מקור מקורי: Houcheng Liu. סטטוס פיתוח ומגמה של תעשיית תאורת LED לצמחים [J].Journal of Illumination Engineering,2018,29(04):8-9.
מקור המאמר: חומר פעם אחת עמוק

אור הוא הגורם הסביבתי הבסיסי לגדילה והתפתחות של צמחים. אור לא רק מספק אנרגיה לצמיחת צמחים באמצעות פוטוסינתזה, אלא גם מהווה מווסת חשוב של גדילה והתפתחות של צמחים. תוספת אור מלאכותי או הקרנה מלאה של אור מלאכותי יכולים לקדם גדילת צמחים, להגדיל את התשואה, לשפר את צורת המוצר וצבעו, לשפר את הרכיבים הפונקציונליים ולהפחית את שכיחותם של מחלות ומזיקים. היום, אשתף אתכם במצב הפיתוח ובמגמה של תעשיית תאורת הצמחים.
טכנולוגיית מקורות אור מלאכותיים נמצאת בשימוש נרחב יותר ויותר בתחום תאורת הצמחים. ל-LED יתרונות רבים כגון יעילות אור גבוהה, ייצור חום נמוך, גודל קטן, אורך חיים ארוך ועוד יתרונות רבים. יש לה יתרונות ברורים בתחום תאורת הגידול. תעשיית תאורת הגידול תאמצת בהדרגה גופי תאורת LED לגידול צמחים.

א. מצב הפיתוח של תעשיית תאורת הגידול LED 

1. חבילת LED לתאורת גידול

בתחום אריזות תאורת הגידול LED, ישנם סוגים רבים של התקני אריזה, ואין מערכת סטנדרטית אחידה למדידה והערכה. לכן, בהשוואה למוצרים מקומיים, יצרנים זרים מתמקדים בעיקר בכיוונים של הספק גבוה, קוב ומודול, תוך התחשבות בסדרת האור הלבן של תאורת הגידול, תוך התחשבות במאפייני גידול הצמחים וסביבת התאורה האנושית, ויש להם יתרונות טכניים גדולים יותר באמינות, יעילות אור ומאפייני קרינה פוטוסינתטית של צמחים שונים במחזורי גידול שונים, כולל סוגים שונים של מוצרים בעלי הספק גבוה, הספק בינוני והספק נמוך בגדלים שונים, כדי לענות על הצרכים של מגוון צמחים בסביבות גידול שונות, בציפייה להשיג את המטרה של מקסום צמיחת הצמחים וחיסכון באנרגיה.

מספר רב של פטנטים מרכזיים עבור פרוסות אפיטיאליות של שבבים עדיין נמצאים בידי חברות מובילות מוקדמות כמו Nichia היפנית ו-Career האמריקאית. יצרני שבבים מקומיים עדיין חסרים מוצרים פטנטיים עם תחרותיות בשוק. במקביל, חברות רבות מפתחות גם טכנולוגיות חדשות בתחום אריזת שבבי תאורת גידול. לדוגמה, טכנולוגיית שבבי הסרט הדק של Osram מאפשרת לארוז שבבים בצפיפות רבה כדי ליצור משטח תאורה גדול. בהתבסס על טכנולוגיה זו, מערכת תאורת LED יעילה במיוחד באורך גל של 660 ננומטר יכולה להפחית 40% מצריכת האנרגיה באזור הגידול.

2. הגדלת ספקטרום התאורה והתקנים
ספקטרום תאורת הצמחים מורכב ומגוון יותר. לצמחים שונים יש הבדלים גדולים בספקטרום הנדרש במחזורי גידול שונים ואפילו בסביבות גידול שונות. על מנת לענות על צרכים שונים אלה, קיימות כיום הסכמות הבאות בתעשייה: ①סכמות שילוב אור מונוכרומטיות מרובות. שלושת הספקטרומים היעילים ביותר לפוטוסינתזה של צמחים הם בעיקר הספקטרום עם שיאים ב-450 ננומטר ו-660 ננומטר, פס 730 ננומטר לגרימת פריחה, בתוספת אור ירוק של 525 ננומטר ופס אולטרה סגול מתחת ל-380 ננומטר. שלב ספקטרומים אלה בהתאם לצרכים השונים של הצמחים כדי ליצור את הספקטרום המתאים ביותר. ②סכימת ספקטרום מלא להשגת כיסוי מלא של ספקטרום הביקוש של הצמח. סוג ספקטרום זה התואם לשבב SUNLIKE המיוצג על ידי Seoul Semiconductor ו-Samsung אולי אינו היעיל ביותר, אך הוא מתאים לכל הצמחים, והעלות נמוכה בהרבה מזו של פתרונות שילוב אור מונוכרומטיים. ③ השתמש באור לבן ספקטרום מלא כעמוד התווך, בתוספת אור אדום 660 ננומטר כסכימת שילוב כדי לשפר את יעילות הספקטרום. תוכנית זו היא חסכונית ופרקטית יותר.

שבבי LED מונוכרומטיים לתאורת גידול צמחים (אורכי הגל העיקריים הם 450 ננומטר, 660 ננומטר, 730 ננומטר) מכוסים על ידי חברות מקומיות וזרות רבות, בעוד שמוצרים מקומיים מגוונים יותר ובעלי מפרטים רבים יותר, ומוצרים של יצרנים זרים סטנדרטיים יותר. יחד עם זאת, מבחינת שטף פוטונים פוטוסינתטיים, יעילות אור וכו', עדיין קיים פער גדול בין יצרני אריזה מקומיים לזרים. עבור התקני אריזה לתאורת צמחים מונוכרומטיים, בנוסף למוצרים עם תחומי הגל העיקריים של 450 ננומטר, 660 ננומטר ו-730 ננומטר, יצרנים רבים מפתחים גם מוצרים חדשים בטווחי גל אחרים כדי לממש כיסוי מלא של אורכי גל קרינה פעילה פוטוסינתטית (PAR) (450-730 ננומטר).

נורות LED מונוכרומטיות לגידול צמחים אינן מתאימות לגידול כל הצמחים. לכן, יתרונותיהן של נורות LED בעלות ספקטרום מלא מודגשים. ראשית, יש להשיג כיסוי מלא של ספקטרום מלא של אור נראה (400-700 ננומטר), ולהגדיל את הביצועים של שני תחומי האור הללו: אור כחול-ירוק (470-510 ננומטר), אור אדום עמוק (660-700 ננומטר). כדי להשיג ספקטרום "מלא", יש להשתמש ב-LED כחול רגיל או בשבב LED אולטרה סגול עם זרחן, וליעילות הפוטוסינתזה שלו יש גובה ונמוך משלו. רוב יצרני התקני האריזה של נורות LED לבנות לתאורת צמחים משתמשים ב-Blue chip + זרחן כדי להשיג ספקטרום מלא. בנוסף למצב האריזה של אור מונוכרומטי ואור כחול או שבב אולטרה סגול בתוספת זרחן כדי להשיג אור לבן, להתקני האריזה של תאורת צמחים יש גם מצב אריזה מורכב המשתמש בשני שבבי אורכי גל או יותר, כגון אדום עשר כחול/אולטרה סגול, RGB, RGBW. למצב אריזה זה יתרונות גדולים בעמעום.

מבחינת מוצרי LED בעלי אורכי גל צרים, רוב ספקי האריזות יכולים לספק ללקוחות מוצרים במגוון אורכי גל בתחום 365-740 ננומטר. בנוגע לספקטרום תאורת הצמחים המומר לזרחן, לרוב יצרני האריזות יש מגוון ספקטרומים לבחירת הלקוחות. בהשוואה לשנת 2016, קצב צמיחת המכירות בשנת 2017 השיג עלייה משמעותית. ביניהם, קצב הצמיחה של מקור אור LED 660 ננומטר מרוכז ב-20%-50%, וקצב צמיחת המכירות של מקור אור LED צמחי המומר לזרחן מגיע ל-50%-200%, כלומר, מכירות מקורות אור LED צמחי המומר לזרחן גדלות מהר יותר.

כל חברות האריזה יכולות לספק מוצרי אריזה כלליים בהספק של 0.2-0.9 וואט ו-1-3 וואט. מקורות אור אלה מאפשרים ליצרני תאורה גמישות טובה בתכנון התאורה. בנוסף, חלק מהיצרנים מספקים גם מוצרי אריזה משולבים בעלי הספק גבוה יותר. נכון לעכשיו, יותר מ-80% מהמשלוחים של רוב היצרנים הם בהספק של 0.2-0.9 וואט או 1-3 וואט. ביניהן, המשלוחים של חברות אריזה בינלאומיות מובילות מרוכזים בהספק של 1-3 וואט, בעוד שמשלוחים של חברות אריזה קטנות ובינוניות מרוכזים בהספק של 0.2-0.9 וואט.

3. תחומי יישום של תאורת גידול צמחים

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

①בחממות סולאריות ובחממות רב-ממדיות, שיעור האור המלאכותי לתאורה משלימה עדיין נמוך, ומנורות הליד מתכת ומנורות נתרן בלחץ גבוה הן העיקריות. קצב החדירה של מערכות תאורת LED לגידול נמוך יחסית, אך קצב הצמיחה מתחיל להאיץ ככל שהעלות יורדת. הסיבה העיקרית לכך היא שלמשתמשים ניסיון ארוך טווח בשימוש במנורות הליד מתכת ומנורות נתרן בלחץ גבוה, והשימוש במנורות הליד מתכת ומנורות נתרן בלחץ גבוה יכול לספק כ-6% עד 8% מאנרגיית החום לחממה תוך הימנעות מכוויות לצמחים. מערכת תאורת הגידול LED לא סיפקה הוראות ותמיכה בנתונים ספציפיים ויעילים, מה שעיכב את יישומה בחממות אור יום ורב-ממדיות. כיום, יישומי הדגמה בקנה מידה קטן הם עדיין עמוד התווך. מכיוון ש-LED הוא מקור אור קר, הוא יכול להיות קרוב יחסית לחופת הצמחים, וכתוצאה מכך פחות השפעה על הטמפרטורה. בחממות אור יום ורב-ממדיות, תאורת LED לגידול נפוצה יותר בגידול בין צמחים.

② יישום שדה חקלאי חיצוני. החדירה והיישום של תאורת צמחים בחקלאות מתקנית היו איטיים יחסית, בעוד שהיישום של מערכות תאורת צמחים LED (בקרת פוטו-פרקיד) עבור גידולים חיצוניים בעלי ערך כלכלי גבוה (כגון פרי הדרקון) השיג פיתוח מהיר.

③מפעלי צמחים. נכון לעכשיו, מערכת תאורת הצמחים המהירה והנפוצה ביותר היא מפעל צמחי תאורה מלאכותית לחלוטין, המחולק למפעלי צמחים ניידים מרוכזים רב-שכבתיים ומפעלים מבוזרים לפי קטגוריות. התפתחותם של מפעלי צמחי תאורה מלאכותית בסין היא מהירה מאוד. גוף ההשקעה העיקרי של מפעל צמחי תאורה מלאכותית מרוכזים רב-שכבתיים אינו חברות חקלאיות מסורתיות, אלא חברות העוסקות יותר במוצרי מוליכים למחצה ומוצרי אלקטרוניקה צרכניים, כגון Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, וגם COFCO ו-Xi Cui וחברות חקלאיות מודרניות חדשות אחרות. במפעלי צמחים מבוזרים וניידים, מכולות משלוח (מכולות חדשות או שחזור של מכולות משומשות) עדיין משמשות כמנשא סטנדרטי. מערכות תאורת הצמחים של כל הצמחים המלאכותיים משתמשות בעיקר במערכות תאורה ליניאריות או שטוחות, ומספר הזנים הנטועים ממשיך לגדול. מקורות תאורת LED ניסיוניים שונים החלו להיות בשימוש נרחב. המוצרים בשוק הם בעיקר ירקות עליים ירוקים.

④שתילת צמחים ביתיים. ניתן להשתמש בתאורת LED במנורות שולחן ביתיות לצמחים, מתלים לשתילת צמחים ביתיים, מכונות גידול ירקות ביתיות וכו'.

⑤גידול צמחי מרפא. גידול צמחי מרפא כולל צמחים כמו Anoectochilus ו-Lithospermum. למוצרים בשווקים אלה ערך כלכלי גבוה יותר והם כיום בתעשייה עם יותר יישומים לתאורת צמחים. בנוסף, הלגליזציה של גידול קנאביס בצפון אמריקה ובחלקים מאירופה קידמה את השימוש בתאורת LED לגידול בתחום גידול הקנאביס.

⑥נורות פריחה. ככלי הכרחי להתאמת זמן הפריחה של פרחים בתעשיית גינון הפרחים, השימוש המוקדם ביותר של נורות פריחה היה במנורות ליבון, ואחריהן במנורות פלורסנט חסכוניות באנרגיה. עם התפתחות התיעוש של LED, גופי תאורת פריחה מסוג LED החליפו בהדרגה את המנורות המסורתיות.

⑦תרבית רקמה צמחית. מקורות אור מסורתיים של תרבית רקמה הם בעיקר מנורות פלורסנט לבנות, בעלות יעילות אור נמוכה וייצור חום גדול. נורות LED מתאימות יותר לתרבית רקמה צמחית יעילה, נשלטת וקומפקטית בזכות תכונותיהן הבולטות כגון צריכת חשמל נמוכה, ייצור חום נמוך ואורך חיים ארוך. כיום, צינורות LED לבנים מחליפים בהדרגה את מנורות הפלורסנט הלבנות.

4. תפוצה אזורית של חברות תאורת גידול

על פי הסטטיסטיקה, יש כיום יותר מ-300 חברות תאורת גידול במדינה שלי, וחברות תאורת גידול באזור דלתת נהר הפנינה מהוות יותר מ-50%, והן כבר נמצאות בעמדה מרכזית. חברות תאורת גידול בדלתת נהר היאנגצה מהוות כ-30%, וזה עדיין אזור ייצור חשוב למוצרי תאורת גידול. חברות מנורות גידול מסורתיות מפוזרות בעיקר בדלתת נהר היאנגצה, דלתת נהר הפנינה ושפת בוהאי, מתוכם דלתת נהר היאנגצה מהווה 53%, ודלתת נהר הפנינה ושפת בוהאי מהוות 24% ו-22% בהתאמה. אזורי ההפצה העיקריים של יצרני תאורת LED לגידול הם דלתת נהר הפנינה (62%), דלתת נהר היאנגצה (20%) ושפת בוהאי (12%).

ב. מגמת פיתוח של תעשיית תאורת LED לגידול

1. התמחות

לתאורת גידול LED יש מאפיינים של ספקטרום ועוצמת אור מתכווננים, ייצור חום כולל נמוך וביצועים טובים למים, ולכן היא מתאימה לתאורת גידול במגוון סצנות. במקביל, שינויים בסביבה הטבעית והחתירה של אנשים לאיכות מזון קידמו את הפיתוח הנמרץ של חקלאות מתקנית ומפעלי גידול, והובילו את תעשיית תאורת הגידול LED לתקופה של פיתוח מהיר. בעתיד, תאורת גידול LED תמלא תפקיד חשוב בשיפור יעילות הייצור החקלאי, שיפור בטיחות המזון ושיפור איכות הפירות והירקות. מקור אור ה-LED לתאורת גידול יתפתח עוד יותר עם ההתמחות ההדרגתית של התעשייה ויתקדם לכיוון ממוקד יותר.

2. יעילות גבוהה

שיפור יעילות התאורה והיעילות האנרגטית הוא המפתח להפחתה משמעותית של עלויות התפעול של תאורת הצמחים. השימוש בנורות LED להחלפת מנורות מסורתיות ואופטימיזציה דינמית והתאמה של סביבת התאורה בהתאם לדרישות נוסחת התאורה של הצמחים משלב השתיל ועד לשלב הקציר הם המגמות הבלתי נמנעות של חקלאות מעודנת בעתיד. מבחינת שיפור התשואה, ניתן לגדל אותה בשלבים ואזורים בשילוב עם נוסחת תאורה בהתאם למאפייני ההתפתחות של הצמחים כדי לשפר את יעילות הייצור והתשואה בכל שלב. מבחינת שיפור האיכות, ניתן להשתמש בוויסות תזונה וויסות אור כדי להגדיל את תכולת החומרים המזינים ומרכיבים פונקציונליים אחרים בתחום הבריאות.

על פי הערכות, הביקוש הלאומי הנוכחי לשתילי ירקות עומד על 680 מיליארד דולר, בעוד שקיבולת הייצור של שתילים ממפעלים נמוכה מ-10%. לתעשיית השתילים דרישות סביבתיות גבוהות יותר. עונת הייצור היא בעיקר חורף ואביב. האור הטבעי חלש ויש צורך בתאורה משלימה מלאכותית. לתאורת גידול צמחים יש קלט ופלט גבוהים יחסית ורמת קבלה גבוהה של קלט. ל-LED יתרונות ייחודיים, מכיוון שפירות וירקות (עגבניות, מלפפונים, מלון וכו') צריכים להיות מושתלים, וספקטרום האור הספציפי בתנאי לחות גבוהים יכול לקדם את הריפוי של השתילים המושתלים. תאורת גידול משלימה לחממות יכולה לפצות על חוסר באור טבעי, לשפר את יעילות הפוטוסינתזה של הצמח, לקדם פריחה ופירות, להגדיל את התשואה ולשפר את איכות המוצר. לתאורת גידול LED יש אפשרויות יישום רחבות בשתילי ירקות ובגידול חממות.

3. אינטליגנטי

לתאורת גידול צמחים יש ביקוש חזק לשליטה בזמן אמת באיכות האור ובכמות האור. עם שיפור טכנולוגיית הבקרה החכמה ויישום האינטרנט של הדברים, מגוון ספקטרומים מונוכרומטיים ומערכות בקרה חכמות יכולות לממש בקרת זמן, בקרת אור, ובהתאם למצב הצמיחה של הצמחים, התאמה בזמן של איכות האור ותפוקת האור צפויה להפוך למגמה העיקרית בפיתוח העתידי של טכנולוגיית תאורת גידול צמחים.