منبع اصلی: هوشنگ لیو. وضعیت توسعه و روند صنعت روشنایی گیاهان با LED [J]. مجله مهندسی روشنایی، 2018، 29 (04): 8-9.
منبع مقاله: Material Once Deep

نور عامل محیطی اساسی رشد و نمو گیاه است. نور نه تنها انرژی لازم برای رشد گیاه را از طریق فتوسنتز تأمین می‌کند، بلکه تنظیم‌کننده مهمی در رشد و نمو گیاه نیز هست. نور مصنوعی تکمیلی یا تابش کامل نور مصنوعی می‌تواند رشد گیاه را افزایش دهد، عملکرد را افزایش دهد، شکل و رنگ محصول را بهبود بخشد، اجزای عملکردی را تقویت کند و بروز بیماری‌ها و آفات را کاهش دهد. امروز، وضعیت توسعه و روند صنعت روشنایی گیاهان را با شما به اشتراک خواهم گذاشت.
فناوری منبع نور مصنوعی به طور فزاینده‌ای در زمینه روشنایی گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. LED مزایای بسیاری از جمله راندمان بالای نور، تولید گرمای کم، اندازه کوچک، عمر طولانی و بسیاری از مزایای دیگر دارد. این فناوری در زمینه روشنایی رشد گیاهان مزایای آشکاری دارد. صنعت روشنایی رشد گیاهان به تدریج از چراغ‌های LED برای کشت گیاهان استفاده خواهد کرد.

الف) وضعیت توسعه صنعت روشنایی رشد LED 

بسته 1.LED برای روشنایی رشد

در زمینه بسته‌بندی LED روشنایی رشد، انواع مختلفی از دستگاه‌های بسته‌بندی وجود دارد و هیچ سیستم استاندارد اندازه‌گیری و ارزیابی یکپارچه‌ای وجود ندارد. بنابراین، در مقایسه با محصولات داخلی، تولیدکنندگان خارجی عمدتاً بر روی جهت‌های پرقدرت، cob و ماژول تمرکز می‌کنند و با در نظر گرفتن سری نور سفید روشنایی رشد، با در نظر گرفتن ویژگی‌های رشد گیاه و محیط روشنایی انسانی، مزایای فنی بیشتری در قابلیت اطمینان، راندمان نور، ویژگی‌های تابش فتوسنتزی گیاهان مختلف در چرخه‌های مختلف رشد، از جمله انواع مختلف نیروگاه‌های پرقدرت، متوسط ​​و کم‌قدرت با اندازه‌های مختلف محصول، برای برآوردن نیازهای انواع گیاهان در محیط‌های مختلف رشد دارند و انتظار دارند به هدف به حداکثر رساندن رشد گیاه و صرفه‌جویی در انرژی دست یابند.

تعداد زیادی از حق ثبت اختراعات اصلی برای ویفرهای اپیتاکسیال تراشه هنوز در دست شرکت‌های پیشرو اولیه مانند نیچیا ژاپن و امریکن کریر است. تولیدکنندگان داخلی تراشه هنوز فاقد محصولات ثبت اختراع شده با رقابت در بازار هستند. در عین حال، بسیاری از شرکت‌ها نیز در حال توسعه فناوری‌های جدید در زمینه تراشه‌های بسته‌بندی روشنایی رشد هستند. به عنوان مثال، فناوری تراشه فیلم نازک اسرام امکان بسته‌بندی نزدیک تراشه‌ها را برای ایجاد یک سطح روشنایی با مساحت بزرگ فراهم می‌کند. بر اساس این فناوری، یک سیستم روشنایی LED با راندمان بالا با طول موج 660 نانومتر می‌تواند 40 درصد از مصرف انرژی در منطقه کشت را کاهش دهد.

۲. طیف و دستگاه‌های روشنایی را افزایش دهید
طیف نور مورد نیاز گیاهان پیچیده‌تر و متنوع‌تر است. گیاهان مختلف در چرخه‌های رشد مختلف و حتی در محیط‌های رشد مختلف، تفاوت‌های زیادی در طیف‌های مورد نیاز خود دارند. برای پاسخگویی به این نیازهای متفاوت، در حال حاضر طرح‌های زیر در صنعت وجود دارد: ① طرح‌های ترکیبی نور تک‌رنگ چندگانه. سه طیف مؤثر برای فتوسنتز گیاه عمدتاً طیفی با پیک‌های 450 و 660 نانومتر، باند 730 نانومتر برای القای گلدهی گیاه، به علاوه نور سبز 525 نانومتر و باند فرابنفش زیر 380 نانومتر هستند. این نوع طیف‌ها را با توجه به نیازهای مختلف گیاهان ترکیب کنید تا مناسب‌ترین طیف را تشکیل دهید. ② طرح طیف کامل برای دستیابی به پوشش کامل طیف مورد نیاز گیاه. این نوع طیف مربوط به تراشه SUNLIKE که توسط Seoul Semiconductor و Samsung ارائه می‌شود، ممکن است کارآمدترین نباشد، اما برای همه گیاهان مناسب است و هزینه آن بسیار کمتر از راه‌حل‌های ترکیبی نور تک‌رنگ است. ۳- از نور سفید با طیف کامل به عنوان منبع اصلی، به علاوه نور قرمز ۶۶۰ نانومتر به عنوان طرح ترکیبی برای بهبود اثربخشی طیف استفاده کنید. این طرح اقتصادی‌تر و کاربردی‌تر است.

دستگاه‌های بسته‌بندی نور تک‌رنگ مخصوص روشنایی رشد گیاه با تراشه‌های LED (طول موج‌های اصلی ۴۵۰ نانومتر، ۶۶۰ نانومتر، ۷۳۰ نانومتر) توسط بسیاری از شرکت‌های داخلی و خارجی پوشش داده می‌شوند، در حالی که محصولات داخلی متنوع‌تر و دارای مشخصات بیشتری هستند و محصولات تولیدکنندگان خارجی استانداردتر هستند. در عین حال، از نظر شار فوتون فتوسنتزی، راندمان نور و غیره، هنوز شکاف بزرگی بین تولیدکنندگان بسته‌بندی داخلی و خارجی وجود دارد. برای دستگاه‌های بسته‌بندی نور تک‌رنگ مخصوص روشنایی گیاه، علاوه بر محصولاتی با باندهای طول موج اصلی ۴۵۰ نانومتر، ۶۶۰ نانومتر و ۷۳۰ نانومتر، بسیاری از تولیدکنندگان در حال توسعه محصولات جدید در باندهای طول موج دیگر نیز هستند تا پوشش کامل طول موج تابش فعال فتوسنتزی (PAR) (۴۵۰-۷۳۰ نانومتر) را محقق کنند.

چراغ‌های رشد گیاه LED تک رنگ برای رشد همه گیاهان مناسب نیستند. بنابراین، مزایای LED های طیف کامل برجسته شده است. طیف کامل ابتدا باید پوشش کامل طیف کامل نور مرئی (400-700 نانومتر) را به دست آورد و عملکرد این دو باند را افزایش دهد: نور آبی-سبز (470-510 نانومتر)، نور قرمز تیره (660-700 نانومتر). برای دستیابی به طیف "کامل" از LED آبی معمولی یا تراشه LED ماوراء بنفش با فسفر استفاده کنید و راندمان فتوسنتزی آن بالا و پایین خاص خود را دارد. اکثر تولیدکنندگان دستگاه‌های بسته‌بندی LED سفید روشنایی گیاه از تراشه آبی + فسفر برای دستیابی به طیف کامل استفاده می‌کنند. علاوه بر حالت بسته‌بندی نور تک رنگ و نور آبی یا تراشه ماوراء بنفش به همراه فسفر برای تحقق نور سفید، دستگاه‌های بسته‌بندی روشنایی گیاه همچنین دارای حالت بسته‌بندی ترکیبی هستند که از دو یا چند تراشه طول موج مانند قرمز ده آبی/ماوراء بنفش، RGB، RGBW استفاده می‌کند. این حالت بسته‌بندی مزایای زیادی در کم نور شدن دارد.

در مورد محصولات LED با طول موج باریک، اکثر تأمین‌کنندگان بسته‌بندی می‌توانند محصولات با طول موج‌های مختلف را در باند 365 تا 740 نانومتر به مشتریان ارائه دهند. در مورد طیف روشنایی گیاه که توسط فسفر تبدیل می‌شود، اکثر تولیدکنندگان بسته‌بندی طیف‌های متنوعی را برای انتخاب مشتریان ارائه می‌دهند. در مقایسه با سال 2016، نرخ رشد فروش آن در سال 2017 به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در میان آنها، نرخ رشد منبع نور LED با طول موج 660 نانومتر در 20 تا 50 درصد متمرکز شده است و نرخ رشد فروش منبع نور LED گیاه با تبدیل فسفر به 50 تا 200 درصد می‌رسد، یعنی فروش منابع نور LED گیاه با تبدیل فسفر سریع‌تر در حال رشد است.

همه شرکت‌های بسته‌بندی می‌توانند محصولات بسته‌بندی عمومی با توان 0.2-0.9 وات و 1-3 وات ارائه دهند. این منابع نوری به تولیدکنندگان روشنایی اجازه می‌دهند تا در طراحی روشنایی انعطاف‌پذیری خوبی داشته باشند. علاوه بر این، برخی از تولیدکنندگان محصولات بسته‌بندی یکپارچه با توان بالاتر نیز ارائه می‌دهند. در حال حاضر، بیش از 80 درصد از محموله‌های اکثر تولیدکنندگان 0.2-0.9 وات یا 1-3 وات است. در میان آنها، محموله‌های شرکت‌های بسته‌بندی بین‌المللی پیشرو در 1-3 وات متمرکز شده‌اند، در حالی که محموله‌های شرکت‌های بسته‌بندی کوچک و متوسط ​​در 0.2-0.9 وات متمرکز شده‌اند.

3. زمینه های کاربرد روشنایی رشد گیاه

از نظر کاربرد، چراغ‌های رشد گیاه عمدتاً در روشنایی گلخانه‌ها، کارخانه‌های تولید گیاهان با نور مصنوعی، کشت بافت گیاهی، روشنایی مزارع کشاورزی در فضای باز، کاشت سبزیجات و گل‌های خانگی و تحقیقات آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

① در گلخانه‌های خورشیدی و گلخانه‌های چند دهانه‌ای، نسبت نور مصنوعی برای روشنایی تکمیلی هنوز کم است و لامپ‌های متال هالید و لامپ‌های سدیم فشار بالا اصلی‌ترین آنها هستند. میزان نفوذ سیستم‌های روشنایی رشد LED نسبتاً کم است، اما با کاهش هزینه، سرعت رشد شروع به افزایش می‌کند. دلیل اصلی این است که کاربران تجربه طولانی مدت در استفاده از لامپ‌های متال هالید و لامپ‌های سدیم فشار بالا دارند و استفاده از لامپ‌های متال هالید و لامپ‌های سدیم فشار بالا می‌تواند حدود 6 تا 8 درصد از انرژی گرمایی گلخانه را تأمین کند و در عین حال از سوختگی گیاهان جلوگیری کند. سیستم روشنایی رشد LED دستورالعمل‌ها و پشتیبانی داده‌های خاص و مؤثری ارائه نمی‌کرد، که کاربرد آن را در گلخانه‌های روز و چند دهانه‌ای به تأخیر می‌انداخت. در حال حاضر، کاربردهای نمایشی در مقیاس کوچک هنوز هم پایه اصلی هستند. از آنجایی که LED یک منبع نور سرد است، می‌تواند نسبتاً نزدیک به سایبان گیاهان باشد و در نتیجه تأثیر دما کمتری داشته باشد. در گلخانه‌های روز و چند دهانه‌ای، روشنایی رشد LED بیشتر در کشت بین گیاهان استفاده می‌شود.

②کاربرد در مزارع کشاورزی در فضای باز. نفوذ و کاربرد نورپردازی گیاهان در کشاورزی تأسیساتی نسبتاً کند بوده است، در حالی که کاربرد سیستم‌های نورپردازی گیاهان LED (کنترل دوره نوری) برای محصولات روز بلند در فضای باز با ارزش اقتصادی بالا (مانند میوه اژدها) به سرعت توسعه یافته است.

③ کارخانه‌های گیاهی. در حال حاضر، سریع‌ترین و پرکاربردترین سیستم روشنایی گیاه، کارخانه تماماً مصنوعی است که بر اساس دسته‌بندی به کارخانه‌های متمرکز چندلایه و کارخانه‌های توزیع‌شده متحرک تقسیم می‌شود. توسعه کارخانه‌های نور مصنوعی در چین بسیار سریع است. بدنه اصلی سرمایه‌گذاری کارخانه متمرکز چندلایه تماماً مصنوعی، شرکت‌های کشاورزی سنتی نیستند، بلکه شرکت‌های بیشتری هستند که در زمینه نیمه‌هادی‌ها و محصولات الکترونیکی مصرفی فعالیت می‌کنند، مانند Zhongke San'an، Foxconn، Panasonic Suzhou، Jingdong و همچنین COFCO و Xi Cui و سایر شرکت‌های کشاورزی مدرن جدید. در کارخانه‌های توزیع‌شده و سیار گیاهان، کانتینرهای حمل‌ونقل (کانتینرهای جدید یا بازسازی کانتینرهای دست دوم) هنوز به عنوان حامل‌های استاندارد استفاده می‌شوند. سیستم‌های روشنایی گیاه در تمام گیاهان مصنوعی عمدتاً از سیستم‌های روشنایی آرایه‌ای خطی یا تخت استفاده می‌کنند و تعداد گونه‌های کاشته‌شده همچنان در حال گسترش است. منابع نوری LED با فرمول نوری تجربی مختلف، به طور گسترده و گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند. محصولات موجود در بازار عمدتاً سبزیجات برگ سبز هستند.

④ کاشت گیاهان خانگی. از LED می‌توان در چراغ‌های رومیزی گیاهان خانگی، قفسه‌های کاشت گیاهان خانگی، دستگاه‌های پرورش سبزیجات خانگی و غیره استفاده کرد.

⑤ کشت گیاهان دارویی. کشت گیاهان دارویی شامل گیاهانی مانند Anoectochilus و Lithospermum است. محصولات موجود در این بازارها ارزش اقتصادی بالاتری دارند و در حال حاضر صنعتی با کاربردهای بیشتر در زمینه روشنایی گیاهان هستند. علاوه بر این، قانونی شدن کشت حشیش در آمریکای شمالی و بخش‌هایی از اروپا، کاربرد روشنایی رشد LED را در زمینه کشت حشیش ارتقا داده است.

⑥ چراغ‌های گل‌آرایی. به عنوان ابزاری ضروری برای تنظیم زمان گلدهی گل‌ها در صنعت باغبانی گل، اولین کاربرد چراغ‌های گل‌آرایی، لامپ‌های رشته‌ای و پس از آن لامپ‌های فلورسنت کم‌مصرف بود. با توسعه صنعتی شدن LED، به تدریج لامپ‌های گل‌آرایی بیشتری از نوع LED جایگزین لامپ‌های سنتی شده‌اند.

⑦ کشت بافت گیاهی. منابع نوری سنتی کشت بافت عمدتاً لامپ‌های فلورسنت سفید هستند که بازده نوری پایینی دارند و گرمای زیادی تولید می‌کنند. لامپ‌های LED به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مصرف برق کم، تولید گرمای کم و عمر طولانی، برای کشت بافت گیاهی کارآمد، قابل کنترل و فشرده مناسب‌تر هستند. در حال حاضر، لامپ‌های LED سفید به تدریج جایگزین لامپ‌های فلورسنت سفید می‌شوند.

۴. توزیع منطقه‌ای شرکت‌های روشنایی رشد

طبق آمار، در حال حاضر بیش از ۳۰۰ شرکت روشنایی رشد در کشور من وجود دارد و شرکت‌های روشنایی رشد در منطقه دلتای رودخانه مروارید بیش از ۵۰٪ را تشکیل می‌دهند و در حال حاضر در موقعیت مهمی قرار دارند. شرکت‌های روشنایی رشد در دلتای رودخانه یانگ تسه حدود ۳۰٪ را تشکیل می‌دهند و هنوز هم یک منطقه تولید مهم برای محصولات روشنایی رشد است. شرکت‌های سنتی لامپ رشد عمدتاً در دلتای رودخانه یانگ تسه، دلتای رودخانه مروارید و حاشیه بوهای توزیع شده‌اند که دلتای رودخانه یانگ تسه ۵۳٪ و دلتای رودخانه مروارید و حاشیه بوهای به ترتیب ۲۴٪ و ۲۲٪ را تشکیل می‌دهند. مناطق اصلی توزیع تولیدکنندگان روشنایی رشد LED، دلتای رودخانه مروارید (۶۲٪)، دلتای رودخانه یانگ تسه (۲۰٪) و حاشیه بوهای (۱۲٪) هستند.

ب. روند توسعه صنعت روشنایی رشد LED

۱. تخصص

چراغ‌های رشد LED دارای ویژگی‌های طیف و شدت نور قابل تنظیم، تولید گرمای کلی کم و عملکرد خوب ضد آب هستند، بنابراین برای روشنایی رشد در صحنه‌های مختلف مناسب هستند. در عین حال، تغییرات در محیط طبیعی و تلاش مردم برای دستیابی به کیفیت مواد غذایی، توسعه شدید کشاورزی تأسیساتی و کارخانه‌های پرورش را ارتقا داده و صنعت روشنایی رشد LED را به دوره‌ای از توسعه سریع سوق داده است. در آینده، روشنایی رشد LED نقش مهمی در بهبود راندمان تولید کشاورزی، بهبود ایمنی مواد غذایی و بهبود کیفیت میوه‌ها و سبزیجات ایفا خواهد کرد. منبع نور LED برای روشنایی رشد با تخصصی شدن تدریجی صنعت، توسعه بیشتری خواهد یافت و در جهت هدفمندتری حرکت خواهد کرد.

2. راندمان بالا

بهبود راندمان نور و بهره‌وری انرژی، کلید کاهش چشمگیر هزینه‌های عملیاتی روشنایی گیاهان است. استفاده از LEDها به جای لامپ‌های سنتی و بهینه‌سازی و تنظیم پویای محیط نوری مطابق با فرمول نوری مورد نیاز گیاهان از مرحله جوانه‌زنی تا مرحله برداشت، روندهای اجتناب‌ناپذیر کشاورزی اصلاح‌شده در آینده هستند. از نظر بهبود عملکرد، می‌توان آن را در مراحل و مناطقی که با فرمول نوری مطابق با ویژگی‌های رشدی گیاهان ترکیب شده‌اند، کشت کرد تا راندمان تولید و عملکرد در هر مرحله بهبود یابد. از نظر بهبود کیفیت، می‌توان از تنظیم تغذیه و تنظیم نور برای افزایش محتوای مواد مغذی و سایر ترکیبات عملکردی مراقبت‌های بهداشتی استفاده کرد.

طبق برآوردها، تقاضای ملی فعلی برای نهال سبزیجات ۶۸۰ میلیارد است، در حالی که ظرفیت تولید نهال‌های کارخانه‌ای کمتر از ۱۰٪ است. صنعت نهال نیازهای محیطی بالاتری دارد. فصل تولید بیشتر زمستان و بهار است. نور طبیعی ضعیف است و به نور مکمل مصنوعی نیاز است. نورپردازی رشد گیاه ورودی و خروجی نسبتاً بالایی دارد و درجه بالایی از پذیرش ورودی را دارد. LED مزایای منحصر به فردی دارد، زیرا میوه‌ها و سبزیجات (گوجه فرنگی، خیار، خربزه و غیره) نیاز به پیوند دارند و طیف خاص مکمل نور در شرایط رطوبت بالا می‌تواند باعث بهبود نهال‌های پیوندی شود. نور مکمل کاشت سبزیجات گلخانه‌ای می‌تواند کمبود نور طبیعی را جبران کند، راندمان فتوسنتز گیاه را بهبود بخشد، گلدهی و میوه‌دهی را افزایش دهد، عملکرد را افزایش دهد و کیفیت محصول را بهبود بخشد. نورپردازی رشد LED چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در نهال سبزیجات و تولید گلخانه‌ای دارد.

۳. هوشمند

روشنایی رشد گیاه تقاضای زیادی برای کنترل کیفیت و کمیت نور در زمان واقعی دارد. با بهبود فناوری کنترل هوشمند و کاربرد اینترنت اشیا، انواع طیف‌های تک‌رنگ و سیستم‌های کنترل هوشمند می‌توانند کنترل زمان، کنترل نور و با توجه به وضعیت رشد گیاهان را محقق کنند، تنظیم به موقع کیفیت نور و خروجی نور قطعاً به روند اصلی در توسعه آینده فناوری روشنایی رشد گیاه تبدیل خواهد شد.