מקור מקורי: Houcheng Liu. סטטוס התפתחות ומגמת תעשיית תאורת צמח LED[J].Journal of Lightning Engineering,2018,29(04):8-9.
מקור המאמר: Material Once Deep

האור הוא הגורם הסביבתי הבסיסי של צמיחה והתפתחות צמחים. אור לא רק מספק אנרגיה לצמיחת צמחים באמצעות פוטוסינתזה, אלא הוא גם מווסת חשוב של צמיחה והתפתחות צמחים. תוסף אור מלאכותי או הקרנת אור מלאכותית מלאה יכולים לקדם את צמיחת הצמח, להגדיל את התפוקה, לשפר את צורת המוצר, לשפר את הצבע, לשפר רכיבים תפקודיים ולהפחית את התרחשותם של מחלות ומזיקים. היום אשתף אתכם בסטטוס הפיתוח ובטרנד של תעשיית תאורת הצמחים.
טכנולוגיית מקור אור מלאכותי נמצאת בשימוש נרחב יותר ויותר בתחום תאורת הצמחים. לד יש יתרונות רבים כגון יעילות אור גבוהה, ייצור חום נמוך, גודל קטן, חיים ארוכים ועוד יתרונות רבים אחרים. יש לו יתרונות ברורים בתחום תאורת הגידול. תעשיית תאורת Grow תאמץ בהדרגה גופי תאורת LED לגידול צמחים.

א. סטטוס הפיתוח של תעשיית תאורת LED לגדול 

חבילת LED לתאורת גידול

בתחום תאורת גידול אריזות LED, ישנם סוגים רבים של מכשירי אריזה, ואין מערכת סטנדרטית למדידה והערכה אחידה. לכן, בהשוואה למוצרים מקומיים, יצרנים זרים מתמקדים בעיקר בכיווני הספק גבוה, קוביות ומודול, תוך התחשבות בסדרת האור הלבן של תאורת גידול, בהתחשב במאפייני גידול צמחים וסביבת תאורה מואנשת, יש יתרונות טכניים גדולים יותר באמינות, אור יעילות, מאפייני קרינה פוטוסינתטיים של צמחים שונים במחזורי גידול שונים, לרבות סוגים שונים של תחנות הספק גבוה, בינוני והספק נמוך בגדלים שונים, כדי לענות על הצרכים של מגוון צמחים בסביבות גידול שונות, בציפייה להשיג המטרה למקסם את צמיחת הצמח וחיסכון באנרגיה.

מספר רב של פטנטים ליבה על פרוסות אפיטקסיאליות של שבבים עדיין בידי חברות מובילות מוקדמות כמו Nichia והאמריקאית הקריירה היפנית. ליצרני שבבים מקומיים עדיין חסרים מוצרים מוגנים בפטנט עם תחרותיות בשוק. במקביל, חברות רבות מפתחות גם טכנולוגיות חדשות בתחום של גידול שבבי אריזות תאורה. לדוגמה, טכנולוגיית שבב הסרט הדק של Osram מאפשרת לארוז צ'יפים זה לזה כדי ליצור משטח תאורה גדול. בהתבסס על טכנולוגיה זו, מערכת תאורת LED בעלת יעילות גבוהה באורך גל של 660nm יכולה להפחית 40% מצריכת האנרגיה באזור הטיפוח.

2. הגדל את ספקטרום התאורה והתקנים
הספקטרום של תאורת צמחים מורכב ומגוון יותר. לצמחים שונים הבדלים גדולים בספקטרום הנדרש במחזורי גידול שונים ואף בסביבות גידול שונות. על מנת לענות על צרכים מובחנים אלה, קיימות כיום התוכניות הבאות בתעשייה: ① סכימות שילוב אור מונוכרומטי מרובות. שלושת הספקטרים ​​היעילים ביותר לפוטוסינתזה של צמחים הם בעיקר הספקטרום עם פסגות ב-450nm ו-660nm, רצועת 730nm להשראת פריחת צמחים, בתוספת האור הירוק של 525nm והפס האולטרה-סגול מתחת ל-380nm. שלב סוגים אלה של ספקטרום בהתאם לצרכים השונים של צמחים כדי ליצור את הספקטרום המתאים ביותר. ② סכימת ספקטרום מלא להשגת כיסוי מלא של ספקטרום הביקוש למפעל. סוג זה של ספקטרום המתאים לשבב SUNLIKE המיוצג על ידי Seoul Semiconductor וסמסונג אולי אינו היעיל ביותר, אך הוא מתאים לכל המפעלים, והעלות נמוכה בהרבה מזו של פתרונות שילוב אור מונוכרומטי. ③השתמש באור לבן בספקטרום מלא כעמוד התווך, בתוספת אור אדום של 660 ננומטר בתור שילוב כדי לשפר את יעילות הספקטרום. תוכנית זו היא חסכונית ומעשית יותר.

שבבי LED אור מונוכרומטי לגידול צמחים (אורכי הגל העיקריים הם 450nm, 660nm, 730nm) התקני אריזה מכוסים על ידי חברות מקומיות וזרות רבות, בעוד שהמוצרים המקומיים מגוונים יותר ויש להם יותר מפרטים, ומוצרי יצרנים זרים סטנדרטיים יותר. יחד עם זאת, במונחים של שטף פוטון פוטוסינתטי, יעילות אור וכו', עדיין יש פער גדול בין יצרני אריזות מקומיים וזרים. עבור מכשירי אריזת אור מונוכרומטיים לתאורת צמחים, בנוסף למוצרים עם פסי אורך הגל העיקריים של 450 ננומטר, 660 ננומטר ו-730 ננומטר, יצרנים רבים מפתחים גם מוצרים חדשים בפסי אורכי גל אחרים כדי לממש את הכיסוי המלא לקרינה פעילה פוטו-סינתטית (PAR) אורך גל (450-730 ננומטר).

נורות לד מונוכרומטיות לגידול צמחים אינן מתאימות לגידול כל הצמחים. לכן, היתרונות של נוריות LED בספקטרום מלא מודגשים. הספקטרום המלא חייב קודם כל להשיג כיסוי מלא של הספקטרום המלא של האור הנראה (400-700nm), ולהגביר את הביצועים של שתי הרצועות הללו: אור כחול-ירוק (470-510nm), אור אדום עמוק (660-700nm). השתמש בשבב LED כחול רגיל או אולטרה סגול עם זרחן כדי להשיג ספקטרום "מלא", וליעילות הפוטוסינתזה שלו יש גבוה ונמוך משלו. רוב היצרנים של מכשירי אריזת LED לבנים עם תאורת צמחים משתמשים בשבב כחול + זרחנים כדי להשיג ספקטרום מלא. בנוסף למצב האריזה של אור מונוכרומטי ואור כחול או שבב אולטרה סגול בתוספת זרחן למימוש אור לבן, למכשירי אריזה של תאורת צמחים יש גם מצב אריזה מורכב המשתמש בשני שבבים או יותר באורך גל, כגון אדום עשרה כחול/אולטרה סגול, RGB, RGBW . למצב אריזה זה יתרונות גדולים בעמעום.

במונחים של מוצרי LED בעלי אורך גל צר, רוב ספקי האריזות יכולים לספק ללקוחות מוצרים שונים באורך גל בפס 365-740nm. לגבי ספקטרום התאורה של הצמח המומר על ידי זרחנים, לרוב יצרני האריזות יש מגוון ספקטרום לבחירת הלקוחות. בהשוואה לשנת 2016, קצב הגידול במכירות שלה בשנת 2017 השיג עלייה משמעותית. ביניהם, קצב הצמיחה של מקור אור LED 660nm מרוכז ב-20%-50%, וקצב גידול המכירות של מקור אור LED צמח שהומר זרחן מגיע ל-50%-200%, כלומר, המכירות של צמח שהומר זרחן. מקורות אור LED צומחים מהר יותר.

כל חברות האריזה יכולות לספק מוצרי אריזה כלליים של 0.2-0.9 W ו-1-3 W. מקורות אור אלו מאפשרים ליצרני תאורה גמישות טובה בעיצוב התאורה. בנוסף, חלק מהיצרנים מספקים גם מוצרי אריזה משולבים בהספק גבוה יותר. נכון להיום, יותר מ-80% מהמשלוחים של רוב היצרנים הם 0.2-0.9 W או 1-3 W. ביניהם, המשלוחים של חברות אריזה בינלאומיות מובילות מרוכזים ב-1-3 W, בעוד המשלוחים של קטנים ובינוניים- חברות אריזה בגודל מרוכזות ב-0.2-0.9 W.

3. שדות יישום של תאורת גידול צמחים

מתחום היישום, גופי תאורה לגידול צמחים משמשים בעיקר בתאורת חממות, מפעלי תאורה מלאכותית, תרבית רקמות צמחיות, תאורת שדה חקלאות חיצונית, שתילת ירקות ופרחים ביתיים ומחקר מעבדה.

①בחממות סולאריות ובחממות רב-טווח, שיעור האור המלאכותי לתאורה משלימה עדיין נמוך, ומנורות מתכת הליד ומנורות נתרן בלחץ גבוה הן העיקריות שבהן. קצב החדירה של מערכות תאורת LED לגידול נמוך יחסית, אך קצב הגידול מתחיל להאיץ ככל שהעלות יורדת. הסיבה העיקרית היא שלמשתמשים יש ניסיון ארוך טווח בשימוש במנורות מתכת הליד ובמנורות נתרן בלחץ גבוה, והשימוש במנורות מתכת הליד ומנורות נתרן בלחץ גבוה יכול לספק כ-6% עד 8% מאנרגיית החום עבור חממה תוך הימנעות מכוויות לצמחים. מערכת תאורת ה-LED לגידול לא סיפקה הנחיות ותמיכה בנתונים ספציפיים ואפקטיביים, מה שעיכב את היישום שלה באור יום ובחממות רב-טווח. נכון לעכשיו, יישומי הדגמה בקנה מידה קטן הם עדיין עמוד התווך. מכיוון ש-LED הוא מקור אור קר, הוא יכול להיות קרוב יחסית לחופה של צמחים, וכתוצאה מכך השפעה קטנה יותר על הטמפרטורה. בחממות באור יום ובחממות רב-טווח, תאורת גידול LED נמצאת בשימוש נפוץ יותר בגידול בין צמחים.

②יישום שדה חקלאות בחוץ. החדירה והיישום של תאורת צמחים בחקלאות מתקנים היו איטיים יחסית, בעוד שהיישום של מערכות תאורת צמחים לד (בקרת photoperiod) לגידולי חוץ ליום ארוך בעלי ערך כלכלי גבוה (כגון פירות דרקון) השיג התפתחות מהירה.

③מפעלי צמח. נכון לעכשיו, מערכת תאורת הצמחים המהירה והנפוצה ביותר היא מפעל מפעלי האור המלאכותי, המחולק למפעלי צמחים ניידים מרוכזים ומבוזרים לפי קטגוריות. הפיתוח של מפעלי מפעלי אור מלאכותי בסין הוא מהיר מאוד. גוף ההשקעות העיקרי של מפעל צמח האור המלאכותי הרב-שכבתי המרוכז אינו חברות חקלאיות מסורתיות, אלא חברות נוספות העוסקות במוצרי מוליכים למחצה ומוצרי צריכה אלקטרוניים, כגון Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, וכן COFCO ו- Xi Cui וחברות חקלאיות מודרניות חדשות אחרות. במפעלי מפעלים מבוזרים וניידים, עדיין משמשים מכולות שילוח (מכולות חדשות או שחזור של מכולות יד שנייה) כמובילים סטנדרטיים. מערכות תאורת הצמחים של כל הצמחים המלאכותיים משתמשות לרוב במערכות תאורה ליניאריות או שטוחות, ומספר הזנים הנטועים ממשיך להתרחב. נוסחאות אור ניסיוניות שונות במקורות אור LED החלו להיות בשימוש נרחב ונרחב. המוצרים בשוק הם בעיקר ירקות עליים ירוקים.

④שתילת צמחים ביתיים. LED יכול לשמש במנורות שולחן של צמחים ביתיים, מתלים לשתילת צמחים ביתיים, מכונות ביתיות לגידול ירקות וכו'.

⑤גידול צמחי מרפא. בגידול צמחי מרפא מעורבים צמחים כמו אנוקטוכילוס ו-Lithospermum. למוצרים בשווקים אלה יש ערך כלכלי גבוה יותר והם כיום תעשייה עם יותר יישומי תאורת צמחים. בנוסף, הלגליזציה של גידול קנאביס בצפון אמריקה ובחלקים מאירופה קידמה את היישום של תאורת LED לגידול בתחום גידול הקנאביס.

⑥ אורות פורחים. ככלי הכרחי להתאמת זמן הפריחה של פרחים בתעשיית גינון הפרחים, היישום המוקדם ביותר של נורות פרחים היו מנורות ליבון, ואחריהן מנורות פלורסנט חסכוניות. עם התפתחות תיעוש LED, גופי תאורה פורחים יותר מסוג LED החליפו בהדרגה את המנורות המסורתיות.

⑦תרבית רקמות צמחיות. מקורות האור המסורתיים של תרבית רקמות הם בעיקר מנורות פלורסנט לבנות, בעלות יעילות אור נמוכה ויצירת חום גדולה. נוריות LED מתאימות יותר לתרבית רקמות צמחיות יעילה, ניתנת לשליטה וקומפקטית בשל תכונותיהן היוצאות מן הכלל כגון צריכת חשמל נמוכה, ייצור חום נמוך וחיים ארוכים. נכון לעכשיו, צינורות LED לבנים מחליפים בהדרגה מנורות פלורסנט לבנות.

4. חלוקה אזורית של חברות תאורת גידול

לפי הסטטיסטיקה, יש כיום יותר מ-300 חברות תאורת גידול בארצי, וחברות תאורה גדלות באזור הדלתא של נהר הפנינה מהוות יותר מ-50%, והן כבר נמצאות בעמדה מרכזית. חברות תאורת גידול בדלתא של נהר היאנגצה מהוות כ-30%, וזה עדיין אזור ייצור חשוב לגידול מוצרי תאורה. חברות מנורות גידול מסורתיות מופצות בעיקר בדלתא של נהר היאנגצה, בדלתא של נהר הפנינה ובשפת בוהאי, מהן דלתא של נהר היאנגצה מהווה 53%, ודלתא נהר הפנינה ושפת בוהאי מהווים 24% ו-22% בהתאמה. . אזורי ההפצה העיקריים של יצרני תאורת LED לגידול הם הדלתא של נהר הפנינה (62%), הדלתא של נהר היאנגצה (20%) ו-Bohai Rim (12%).

ב. מגמת פיתוח של תעשיית תאורת LED לגדול

1. התמחות

לתאורת LED לגידול יש מאפיינים של ספקטרום מתכוונן ועוצמת אור, יצירת חום כללית נמוכה וביצועים טובים עמיד למים, כך שהיא מתאימה לתאורת גידול בסצנות שונות. במקביל, שינויים בסביבה הטבעית והחתירה של אנשים לאיכות מזון קידמו את הפיתוח הנמרץ של חקלאות מתקנים ומפעלי גידול, והובילו את תעשיית תאורת ה-LED לגידול לתקופה של התפתחות מהירה. בעתיד, תאורת LED לגידול תמלא תפקיד חשוב בשיפור יעילות הייצור החקלאי, שיפור בטיחות המזון ושיפור איכות הפירות והירקות. מקור אור ה-LED לתאורת גידול יתפתח בהמשך עם ההתמקצעות ההדרגתית של התעשייה וינוע לכיוון ממוקד יותר.

2. יעילות גבוהה

שיפור יעילות האור והיעילות האנרגטית הוא המפתח להפחתה משמעותית של עלויות התפעול של תאורת המפעל. השימוש בנורות לד להחלפת מנורות מסורתיות ואופטימיזציה והתאמה דינמית של סביבת האור בהתאם לדרישות נוסחת האור של הצמחים משלב השתיל ועד לשלב הקטיף הם המגמות הבלתי נמנעות של חקלאות מעודנת בעתיד. מבחינת שיפור היבול, ניתן לגדל אותו בשלבים ואזורים בשילוב פורמולה קלה לפי מאפייני ההתפתחות של הצמחים לשיפור יעילות הייצור והיבול בכל שלב. במונחים של שיפור האיכות, ניתן להשתמש בוויסות התזונה ובוויסות האור כדי להגדיל את תכולת הרכיבים התזונתיים ומרכיבים פונקציונליים אחרים בתחום הבריאות.

לפי הערכות, הביקוש הלאומי כיום לשתילי ירקות הוא 680 מיליארד, בעוד שכושר הייצור של שתילי המפעל הוא פחות מ-10%. לתעשיית השתילים יש דרישות סביבתיות גבוהות יותר. עונת הייצור היא בעיקר חורף ואביב. האור הטבעי חלש ויש צורך באור משלים מלאכותי. לתאורת גידול צמחים יש קלט ופלט גבוהים יחסית ורמה גבוהה של קבלה של קלט. לד יש יתרונות ייחודיים, מכיוון שיש להשתיל פירות וירקות (עגבניות, מלפפונים, מלונים וכו'), והספקטרום הספציפי של תוספי אור בתנאי לחות גבוהים יכול לקדם את הריפוי של שתילים מושתלים. אור משלים לשתילת ירקות בחממה יכול לפצות על המחסור באור טבעי, לשפר את יעילות הפוטוסינתזה של הצמח, לקדם פריחה ופרי, להגדיל את התפוקה ולשפר את איכות המוצר. לתאורת LED לגידול יש סיכויי יישום רחבים בשתילי ירקות ובייצור חממה.

3. אינטליגנטי

לתאורת גידול צמחים יש דרישה חזקה לשליטה בזמן אמת על איכות האור וכמות האור. עם שיפור טכנולוגיית הבקרה החכמה ויישום האינטרנט של הדברים, מגוון ספקטרום מונוכרומטי ומערכות בקרה חכמות יכולות לממש בקרת זמן, בקרת אור, ובהתאם למצב הצמיחה של הצמחים, התאמה בזמן של איכות האור ותפוקת האור. הוא חייב להפוך למגמה העיקרית בפיתוח העתידי של טכנולוגיית תאורה לגידול צמחים.