Font original: Houcheng Liu. Estat de desenvolupament i tendència de la indústria de la il·luminació de plantes LED [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Font de l'article: Material Once Deep

La llum és el factor ambiental bàsic del creixement i desenvolupament de les plantes. La llum no només subministra energia per al creixement de les plantes a través de la fotosíntesi, sinó que també és un regulador important del creixement i desenvolupament de les plantes. El suplement de llum artificial o la irradiació completa de llum artificial pot promoure el creixement de les plantes, augmentar el rendiment, millorar la forma i el color del producte, millorar els components funcionals i reduir l'aparició de malalties i plagues. Avui compartiré amb vosaltres l'estat de desenvolupament i la tendència de la indústria de la il·luminació vegetal.
La tecnologia de fonts de llum artificial s'utilitza cada cop més en el camp de la il·luminació de plantes. Els LED tenen molts avantatges, com ara una alta eficiència lumínica, una baixa generació de calor, una mida petita, una llarga vida útil i molts altres avantatges. Té avantatges evidents en el camp de la il·luminació de cultiu. La indústria de la il·luminació de cultiu adoptarà gradualment els llums LED per al cultiu de plantes.

A. L'estat de desenvolupament de la indústria de la il·luminació de creixement LED 

1. Paquet LED per a il·luminació de cultiu

En el camp dels envasos per a il·luminació de cultiu LED, hi ha molts tipus de dispositius d'envasament, i no hi ha un sistema estàndard de mesura i avaluació unificat. Per tant, en comparació amb els productes nacionals, els fabricants estrangers se centren principalment en les direccions d'alta potència, cob i mòdul, tenint en compte la sèrie de llum blanca d'il·luminació de cultiu, considerant les característiques de creixement de les plantes i l'entorn d'il·luminació humanitzat, tenen majors avantatges tècnics en fiabilitat, eficiència lumínica, característiques de radiació fotosintètica de diferents plantes en diferents cicles de creixement, incloent diversos tipus de plantes d'alta potència, potència mitjana i baixa potència de diferents mides de productes, per satisfer les necessitats d'una varietat de plantes en diferents entorns de creixement, esperant aconseguir l'objectiu de maximitzar el creixement de les plantes i l'estalvi d'energia.

Un gran nombre de patents bàsiques per a oblies epitaxials de xips encara es troben en mans de les primeres empreses líders com ara la japonesa Nichia i l'americana Career. Els fabricants nacionals de xips encara no tenen productes patentats amb competitivitat al mercat. Al mateix temps, moltes empreses també estan desenvolupant noves tecnologies en el camp dels xips d'envasament per a il·luminació de cultiu. Per exemple, la tecnologia de xips de pel·lícula fina d'Osram permet empaquetar xips junts per crear una superfície d'il·luminació de gran superfície. Basant-se en aquesta tecnologia, un sistema d'il·luminació LED d'alta eficiència amb una longitud d'ona de 660 nm pot reduir el 40% del consum d'energia a la zona de cultiu.

2. Augmentar l'espectre d'il·luminació i els dispositius
L'espectre de la il·luminació de les plantes és més complex i divers. Diferents plantes tenen grans diferències en els espectres requerits en diferents cicles de creixement i fins i tot en diferents entorns de creixement. Per tal de satisfer aquestes necessitats diferenciades, actualment hi ha els següents esquemes a la indústria: ①Múltiples esquemes de combinació de llum monocromàtica. Els tres espectres més eficaços per a la fotosíntesi de les plantes són principalment l'espectre amb pics a 450 nm i 660 nm, la banda de 730 nm per induir la floració de les plantes, a més de la llum verda de 525 nm i la banda ultraviolada per sota de 380 nm. Combineu aquests tipus d'espectres segons les diferents necessitats de les plantes per formar l'espectre més adequat. ②Esquema d'espectre complet per aconseguir una cobertura completa de l'espectre de demanda de les plantes. Aquest tipus d'espectre corresponent al xip SUNLIKE representat per Seoul Semiconductor i Samsung potser no és el més eficient, però és adequat per a totes les plantes i el cost és molt inferior al de les solucions de combinació de llum monocromàtica. ③Utilitzeu llum blanca d'espectre complet com a pilar principal, a més de llum vermella de 660 nm com a esquema combinat per millorar l'eficàcia de l'espectre. Aquest esquema és més econòmic i pràctic.

Els dispositius d'envasament de xips LED monocromàtics per a il·luminació de cultiu de plantes (les longituds d'ona principals són 450 nm, 660 nm, 730 nm) estan coberts per moltes empreses nacionals i estrangeres, mentre que els productes nacionals són més diversos i tenen més especificacions, i els productes dels fabricants estrangers estan més estandarditzats. Al mateix temps, pel que fa al flux de fotons fotosintètics, l'eficiència lumínica, etc., encara hi ha una gran bretxa entre els fabricants d'envasament nacionals i estrangers. Pel que fa als dispositius d'envasament de llum monocromàtica per a il·luminació de plantes, a més dels productes amb les bandes de longitud d'ona principals de 450 nm, 660 nm i 730 nm, molts fabricants també estan desenvolupant nous productes en altres bandes de longitud d'ona per aconseguir la cobertura completa de la longitud d'ona de radiació fotosintèticament activa (PAR) (450-730 nm).

Els llums LED monocromàtics per al creixement de plantes no són adequats per al creixement de totes les plantes. Per tant, es destaquen els avantatges dels LED d'espectre complet. L'espectre complet primer ha d'aconseguir una cobertura completa de tot l'espectre de la llum visible (400-700 nm) i augmentar el rendiment d'aquestes dues bandes: llum blau-verda (470-510 nm) i llum vermella intensa (660-700 nm). Utilitzeu un LED blau ordinari o un xip LED ultraviolat amb fòsfor per aconseguir un espectre "complet", i la seva eficiència fotosintètica té els seus propis alts i baixos. La majoria dels fabricants de dispositius d'envasament LED blancs per a il·luminació de plantes utilitzen xip blau + fòsfor per aconseguir un espectre complet. A més del mode d'envasament de llum monocromàtica i llum blava o xip ultraviolat més fòsfor per aconseguir llum blanca, els dispositius d'envasament d'il·luminació de plantes també tenen un mode d'envasament compost que utilitza dos o més xips de longitud d'ona, com ara vermell deu blau/ultraviolat, RGB, RGBW. Aquest mode d'envasament té grans avantatges en la regulació de la intensitat.

Pel que fa als productes LED de longitud d'ona estreta, la majoria dels proveïdors d'envasos poden oferir als clients diversos productes de longitud d'ona a la banda de 365-740 nm. Pel que fa a l'espectre d'il·luminació de plantes convertit per fòsfors, la majoria dels fabricants d'envasos tenen una varietat d'espectres perquè els clients puguin triar. En comparació amb el 2016, la seva taxa de creixement de vendes el 2017 ha aconseguit un augment substancial. Entre ells, la taxa de creixement de la font de llum LED de 660 nm es concentra en un 20%-50%, i la taxa de creixement de vendes de la font de llum LED de plantes convertida en fòsfor arriba al 50%-200%, és a dir, les vendes de fonts de llum LED de plantes convertides en fòsfor estan creixent més ràpidament.

Totes les empreses d'envasos poden subministrar productes d'envasos generals de 0,2-0,9 W i d'1-3 W. Aquestes fonts de llum permeten als fabricants d'il·luminació tenir una bona flexibilitat en el disseny de la il·luminació. A més, alguns fabricants també proporcionen productes d'envasos integrats de major potència. Actualment, més del 80% dels enviaments de la majoria de fabricants són de 0,2-0,9 W o d'1-3 W. Entre ells, els enviaments de les principals empreses internacionals d'envasos es concentren en 1-3 W, mentre que els enviaments de petites i mitjanes empreses d'envasos es concentren en 0,2-0,9 W.

3. Camps d'aplicació de la il·luminació per al cultiu de plantes

Des del camp d'aplicació, els aparells d'il·luminació per al cultiu de plantes s'utilitzen principalment en la il·luminació d'hivernacles, fàbriques de plantes amb il·luminació totalment artificial, cultiu de teixits vegetals, il·luminació de camps agrícoles a l'aire lliure, plantació de verdures i flors domèstiques i investigació de laboratori.

①En els hivernacles solars i els hivernacles de diverses zones, la proporció de llum artificial per a la il·luminació suplementària encara és baixa, i les làmpades d'halogenurs metàl·lics i les làmpades de sodi d'alta pressió són les principals. La taxa de penetració dels sistemes d'il·luminació de cultiu LED és relativament baixa, però la taxa de creixement comença a accelerar-se a mesura que disminueix el cost. La raó principal és que els usuaris tenen una llarga experiència en l'ús de làmpades d'halogenurs metàl·lics i làmpades de sodi d'alta pressió, i l'ús de làmpades d'halogenurs metàl·lics i làmpades de sodi d'alta pressió pot proporcionar aproximadament del 6% al 8% de l'energia calorífica per a l'hivernacle, evitant alhora cremades a les plantes. El sistema d'il·luminació de cultiu LED no proporcionava instruccions ni suport de dades específics i eficaços, cosa que va retardar la seva aplicació en hivernacles de llum diürna i de diverses zones. Actualment, les aplicacions de demostració a petita escala continuen sent el pilar. Com que el LED és una font de llum freda, pot estar relativament a prop de la capçada de les plantes, cosa que resulta en un menor impacte de la temperatura. En hivernacles de llum diürna i de diverses zones, la il·luminació de cultiu LED s'utilitza més habitualment en el cultiu entre plantes.

②Aplicació en camps de cultiu a l'aire lliure. La penetració i l'aplicació de la il·luminació vegetal en l'agricultura d'instal·lacions ha estat relativament lenta, mentre que l'aplicació de sistemes d'il·luminació vegetal LED (control de fotoperíode) per a cultius de dia llarg a l'aire lliure amb alt valor econòmic (com ara la pitaya) ha aconseguit un ràpid desenvolupament.

③Fàbriques de plantes. Actualment, el sistema d'il·luminació de plantes més ràpid i utilitzat és la fàbrica de plantes de llum totalment artificial, que es divideix en fàbriques de plantes mòbils multicapa centralitzades i distribuïdes per categoria. El desenvolupament de fàbriques de plantes de llum artificial a la Xina és molt ràpid. El principal cos d'inversió de la fàbrica centralitzada de plantes de llum totalment artificial multicapa no són les empreses agrícoles tradicionals, sinó que hi ha més empreses dedicades a productes semiconductors i electrònics de consum, com ara Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, i també COFCO i Xi Cui i altres noves empreses agrícoles modernes. A les fàbriques de plantes distribuïdes i mòbils, els contenidors d'enviament (contenidors nous o reconstrucció de contenidors de segona mà) encara s'utilitzen com a transportadors estàndard. Els sistemes d'il·luminació de plantes de totes les plantes artificials utilitzen principalment sistemes d'il·luminació lineals o de matriu plana, i el nombre de varietats plantades continua expandint-se. Diverses fonts de llum LED de fórmula de llum experimental han començat a ser àmpliament utilitzades. Els productes al mercat són principalment verdures de fulla verda.

④Plantació de plantes domèstiques. Els LED es poden utilitzar en làmpades de taula per a plantes domèstiques, prestatges per plantar plantes domèstiques, màquines de cultiu de verdures domèstiques, etc.

⑤Cultiu de plantes medicinals. El cultiu de plantes medicinals implica plantes com l'Anoectochilus i el Lithospermum. Els productes d'aquests mercats tenen un valor econòmic més elevat i actualment són una indústria amb més aplicacions d'il·luminació vegetal. A més, la legalització del cultiu de cànnabis a Amèrica del Nord i parts d'Europa ha promogut l'aplicació de la il·luminació de cultiu LED en el camp del cultiu de cànnabis.

⑥Llums de floració. Com a eina indispensable per ajustar el temps de floració de les flors en la indústria de la jardineria floral, la primera aplicació de les llums de floració van ser les làmpades incandescents, seguides de les làmpades fluorescents d'estalvi d'energia. Amb el desenvolupament de la industrialització dels LED, més llums de floració de tipus LED han substituït gradualment les làmpades tradicionals.

⑦Cultiu de teixits vegetals. Les fonts de llum tradicionals per al cultiu de teixits són principalment làmpades fluorescents blanques, que tenen una baixa eficiència lluminosa i una gran generació de calor. Els LED són més adequats per a un cultiu de teixits vegetals eficient, controlable i compacte a causa de les seves característiques destacades, com ara un baix consum d'energia, una baixa generació de calor i una llarga vida útil. Actualment, els tubs LED blancs estan substituint gradualment les làmpades fluorescents blanques.

4. Distribució regional d'empreses d'il·luminació de cultiu

Segons les estadístiques, actualment hi ha més de 300 empreses d'il·luminació de cultiu al meu país, i les empreses d'il·luminació de cultiu a la zona del delta del riu Pearl representen més del 50%, i ja ocupen una posició important. Les empreses d'il·luminació de cultiu al delta del riu Yangtze representen aproximadament el 30%, i continua sent una zona de producció important per a productes d'il·luminació de cultiu. Les empreses tradicionals de làmpades de cultiu es distribueixen principalment al delta del riu Yangtze, el delta del riu Pearl i la vora de Bohai, dels quals el delta del riu Yangtze representa el 53%, i el delta del riu Pearl i la vora de Bohai representen el 24% i el 22% respectivament. Les principals zones de distribució dels fabricants d'il·luminació de cultiu LED són el delta del riu Pearl (62%), el delta del riu Yangtze (20%) i la vora de Bohai (12%).

B. Tendència de desenvolupament de la indústria de la il·luminació de cultiu LED

1. Especialització

La il·luminació LED per a cultius té les característiques d'un espectre i una intensitat de llum ajustables, una baixa generació de calor general i un bon rendiment impermeable, per la qual cosa és adequada per a la il·luminació de cultiu en diverses escenes. Al mateix temps, els canvis en l'entorn natural i la recerca de la qualitat dels aliments per part de les persones han promogut el desenvolupament vigorós de l'agricultura d'instal·lacions i les fàbriques de cultiu, i han portat la indústria de la il·luminació LED per a cultius a un període de ràpid desenvolupament. En el futur, la il·luminació LED per a cultius tindrà un paper important en la millora de l'eficiència de la producció agrícola, la millora de la seguretat alimentària i la millora de la qualitat de les fruites i verdures. La font de llum LED per a la il·luminació de cultiu es desenvoluparà encara més amb l'especialització gradual de la indústria i avançarà en una direcció més específica.

2. Alta eficiència

La millora de l'eficiència lumínica i energètica és clau per reduir considerablement els costos operatius de la il·luminació de les plantes. L'ús de LED per substituir les làmpades tradicionals i l'optimització dinàmica i l'ajust de l'entorn lumínic segons els requisits de fórmula lumínica de les plantes des de la fase de plàntula fins a la fase de collita són les tendències inevitables de l'agricultura refinada en el futur. Pel que fa a la millora del rendiment, es pot cultivar per etapes i regions combinat amb fórmula lumínica segons les característiques de desenvolupament de les plantes per millorar l'eficiència de la producció i el rendiment en cada etapa. Pel que fa a la millora de la qualitat, la regulació nutricional i la regulació de la llum es poden utilitzar per augmentar el contingut de nutrients i altres ingredients funcionals per a la cura de la salut.

Segons les estimacions, la demanda nacional actual de plàntules de verdures és de 680.000 milions, mentre que la capacitat de producció de plàntules de fàbrica és inferior al 10%. La indústria de les plàntules té uns requisits ambientals més elevats. La temporada de producció és principalment a l'hivern i la primavera. La llum natural és feble i es necessita llum suplementària artificial. La il·luminació per al cultiu de plantes té una entrada i sortida relativament altes i un alt grau d'acceptació d'entrada. El LED té avantatges únics, ja que les fruites i verdures (tomàquets, cogombres, melons, etc.) s'han d'empeltar, i l'espectre específic de suplementació de llum en condicions d'alta humitat pot promoure la curació de les plàntules empeltades. La llum suplementària per a la plantació de verdures d'hivernacle pot compensar la manca de llum natural, millorar l'eficiència fotosintètica de les plantes, promoure la floració i la fructificació, augmentar el rendiment i millorar la qualitat del producte. La il·luminació LED per al cultiu té àmplies perspectives d'aplicació en les plàntules de verdures i la producció d'hivernacles.

3. Intel·ligent

La il·luminació per al cultiu de plantes té una forta demanda de control en temps real de la qualitat i la quantitat de llum. Amb la millora de la tecnologia de control intel·ligent i l'aplicació de la Internet de les coses, una varietat d'espectres monocromàtics i sistemes de control intel·ligents poden realitzar control del temps, control de la llum i, segons l'estat de creixement de les plantes, l'ajust oportú de la qualitat de la llum i la producció de llum esdevindrà la principal tendència en el desenvolupament futur de la tecnologia d'il·luminació per al cultiu de plantes.