Fonte originale: Houcheng Liu. Stato di sviluppo e tendenza del settore dell'illuminazione a LED per impianti[J].Journal of Illumination Engineering,2018,29(04):8-9.
Fonte dell'articolo: Material Once Deep

La luce è il fattore ambientale fondamentale per la crescita e lo sviluppo delle piante. La luce non solo fornisce energia per la crescita delle piante attraverso la fotosintesi, ma è anche un importante regolatore della crescita e dello sviluppo. L'integrazione di luce artificiale o l'irradiazione completa con luce artificiale possono promuovere la crescita delle piante, aumentare la resa, migliorare la forma e il colore del prodotto, potenziare i componenti funzionali e ridurre l'insorgenza di malattie e parassiti. Oggi condividerò con voi lo stato di sviluppo e le tendenze del settore dell'illuminazione per piante.
La tecnologia delle sorgenti luminose artificiali è sempre più utilizzata nel campo dell'illuminazione delle piante. I LED offrono numerosi vantaggi, tra cui elevata efficienza luminosa, bassa generazione di calore, dimensioni ridotte, lunga durata e molti altri. Presentano evidenti vantaggi nel campo dell'illuminazione per la coltivazione. Il settore dell'illuminazione per la coltivazione adotterà gradualmente apparecchi di illuminazione a LED per la coltivazione delle piante.

A. Lo stato di sviluppo del settore dell'illuminazione a LED 

1. Pacchetto LED per l'illuminazione di coltivazione

Nel campo dell'imballaggio LED per l'illuminazione da coltivazione, esistono molti tipi di dispositivi di imballaggio e non esiste un sistema standard unificato di misurazione e valutazione. Pertanto, rispetto ai prodotti nazionali, i produttori stranieri si concentrano principalmente su prodotti ad alta potenza, COB e modulari, tenendo conto della serie di illuminazione da coltivazione a luce bianca, considerando le caratteristiche di crescita delle piante e l'ambiente di illuminazione umanizzato, con maggiori vantaggi tecnici in termini di affidabilità, efficienza luminosa e caratteristiche di radiazione fotosintetica di diverse piante in diversi cicli di crescita, inclusi vari tipi di impianti ad alta, media e bassa potenza di diverse dimensioni, per soddisfare le esigenze di una varietà di piante in diversi ambienti di crescita, con l'obiettivo di massimizzare la crescita delle piante e il risparmio energetico.

Un gran numero di brevetti chiave per wafer epitassiali a chip sono ancora nelle mani di aziende leader del settore, come la giapponese Nichia e l'americana Career. I produttori di chip nazionali non dispongono ancora di prodotti brevettati con una competitività sul mercato. Allo stesso tempo, molte aziende stanno sviluppando nuove tecnologie nel campo dei chip per il packaging dell'illuminazione per la coltivazione. Ad esempio, la tecnologia dei chip a film sottile di Osram consente di confezionare i chip uno vicino all'altro per creare un'ampia superficie di illuminazione. Grazie a questa tecnologia, un sistema di illuminazione a LED ad alta efficienza con una lunghezza d'onda di 660 nm può ridurre del 40% il consumo energetico nell'area di coltivazione.

2. Aumentare lo spettro di illuminazione e i dispositivi
Lo spettro di illuminazione delle piante è più complesso e diversificato. Piante diverse presentano grandi differenze negli spettri richiesti nei diversi cicli di crescita e persino in diversi ambienti di crescita. Per soddisfare queste esigenze differenziate, attualmente nel settore sono disponibili i seguenti schemi: 1. Schemi di combinazione di luce monocromatica multipla. I tre spettri più efficaci per la fotosintesi delle piante sono principalmente lo spettro con picchi a 450 nm e 660 nm, la banda a 730 nm per indurre la fioritura, più la luce verde a 525 nm e la banda ultravioletta inferiore a 380 nm. Combinare questi tipi di spettri in base alle diverse esigenze delle piante per formare lo spettro più adatto. 2. Schema a spettro completo per ottenere la copertura completa dello spettro di richiesta delle piante. Questo tipo di spettro, corrispondente al chip SUNLIKE rappresentato da Seoul Semiconductor e Samsung, potrebbe non essere il più efficiente, ma è adatto a tutte le piante e il costo è molto inferiore a quello delle soluzioni di combinazione di luce monocromatica. 3. Utilizzare la luce bianca a spettro completo come base, più la luce rossa a 660 nm come schema combinato per migliorare l'efficacia dello spettro. Questo schema è più economico e pratico.

I dispositivi di confezionamento per l'illuminazione di piante con chip LED monocromatici (le principali lunghezze d'onda sono 450 nm, 660 nm, 730 nm) sono coperti da molte aziende nazionali ed estere, mentre i prodotti nazionali sono più diversificati e hanno più specifiche, mentre i prodotti dei produttori esteri sono più standardizzati. Allo stesso tempo, in termini di flusso di fotoni fotosintetici, efficienza luminosa, ecc., esiste ancora un grande divario tra i produttori di imballaggi nazionali ed esteri. Per i dispositivi di confezionamento per l'illuminazione di piante con luce monocromatica, oltre ai prodotti con le principali bande di lunghezza d'onda di 450 nm, 660 nm e 730 nm, molti produttori stanno sviluppando anche nuovi prodotti in altre bande di lunghezza d'onda per realizzare la copertura completa della radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) (450-730 nm).

Le luci LED monocromatiche per la crescita delle piante non sono adatte alla crescita di tutte le piante. Pertanto, vengono evidenziati i vantaggi dei LED a spettro completo. Lo spettro completo deve prima raggiungere la copertura completa dell'intero spettro di luce visibile (400-700 nm) e aumentare le prestazioni di queste due bande: luce blu-verde (470-510 nm) e luce rossa intensa (660-700 nm). Si utilizzano LED blu ordinari o chip LED ultravioletti con fosforo per ottenere uno spettro "completo", la cui efficienza fotosintetica ha i suoi alti e bassi. La maggior parte dei produttori di dispositivi di confezionamento a LED bianchi per l'illuminazione delle piante utilizza chip blu + fosfori per ottenere uno spettro completo. Oltre alla modalità di confezionamento di luce monocromatica e luce blu o chip ultravioletti più fosforo per realizzare luce bianca, i dispositivi di confezionamento per l'illuminazione delle piante dispongono anche di una modalità di confezionamento composita che utilizza due o più chip di lunghezza d'onda, come rosso, blu/ultravioletto, RGB, RGBW. Questa modalità di confezionamento offre grandi vantaggi nella dimmerazione.

Per quanto riguarda i prodotti LED a lunghezza d'onda stretta, la maggior parte dei fornitori di imballaggi può offrire ai clienti prodotti con diverse lunghezze d'onda nella banda 365-740 nm. Per quanto riguarda lo spettro di illuminazione delle piante convertito dai fosfori, la maggior parte dei produttori di imballaggi offre ai clienti una varietà di spettri tra cui scegliere. Rispetto al 2016, il tasso di crescita delle vendite nel 2017 ha registrato un aumento sostanziale. Tra questi, il tasso di crescita delle sorgenti luminose a LED a 660 nm si concentra tra il 20% e il 50%, mentre il tasso di crescita delle vendite delle sorgenti luminose a LED per piante convertite al fosforo raggiunge il 50%-200%, ovvero le vendite di sorgenti luminose a LED per piante convertite al fosforo stanno crescendo più rapidamente.

Tutte le aziende di imballaggio possono fornire prodotti per imballaggio generico da 0,2-0,9 W e da 1-3 W. Queste sorgenti luminose consentono ai produttori di illuminazione di avere una buona flessibilità nella progettazione illuminotecnica. Inoltre, alcuni produttori forniscono anche prodotti per imballaggio integrati a potenza più elevata. Attualmente, oltre l'80% delle spedizioni della maggior parte dei produttori è da 0,2-0,9 W o da 1-3 W. Tra queste, le spedizioni delle principali aziende di imballaggio internazionali sono concentrate nella fascia da 1-3 W, mentre le spedizioni delle piccole e medie aziende di imballaggio sono concentrate nella fascia da 0,2-0,9 W.

3. Campi di applicazione dell'illuminazione per la crescita delle piante

Dal punto di vista applicativo, gli apparecchi di illuminazione per la coltivazione delle piante vengono utilizzati principalmente nell'illuminazione delle serre, nelle fabbriche di impianti di illuminazione completamente artificiale, nella coltura di tessuti vegetali, nell'illuminazione dei campi agricoli all'aperto, nella piantumazione di ortaggi e fiori domestici e nella ricerca di laboratorio.

1 Nelle serre solari e nelle serre a campata multipla, la percentuale di luce artificiale per l'illuminazione supplementare è ancora bassa e le lampade ad alogenuri metallici e le lampade al sodio ad alta pressione sono le principali. Il tasso di penetrazione dei sistemi di illuminazione a LED per la coltivazione è relativamente basso, ma il tasso di crescita inizia ad accelerare con la diminuzione dei costi. Il motivo principale è che gli utenti hanno una lunga esperienza nell'uso di lampade ad alogenuri metallici e lampade al sodio ad alta pressione, e l'uso di lampade ad alogenuri metallici e lampade al sodio ad alta pressione può fornire circa il 6-8% dell'energia termica per la serra, evitando al contempo ustioni alle piante. Il sistema di illuminazione a LED per la coltivazione non forniva istruzioni e supporto dati specifici ed efficaci, il che ne ha ritardato l'applicazione nelle serre a luce naturale e nelle serre a campata multipla. Attualmente, le applicazioni dimostrative su piccola scala sono ancora il punto di forza. Poiché i LED sono una fonte di luce fredda, possono essere installati relativamente vicino alla chioma delle piante, con conseguente minore impatto termico. Nelle serre a luce naturale e nelle serre a campata multipla, l'illuminazione a LED per la coltivazione è più comunemente utilizzata nella coltivazione inter-pianta.

2. Applicazione in campo agricolo all'aperto. La penetrazione e l'applicazione dell'illuminazione delle piante nell'agricoltura intensiva sono state relativamente lente, mentre l'applicazione di sistemi di illuminazione a LED (controllo del fotoperiodo) per colture a giorno lungo all'aperto ad alto valore economico (come la pitaya) ha registrato un rapido sviluppo.

3. Stabilimenti di illuminazione. Attualmente, il sistema di illuminazione per piante più veloce e diffuso è lo stabilimento di illuminazione artificiale, suddiviso in stabilimenti centralizzati multistrato e stabilimenti mobili distribuiti per categoria. Lo sviluppo degli stabilimenti di illuminazione artificiale in Cina è molto rapido. Il principale organismo di investimento negli stabilimenti centralizzati multistrato di illuminazione artificiale non è costituito da aziende agricole tradizionali, ma da aziende impegnate nei prodotti a semiconduttore e nell'elettronica di consumo, come Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, nonché COFCO e Xi Cui e altre nuove aziende agricole moderne. Negli stabilimenti di illuminazione distribuiti e mobili, i container (nuovi container o la ricostruzione di container di seconda mano) vengono ancora utilizzati come vettori standard. I sistemi di illuminazione per tutte le piante artificiali utilizzano principalmente sistemi di illuminazione lineari o a pannelli piatti e il numero di varietà coltivate continua ad aumentare. Diverse sorgenti luminose LED con formula sperimentale hanno iniziato a essere ampiamente utilizzate. I prodotti sul mercato sono principalmente ortaggi a foglia verde.

④Piantagione di piante domestiche. I LED possono essere utilizzati nelle lampade da tavolo per piante domestiche, nei portapiante per piante domestiche, nelle macchine per la coltivazione di ortaggi domestici, ecc.

⑤Coltivazione di piante medicinali. La coltivazione di piante medicinali coinvolge piante come Anoectochilus e Lithospermum. I prodotti in questi mercati hanno un valore economico più elevato e rappresentano attualmente un settore con maggiori applicazioni di illuminazione per piante. Inoltre, la legalizzazione della coltivazione di cannabis in Nord America e in alcune parti d'Europa ha promosso l'applicazione dell'illuminazione a LED nel campo della coltivazione di cannabis.

⑥ Luci per la fioritura. Strumento indispensabile per regolare il periodo di fioritura dei fiori nel settore del florovivaismo, le prime applicazioni delle luci per la fioritura furono le lampade a incandescenza, seguite dalle lampade fluorescenti a risparmio energetico. Con lo sviluppo dell'industrializzazione dei LED, un numero sempre maggiore di apparecchi di illuminazione per la fioritura a LED ha gradualmente sostituito le lampade tradizionali.

⑦Coltura di tessuti vegetali. Le sorgenti luminose tradizionali per la coltura di tessuti sono principalmente lampade fluorescenti bianche, caratterizzate da una bassa efficienza luminosa e da un'elevata generazione di calore. I LED sono più adatti per una coltura di tessuti vegetali efficiente, controllabile e compatta grazie alle loro eccezionali caratteristiche, come il basso consumo energetico, la ridotta generazione di calore e la lunga durata. Attualmente, i tubi LED bianchi stanno gradualmente sostituendo le lampade fluorescenti bianche.

4. Distribuzione regionale delle aziende di illuminazione per la coltivazione

Secondo le statistiche, attualmente nel mio Paese ci sono più di 300 aziende di illuminazione per la coltivazione, e le aziende di illuminazione per la coltivazione nell'area del Delta del Fiume delle Perle ne rappresentano oltre il 50%, ricoprendo già una posizione di rilievo. Le aziende di illuminazione per la coltivazione nel Delta del Fiume Azzurro ne rappresentano circa il 30%, e quest'area è ancora un'importante area di produzione per i prodotti di illuminazione per la coltivazione. Le aziende di lampade per la coltivazione tradizionali sono distribuite principalmente nel Delta del Fiume Azzurro, nel Delta del Fiume delle Perle e nel Bohai Rim, di cui il Delta del Fiume Azzurro rappresenta il 53%, mentre il Delta del Fiume delle Perle e il Bohai Rim rappresentano rispettivamente il 24% e il 22%. Le principali aree di distribuzione dei produttori di illuminazione a LED per la coltivazione sono il Delta del Fiume delle Perle (62%), il Delta del Fiume Azzurro (20%) e il Bohai Rim (12%).

B. Tendenza di sviluppo del settore dell'illuminazione a LED

1. Specializzazione

L'illuminazione a LED per la coltivazione presenta caratteristiche quali spettro e intensità luminosa regolabili, bassa generazione di calore complessiva e buone prestazioni di impermeabilità, che la rendono adatta all'illuminazione per la coltivazione in vari contesti. Allo stesso tempo, i cambiamenti nell'ambiente naturale e la ricerca della qualità alimentare da parte delle persone hanno promosso il vigoroso sviluppo dell'agricoltura intensiva e delle fabbriche di coltivazione, conducendo il settore dell'illuminazione a LED per la coltivazione in un periodo di rapido sviluppo. In futuro, l'illuminazione a LED per la coltivazione svolgerà un ruolo importante nel migliorare l'efficienza della produzione agricola, la sicurezza alimentare e la qualità di frutta e verdura. La sorgente luminosa a LED per l'illuminazione per la coltivazione si svilupperà ulteriormente con la graduale specializzazione del settore e si muoverà in una direzione più mirata.

2. Alta efficienza

Il miglioramento dell'efficienza luminosa e dell'efficienza energetica è la chiave per ridurre significativamente i costi operativi dell'illuminazione delle piante. L'uso di LED in sostituzione delle lampade tradizionali e l'ottimizzazione e la regolazione dinamica dell'ambiente luminoso in base alle esigenze della formula luminosa delle piante, dalla fase di semina alla fase di raccolta, sono le tendenze inevitabili dell'agricoltura raffinata del futuro. Per migliorare la resa, la coltivazione può essere suddivisa in fasi e regioni, combinate con una formula luminosa adatta alle caratteristiche di sviluppo delle piante, per migliorare l'efficienza produttiva e la resa in ogni fase. Per migliorare la qualità, la regolazione della nutrizione e della luce può essere utilizzata per aumentare il contenuto di nutrienti e altri ingredienti funzionali per la salute.

Secondo le stime, l'attuale domanda nazionale di piantine di ortaggi è di 680 miliardi, mentre la capacità produttiva di piantine industriali è inferiore al 10%. L'industria delle piantine ha requisiti ambientali più elevati. La stagione di produzione è prevalentemente invernale e primaverile. La luce naturale è debole e sono necessarie luci artificiali supplementari. L'illuminazione per la coltivazione delle piante ha un input e output relativamente elevati e un alto grado di accettazione dell'input. I LED presentano vantaggi unici, poiché frutta e verdura (pomodori, cetrioli, meloni, ecc.) devono essere innestate e lo spettro specifico di integrazione luminosa in condizioni di elevata umidità può favorire la guarigione delle piantine innestate. L'illuminazione supplementare per la coltivazione di ortaggi in serra può compensare la mancanza di luce naturale, migliorare l'efficienza fotosintetica delle piante, promuovere la fioritura e la fruttificazione, aumentare la resa e migliorare la qualità del prodotto. L'illuminazione a LED per la coltivazione ha ampie prospettive di applicazione nelle piantine di ortaggi e nella produzione in serra.

3. Intelligent

L'illuminazione per la coltivazione delle piante richiede un controllo in tempo reale della qualità e della quantità della luce. Con il miglioramento della tecnologia di controllo intelligente e l'applicazione dell'Internet of Things, una varietà di spettri monocromatici e sistemi di controllo intelligenti possono realizzare il controllo temporale e della luce e, in base allo stato di crescita delle piante, la regolazione tempestiva della qualità e dell'emissione luminosa è destinata a diventare la tendenza principale nello sviluppo futuro della tecnologia di illuminazione per la coltivazione delle piante.