Fonte orixinal: Houcheng Liu. Estado de desenvolvemento e tendencia da industria da iluminación de plantas LED [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29(04): 8-9.
Fonte do artigo: Material Once Deep

A luz é o factor ambiental básico do crecemento e desenvolvemento das plantas. A luz non só fornece enerxía para o crecemento das plantas a través da fotosíntese, senón que tamén é un regulador importante do crecemento e desenvolvemento das plantas. O suplemento de luz artificial ou a irradiación completa con luz artificial pode promover o crecemento das plantas, aumentar o rendemento, mellorar a forma e a cor do produto, potenciar os compoñentes funcionais e reducir a aparición de enfermidades e pragas. Hoxe, compartirei convosco o estado de desenvolvemento e a tendencia da industria da iluminación vexetal.
A tecnoloxía de fontes de luz artificial úsase cada vez máis no campo da iluminación das plantas. O LED ten moitas vantaxes, como unha alta eficiencia lumínica, baixa xeración de calor, pequeno tamaño, longa vida útil e moitas outras vantaxes. Ten vantaxes obvias no campo da iluminación para o cultivo. A industria da iluminación para o cultivo adoptará gradualmente lámpadas LED para o cultivo de plantas.

A. O estado de desenvolvemento da industria da iluminación LED para o cultivo 

1. Paquete LED para iluminación de cultivo

No campo do envasado de iluminación LED para o cultivo, existen moitos tipos de dispositivos de envasado e non existe un sistema estándar de medición e avaliación unificado. Polo tanto, en comparación cos produtos nacionais, os fabricantes estranxeiros céntranse principalmente nas direccións de alta potencia, cob e módulo, tendo en conta a serie de luz branca da iluminación de cultivo, considerando as características de crecemento das plantas e o ambiente de iluminación humanizado, teñen maiores vantaxes técnicas en fiabilidade, eficiencia lumínica, características de radiación fotosintética de diferentes plantas en diferentes ciclos de crecemento, incluíndo varios tipos de plantas de alta potencia, media potencia e baixa potencia de diferentes tamaños de produtos, para satisfacer as necesidades dunha variedade de plantas en diferentes ambientes de crecemento, coa esperanza de acadar o obxectivo de maximizar o crecemento das plantas e o aforro de enerxía.

Un gran número de patentes principais para obleas epitaxiais de chips aínda están en mans de empresas líderes temperás como a xaponesa Nichia e a estadounidense Career. Os fabricantes nacionais de chips aínda carecen de produtos patentados con competitividade no mercado. Ao mesmo tempo, moitas empresas tamén están a desenvolver novas tecnoloxías no campo dos chips de empaquetado para iluminación de cultivo. Por exemplo, a tecnoloxía de chips de película fina de Osram permite que os chips se empaquetan xuntos para crear unha superficie de iluminación de gran área. Baseándose nesta tecnoloxía, un sistema de iluminación LED de alta eficiencia cunha lonxitude de onda de 660 nm pode reducir o 40 % do consumo de enerxía na área de cultivo.

2. Aumentar o espectro de iluminación e os dispositivos
O espectro da iluminación das plantas é máis complexo e diverso. As diferentes plantas teñen grandes diferenzas nos espectros requiridos en diferentes ciclos de crecemento e mesmo en diferentes ambientes de crecemento. Para satisfacer estas necesidades diferenciadas, actualmente existen os seguintes esquemas na industria: ①Múltiples esquemas de combinación de luz monocromática. Os tres espectros máis eficaces para a fotosíntese das plantas son principalmente o espectro con picos a 450 nm e 660 nm, a banda de 730 nm para inducir a floración das plantas, ademais da luz verde de 525 nm e a banda ultravioleta por debaixo de 380 nm. Combine estes tipos de espectros segundo as diferentes necesidades das plantas para formar o espectro máis axeitado. ②Esquema de espectro completo para lograr unha cobertura total do espectro de demanda das plantas. Este tipo de espectro correspondente ao chip SUNLIKE representado por Seoul Semiconductor e Samsung pode non ser o máis eficiente, pero é axeitado para todas as plantas e o custo é moito menor que o das solucións de combinación de luz monocromática. ③Use luz branca de espectro completo como pilar, ademais de luz vermella de 660 nm como esquema combinado para mellorar a eficacia do espectro. Este esquema é máis económico e práctico.

Os chips LED de luz monocromática para iluminación de plantas (as lonxitudes de onda principais son 450 nm, 660 nm e 730 nm) son dispositivos de envasado para iluminación de plantas, que son cubertos por moitas empresas nacionais e estranxeiras, mentres que os produtos nacionais son máis diversos e teñen máis especificacións, e os produtos dos fabricantes estranxeiros están máis estandarizados. Ao mesmo tempo, en termos de fluxo de fotóns fotosintéticos, eficiencia luminosa, etc., aínda existe unha gran brecha entre os fabricantes de envases nacionais e estranxeiros. Para os dispositivos de envasado de luz monocromática para iluminación de plantas, ademais dos produtos coas bandas de lonxitude de onda principais de 450 nm, 660 nm e 730 nm, moitos fabricantes tamén están a desenvolver novos produtos noutras bandas de lonxitude de onda para lograr a cobertura completa da lonxitude de onda da radiación fotosinteticamente activa (PAR) (450-730 nm).

As luces LED monocromáticas para o crecemento de plantas non son axeitadas para o crecemento de todas as plantas. Polo tanto, destácanse as vantaxes dos LED de espectro completo. O espectro completo debe primeiro lograr unha cobertura completa do espectro completo da luz visible (400-700 nm) e aumentar o rendemento destas dúas bandas: luz azul-verde (470-510 nm) e luz vermella intensa (660-700 nm). Para lograr un espectro "completo" utilízase un LED azul ordinario ou un chip LED ultravioleta con fósforo, e a súa eficiencia fotosintética ten os seus propios altos e baixos. A maioría dos fabricantes de dispositivos de envasado LED brancos para iluminación de plantas usan chip azul + fósforo para lograr un espectro completo. Ademais do modo de envasado de luz monocromática e luz azul ou chip ultravioleta máis fósforo para obter luz branca, os dispositivos de envasado de iluminación de plantas tamén teñen un modo de envasado composto que usa dous ou máis chips de lonxitude de onda, como vermello dez azul/ultravioleta, RGB e RGBW. Este modo de envasado ten grandes vantaxes na regulación.

En canto aos produtos LED de lonxitude de onda estreita, a maioría dos provedores de envases poden ofrecer aos clientes varios produtos de lonxitude de onda na banda de 365-740 nm. En canto ao espectro de iluminación de plantas convertido por fósforos, a maioría dos fabricantes de envases teñen unha variedade de espectros para que os clientes elixan. En comparación con 2016, a súa taxa de crecemento das vendas en 2017 alcanzou un aumento substancial. Entre eles, a taxa de crecemento da fonte de luz LED de 660 nm concéntrase no 20%-50%, e a taxa de crecemento das vendas da fonte de luz LED de plantas convertida en fósforo alcanza o 50%-200%, é dicir, as vendas de fontes de luz LED de plantas convertidas en fósforo están a medrar máis rápido.

Todas as empresas de envasado poden fornecer produtos de envasado xerais de 0,2-0,9 W e de 1-3 W. Estas fontes de luz permiten aos fabricantes de iluminación ter unha boa flexibilidade no deseño da iluminación. Ademais, algúns fabricantes tamén fornecen produtos de envasado integrados de maior potencia. Na actualidade, máis do 80 % dos envíos da maioría dos fabricantes son de 0,2-0,9 W ou de 1-3 W. Entre eles, os envíos das principais empresas internacionais de envasado concéntranse en 1-3 W, mentres que os envíos das pequenas e medianas empresas de envasado concéntranse en 0,2-0,9 W.

3. Campos de aplicación da iluminación para o cultivo de plantas

Desde o campo de aplicación, as lámpadas para o cultivo de plantas úsanse principalmente na iluminación de invernadoiros, fábricas de plantas con iluminación totalmente artificial, cultivo de tecidos vexetais, iluminación de campos agrícolas ao aire libre, plantación de hortalizas e flores domésticas e investigación de laboratorio.

①Nos invernadoiros solares e nos invernadoiros de varios vanos, a proporción de luz artificial para iluminación suplementaria segue sendo baixa, e as lámpadas de haluros metálicos e as lámpadas de sodio de alta presión son as principais. A taxa de penetración dos sistemas de iluminación LED para o cultivo é relativamente baixa, pero a taxa de crecemento comeza a acelerar a medida que o custo diminúe. A razón principal é que os usuarios teñen unha longa experiencia no uso de lámpadas de haluros metálicos e lámpadas de sodio de alta presión, e o uso de lámpadas de haluros metálicos e lámpadas de sodio de alta presión pode proporcionar aproximadamente entre o 6 % e o 8 % da enerxía térmica para o invernadoiro, evitando queimaduras nas plantas. O sistema de iluminación LED para o cultivo non proporcionou instrucións nin apoio de datos específicos e eficaces, o que atrasou a súa aplicación en invernadoiros de luz diúrna e de varios vanos. Na actualidade, as aplicacións de demostración a pequena escala seguen sendo o principal. Como o LED é unha fonte de luz fría, pode estar relativamente preto da copa das plantas, o que resulta nun menor impacto na temperatura. Nos invernadoiros de luz diúrna e de varios vanos, a iluminación LED para o cultivo úsase máis habitualmente no cultivo entre plantas.

②Aplicación no campo de cultivo ao aire libre. A penetración e aplicación da iluminación vexetal na agricultura de instalacións foi relativamente lenta, mentres que a aplicación de sistemas de iluminación vexetal LED (control de fotoperíodo) para cultivos de día longo ao aire libre con alto valor económico (como a pitahaya) acadou un rápido desenvolvemento.

③Fábricas de plantas. Actualmente, o sistema de iluminación de plantas máis rápido e empregado é a fábrica de plantas de luz totalmente artificial, que se divide en fábricas de plantas móbiles centralizadas multicapa e distribuídas por categoría. O desenvolvemento de fábricas de plantas de luz artificial en China é moi rápido. O principal corpo de investimento da fábrica centralizada de plantas de luz totalmente artificial multicapa non son as empresas agrícolas tradicionais, senón que hai máis empresas dedicadas a produtos de semicondutores e electrónica de consumo, como Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong e tamén COFCO e Xi Cui e outras novas empresas agrícolas modernas. Nas fábricas de plantas distribuídas e móbiles, os contedores de envío (contedores novos ou reconstrución de contedores de segunda man) aínda se utilizan como transportistas estándar. Os sistemas de iluminación de plantas de todas as plantas artificiais utilizan principalmente sistemas de iluminación lineais ou de matriz plana, e o número de variedades plantadas segue a expandirse. Varias fontes de luz LED de fórmula de luz experimental comezaron a utilizarse amplamente. Os produtos no mercado son principalmente vexetais de folla verde.

④Plantación de plantas domésticas. Os LED pódense usar en lámpadas de mesa para plantas domésticas, en soportes para plantas domésticas, en máquinas domésticas para o cultivo de hortalizas, etc.

⑤Cultivo de plantas medicinais. O cultivo de plantas medicinais inclúe plantas como Anoectochilus e Lithospermum. Os produtos nestes mercados teñen un maior valor económico e actualmente son unha industria con máis aplicacións de iluminación vexetal. Ademais, a legalización do cultivo de cannabis en América do Norte e partes de Europa promoveu a aplicación da iluminación LED para o cultivo de cannabis.

⑥Luces para flores. Como ferramenta indispensable para axustar o tempo de floración das flores na industria da xardinería floral, a primeira aplicación das luces para flores foron as lámpadas incandescentes, seguidas das lámpadas fluorescentes de aforro de enerxía. Co desenvolvemento da industrialización dos LED, máis lámpadas para flores de tipo LED foron substituíndo gradualmente as lámpadas tradicionais.

⑦Cultivo de tecidos vexetais. As fontes de luz tradicionais para o cultivo de tecidos son principalmente lámpadas fluorescentes brancas, que teñen unha baixa eficiencia luminosa e unha gran xeración de calor. Os LED son máis axeitados para o cultivo de tecidos vexetais eficiente, controlable e compacto debido ás súas características excepcionais, como o baixo consumo de enerxía, a baixa xeración de calor e a longa vida útil. Na actualidade, os tubos LED brancos están a substituír gradualmente as lámpadas fluorescentes brancas.

4. Distribución rexional de empresas de iluminación para o cultivo

Segundo as estatísticas, actualmente hai máis de 300 empresas de iluminación para o cultivo no meu país, e as empresas de iluminación para o cultivo na zona do delta do río Pearl representan máis do 50 %, e xa ocupan unha posición importante. As empresas de iluminación para o cultivo no delta do río Yangtsé representan arredor do 30 % e segue sendo unha importante zona de produción de produtos de iluminación para o cultivo. As empresas tradicionais de lámpadas para o cultivo distribúense principalmente no delta do río Yangtsé, o delta do río Pearl e a ribeira de Bohai, dos cales o delta do río Yangtsé representa o 53 %, e o delta do río Pearl e a ribeira de Bohai representan o 24 % e o 22 % respectivamente. As principais zonas de distribución dos fabricantes de iluminación LED para o cultivo son o delta do río Pearl (62 %), o delta do río Yangtsé (20 %) e a ribeira de Bohai (12 %).

B. Tendencia de desenvolvemento da industria da iluminación LED para o cultivo

1. Especialización

A iluminación LED para o cultivo ten as características de espectro e intensidade luminosa axustables, baixa xeración de calor global e bo rendemento impermeable, polo que é axeitada para a iluminación do cultivo en diversas escenas. Ao mesmo tempo, os cambios no medio natural e a busca da calidade dos alimentos por parte das persoas promoveron o vigoroso desenvolvemento da agricultura de instalacións e das fábricas de cultivo, e levaron a industria da iluminación LED para o cultivo a un período de rápido desenvolvemento. No futuro, a iluminación LED para o cultivo xogará un papel importante na mellora da eficiencia da produción agrícola, na mellora da seguridade alimentaria e na mellora da calidade das froitas e verduras. A fonte de luz LED para a iluminación do cultivo seguirá desenvolvéndose coa especialización gradual da industria e avanzará nunha dirección máis específica.

2. Alta eficiencia

A mellora da eficiencia lumínica e da eficiencia enerxética é clave para reducir en gran medida os custos operativos da iluminación das plantas. O uso de LED para substituír as lámpadas tradicionais e a optimización dinámica e o axuste do ambiente lumínico segundo os requisitos da fórmula lumínica das plantas desde a fase de plántula ata a fase de colleita son as tendencias inevitables da agricultura refinada no futuro. En termos de mellora do rendemento, pódese cultivar por etapas e rexións combinado con fórmulas lumínicas segundo as características de desenvolvemento das plantas para mellorar a eficiencia da produción e o rendemento en cada etapa. En termos de mellora da calidade, a regulación da nutrición e a regulación da luz pódense usar para aumentar o contido de nutrientes e outros ingredientes funcionais para o coidado da saúde.

Segundo as estimacións, a demanda nacional actual de mudas de hortalizas é de 680.000 millóns, mentres que a capacidade de produción de mudas de fábrica é inferior ao 10 %. A industria das mudas ten uns requisitos ambientais máis elevados. A tempada de produción é principalmente no inverno e na primavera. A luz natural é débil e necesítase luz suplementaria artificial. A iluminación para o cultivo de plantas ten unha entrada e saída relativamente altas e un alto grao de aceptación de entradas. O LED ten vantaxes únicas, porque as froitas e verduras (tomates, pepinos, melóns, etc.) necesitan ser enxertadas, e o espectro específico de suplementación luminosa en condicións de alta humidade pode promover a curación das mudas enxertadas. A luz suplementaria para a plantación de hortalizas de invernadoiro pode compensar a falta de luz natural, mellorar a eficiencia fotosintética das plantas, promover a floración e a frutificación, aumentar o rendemento e mellorar a calidade do produto. A iluminación LED para o cultivo ten amplas perspectivas de aplicación nas mudas de hortalizas e na produción en invernadoiro.

3. Intelixente

A iluminación para o cultivo de plantas ten unha forte demanda de control en tempo real da calidade e cantidade de luz. Coa mellora da tecnoloxía de control intelixente e a aplicación da Internet das Cousas, unha variedade de espectros monocromáticos e sistemas de control intelixentes poden realizar o control do tempo, o control da luz e, segundo o estado de crecemento das plantas, o axuste oportuno da calidade da luz e a saída de luz converterase na principal tendencia no desenvolvemento futuro da tecnoloxía de iluminación para o cultivo de plantas.