场及应用现状

从市场规模来看,有数据显示,预计到2021年,全球LED植物照明系统市场规模超过20亿美元,其中LED灯具4.9亿美元;GGII统计分析认为,2019年中国LED植物照明系统产值规模将达到76亿元,同比增长22%,LED灯具产值规模将达到21亿元,同比增长23%,到2020年,中国LED植物照明系统产值规模将达到95亿元,LED灯具产值规模将达到28亿元。

特种植物市场方面,加拿大、美国各州特种植物合法化,种植市场正在快速发展。加拿大有3000万合法消费者相当于240万磅每年的消费量。加拿大将需要656ft2种植面积来满足需求,现货指数为每头1200美元/磅。通过LED产量可以提高5%,能耗也会下降,LED灯具上的投入,在一年内就可以收回成本,但LED灯具可以用5年。在2020年,加拿大和美国的大麻LED照明市场规模会超过4亿美元。

目前,市场上主要存在四大类植物照明光源:LED灯、荧光灯、高压钠灯、白炽灯及卤灯。相较于传统植物照明灯具,LED植物照明灯具除了节能环保、整体发热小、可靠性能高等特点外,还具有光谱、光量、光质、光方向可调整,允许提高单位面积栽培量等优势。另外LED波长范围广【UVC(约250nm)到红外线(约1000nm)】,并且波长半波峰窄。

目前全球植物灯市场上除中国大陆地区之外,应用最为成熟的地区为:北美、欧洲和日本地区,从数据统计显示美国和日本地区的知名制造厂家分别占比是37%和23%,是植物灯应用市场最为活跃的地区。我国LED植物照明生产企业主要分布区域为珠三角地区占比60%,长三角地区21%,环渤海地区为12%。

国内LED植物照明产业状况

由于LED植物灯在我国尚处于起步阶段,还存在较多问题。在产品方面,还拥有着生产设计不规范、缺乏统一的产品标准、销售光谱缺乏实际验证等问题;在实践应用方面,存在成本较高、光穿透能力不强等问题。LED植物照明灯存在较多问题,使得LED植物照明市场拓展速度较为缓慢。

我国是农业大国,农业生产用品需求较大,LED植物照明灯能够在农业育苗中起到关键性作用,同时有具有节能环保的好处,未来发展空间较为广阔。LED植物照明代表着未来农业光照的发展方向,已经得到各部门的大力支持,随着LED植物照明灯技术的完善,市场潜在需求得到释放,行业将进入快速发展阶段。

植物照明技术研究现状

报告中详细分享了多种植物照明LED光源形式,包括中小功率光源、分立式大功率光源、COB光源等。

其中,中小功率光源封装技术成熟,产业化程度高,成本优势大;波长和光谱范围广,无论光源和植物照明灯具可调整性大,可以自由搭配数量和颜色,自由调整光谱。PPF和能量密度低。适合多层次垂直农场使用。

分立式大功率光源使用功率大,高PPF和高能量密度;热电分离,散热性能好,工作稳定;可实现多种出光角度。成本高,大功率使用时光源温度高,需要良好的散热,加大灯具成本。

高PPE产品应用,适合应用于温室栽植。

COB光源光线分布均匀,节省光源的一次封装成本、光引擎模组制作成本,植物照明灯具厂的安装生产简单和方便。光源的串并方式固定,不如分立式光源那样可以自由搭配数量和颜色,自由调整光谱;封装体积大,灯具尺寸限制。高PPF产品应用,可以穿透大型植物,顶部补光。

植物照明LED光谱方面,有多种方案,涉及多种单色光组合方案、蓝光芯片激发荧光粉方案、全光谱方案等。

多种单色光组合方案,以对植物光合作用最有效蓝红光为主,加对植物开花诱导、促进叶片生长的远红光,再加绿光及UVA,这几种光谱依照植物的不同需求而组合出最适宜的光谱。成本高,并非适用于任何植物的生长。

蓝光芯片激发荧光粉方案,依照植物的不同需求,利用不同激发波长的荧光粉,得到不同波段的光能量,成本较单色光组合方案低很多。PPF和能量密度低。

全光谱方案,实现植物需求的可见光全光谱(400-700nm)全覆盖,适用于所有植物,成本较单色光组合方案低。PPF和能量密度低,紫光激发全光谱成本高。

以白光为主,加上660nm的红光组合方案,来提高光谱的有效性,比较经济实用;可根据植物不同种类和生长阶段添加远红光、UVA 。

LED植物照明发展趋势

LED植物照明将会在提升农业生产效率、提高食品安全、改善蔬果品质方面发挥重要作用。植物照明用的LED光源会随着产业的逐步专业化进一步发展,向更加具有针对性的方向前进。

光效与能效提升是大幅减少植物照明运行费用的关键。在提高产量方面,可以根据植物的发育特征,分阶段、分区域结合光配方进行培育,以提高各阶段的生产效率和产量;在提高品质方面,可以通过营养调控和光调控等手段,提高营养成分含量以及其他保健功能成分含量。

植物照明对光质光量可实时调控这种复杂的需求强烈,随着智能控制技术的提高、物联网的应用,多种单色光谱加智能控制系统实现时控、光控、根据植物的生长状态适时调整的光质光量输出,势必成为植物照明技术未来发展的主趋势。

国星光电LED植物照明产品系列

近年来,国星光电加大力度投入植物照明LED领域的技术研究和产品开发,并与国内外多家知名院校达成深度合作关系。报告分享了多款系列产品。

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