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【科技成果】LED植物照明市場:低調中綻放
文:Tony 來源:Tony 時間:2016-07-30 點擊:4174

隨著LED在照明領域不斷擴展,植物照明在該領域已經占據一席之地,逐漸運用到了農業生產、果蔬種植、花卉培植等各項農作物領域。雖然應用規模不及普通商照或家居照明那樣廣泛,但植物照明作為LED的一個特殊應用領域,由于本身的優越性,也逐漸得到市場的認可,市場需求日漸增長。

總體而言,我國目前的植照還處于起步階段,技術和渠道建設是眾多想要在這領域搶得先機的企業的攻破點,國外照明巨頭在布局LED植物照明業務方面,對整個植物照明產業起到積極的推動作用。


當前植物照明的現狀


在照明市場競爭劇烈,環保健康問題日益突出的背景下,植物照明應用逐漸成為LED發展的方向之一,很多LED廠商紛紛著手布局LED植物照明業務。一般而言,傳統植物設施栽培中使用的光源一般是熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和白熾燈,這些光源是依據人眼對光的適應性所選擇的,其光譜有很多不必要的波長,對植物生長的促進作用少。而LED作為第四代新型照明光源,具有節能環保、安全可靠、使用壽命長、響應時間短、體積小、重量輕、發熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點,發出光的波長可從紫外線C(~250nm)到紅外線(~1000nm)廣泛的區間范圍,并且每個LED發出光的波長范圍可以很窄。因而,它是一種真正具有頻譜控制能力的且非常有效的植物照明光源,有著廣闊的發展前景。


國外市場風生水起


據了解,全球LED應用植物照明的產值從2013年起,開始呈現高速成長,初步統計2014年達1億美元,2017年預計可達5億美元。植物照明作為一塊新興的市場,引來大批國際巨頭的開拓。


在2016年5月,松下就宣布向日本西部燃氣公司旗下企業SG Greenhouse交付了“人造光型植物工廠系統”。SG Greenhouse從2016年1月開始實施栽培實證實驗,之后從5月20日開始銷售將鉀含量降至原來20%以下(98mg/100g以下)的“低鉀生菜”。據悉,此次交付的人造光型植物工廠系統及栽培技術融合了松下的多項技術,包括利用節能、分析及光學技術的植物培育控制技術,照明、空調等環境控制技術等。該植物工廠系統將在減少耗電的同時提供均質的栽培環境,提高栽培成品率,為農業工業化做出貢獻。


在6月,科銳宣布推出針對植物照明優化的XQ-E Photo Red LED。比之最為相近的同行產品,該產品輸出相似,而尺寸僅為1/3不到。XQ-E Photo Red LED擴展了針對植物照明優化的小尺寸LED器件系列,能夠幫助照明生產商減小燈具尺寸,降低系統成本,能夠提供更高的光合光子通量(PPF, Photosynthetic Photon Flux)、效率和可靠性。


國內市場略微滯后


和國外市場相比,目前國內大企業不主動開發植物照明市場,綜合型人才缺乏、成本投入高、專利缺失、企業產出率低等問題都是國內企業還面臨的困難。這些都導致國內植物照明落后于國際市場,國內市場滲透率低。懂生物培養知識以及LED技術的綜合型人才是開發植物照明產品的關鍵,很多國際大廠在各國政策的支持下,與科研院校合作,建立實驗室或者植物工廠。


而對于國內企業而言,這一投入太過于龐大,成本太高。目前有部分企業與農業科研院校進行聯手合作,但基本上是探討相關技術問題,很少涉及到實驗應用階段。但大部分中小企業對植物照明的投入,僅停留在對番茄、大白菜等少數幾種植物的自主研發上,即用LED燈對相關植物做簡單的照射,應用并不廣泛。


廠家規模小、數量少、缺乏核心技術是國內植物照明技術發展的瓶頸。據有關數據統計,截至2012年6月, 中國具備一定規模的LED植物照明企業數量約40家。廣東是LED植物照明企業分布的主要省份,在全國占比高達84%,大部分集中在深圳,代表性企業包括深圳聯邦重科電子科技有限公司、深圳佰晟光電科技有限公司、深圳長田照明有限公司、深圳三鑫寶半導體照明有限公司和深圳億上光科技有限公司等。其次是山東省,占比為8%。從需求看,對LED植物照明需求量最大的區域為華中、華東和華北一帶,農業、花卉產業相對發達。但是從目前來講,LED植物照明主要市場在國外,國內需求尚小,處于起步階段,因此山東、河南等LED植物照明企業不多。


除了企業分布不均外,我國半導體芯片外延片行業起步較晚,積累經驗少,在芯片外延方面的專利實力相對較為薄弱,大量的核心專利掌握在日本日亞、美國科銳等早期領跑企業手中,也極大阻礙國內芯片企業的發展。這些都是國內當前植物照明發展面臨的問題。


植物照明顛覆傳統農業方式


隨著對半導體發光物質研究的深入,LED制造技術的逐漸提高和新材料的研究開發,LED技術也取得了突破性進展,在植物設施栽培的開發中,LED技術逐漸被運用。特別是在超高亮度LED研制成功后,像光形態研究、光合過程和葉綠素工作機制的研究等,在植物生理或栽培方向的運用逐漸廣泛。


近日,由中國農科院環發所自主研發的“智能LED植物工廠”,以其“土地利用和農作方式的顛覆性技術”,在正于此間舉辦的國家“十二五”科技創新成就展上亮相。據悉,該技術根據植物對不同光譜的“偏好”,選擇相應的LED燈取代陽光作為光源,進行24小時不間斷光照,可對植物工廠內的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營養液等環境要素作實時自動監控,從而確保光合作用的最大效果。與傳統種植模式相比,其土地利用率高,操作省力,機械化程度高,產品安全無污染,營養價值大大提高,目前該研發成果在國內外設施園藝工程領域已具有重要影響力。而隨著技術的不斷進步,利用LED光照在太空種植一些植物已非常高效。


2015年8月,生活在國際空間站內的宇航員們首次品嘗了他們在太空種植出來的生菜。生菜的種子被撒放在用于生根發芽的墊層上,墊層由土壤和化肥組成。每一個“蔬菜盒子”都安裝了紅綠藍三色的LED燈來促進蔬菜成長?茖W家們把這一口舌尖上的味道,看作是載人飛船前往火星邁出的重要一步。


LED照明栽培更健康無害


有人認為,21 世紀是生態農業的世紀,而物理農業是實現生態農業的主要途徑之一,在眾多的物理學科知識中,光在其中起著至關重要的作用。如何在太陽光照不足情況下調控特定人造光源對綠色植物實施不同“光肥”,不僅促進作物生長發育,還可以達到增產、高效、優質、抗病、無公害的目的。一家位于印第安納州的工業園目前就掌握了未來市場園藝農業以及蔬菜栽培的關鍵技術。該工業園名為“Green Sense Farms”,是家電與照明大廠飛利浦(Philips)與美國芝加哥農業企業Green Sense Farms(GSF)合作,針對特定作物使用LED生長光源打造室內植物工廠。這家工廠已經投資了數百萬美元,也是全球最大的植物工廠之一。


事實上,由于LED燈具的溫度較低,可放置在離植物更近的最佳位置上,因此可以確保植物的各部分得到完全一致的照度。這種方法杜絕了有害農藥、化肥和防腐劑的使用,使產量得到有機提高,且幾乎無化學添加,與現代人追求高品質的綠色健康生活宗旨不謀而合。而且,由LED光源進行控制的室內種植可以使植物的成長周期相比傳統方式縮短50%。這就意味著,消費者全年享受本地種植新鮮作物的夢想成為了可能。


制約國內植物照明發展因素


時至今日,雖然LED植物照明技術在某些領域廣泛運用了,且成本價格有所下降,但于大部分消費者而言,其仍在“價格過高”的行列。成本居高不下是制約LED植物照明發展的一個因素,技術不足、政策不完善也在制約它的發展。


1.核心技術缺乏。由于國際巨頭芯片廠家在發光效率、可靠性方面優于國內廠家,所以我國LED植物照明的產品芯片仍然主要依靠進口。農業主要需要的峰值660納米紅光芯片無法形成規模,國內芯片外延片廠家也不愿投入人力、物力開發農用紅光芯片,極大阻礙國內芯片企業的發展。


2.政府扶持不夠。與國外相比,國內政策法規制定仍處于初始階段,政府支持力度不足,缺乏系統性的研究及推廣,并且LED植物照明產品評價和測量標準體系還不完善。企業沒發展起來,這也使得國內市場滲透率低。



無論是從促進現代化農業發展的角度,還是實現節能環保的角度,LED植物燈的應用具有非常重要的意義,而農業的地位及發展需求也為LED植物燈提供了新的發展機遇。隨著全球LED應用農業照明滲透率的提升,未來市場前景廣闊,國內企業也應當鑒定信念,著手植物照明的研究,從根本上突破成本、技術的束縛,共同推進植物照明在中國的商業化發展。

 
 
 
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