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

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 delle piante. L'integrazione di luce artificiale o l'irradiazione completa di luce artificiale possono favorire la crescita delle piante, aumentare la resa, migliorare la forma e il colore del prodotto, migliorare i componenti funzionali e ridurre l'insorgenza di malattie e parassiti. Oggi condividerò con voi lo stato di sviluppo e la tendenza del settore dell'illuminazione degli impianti.
La tecnologia delle sorgenti luminose artificiali è sempre più utilizzata nel campo dell’illuminazione delle piante. Il LED presenta molti vantaggi come elevata efficienza luminosa, bassa generazione di calore, dimensioni ridotte, lunga durata e molti altri vantaggi. Presenta evidenti vantaggi nel campo dell'illuminazione di coltivazione. L’industria 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 cresce 

Pacchetto 1.LED per l'illuminazione di coltivazione

Nel campo degli imballaggi LED per l'illuminazione di 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 direzioni ad alta potenza, pannocchia e moduli, tenendo conto della serie di luci di coltivazione a luce bianca, considerando le caratteristiche di crescita delle piante e l'ambiente di illuminazione umanizzato, presentano maggiori vantaggi tecnici in termini di affidabilità, luce efficienza, caratteristiche della radiazione fotosintetica di diverse piante in diversi cicli di crescita, compresi vari tipi di piante ad alta, media e bassa potenza di prodotti di diverse dimensioni, per soddisfare le esigenze di una varietà di piante in diversi ambienti di crescita, aspettandosi di raggiungere l’obiettivo di massimizzare la crescita delle piante e il risparmio energetico.

Un gran numero di brevetti fondamentali per i wafer epitassiali dei chip sono ancora nelle mani delle prime aziende leader come la giapponese Nichia e American Career. I produttori nazionali di chip non dispongono ancora di prodotti brevettati competitivi sul mercato. Allo stesso tempo, molte aziende stanno anche sviluppando nuove tecnologie nel campo dei chip per imballaggi per l'illuminazione della coltivazione. Ad esempio, la tecnologia dei chip a film sottile di Osram consente di raggruppare i chip uno vicino all'altro per creare una superficie illuminante di ampia superficie. Basato su 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 dell’illuminazione delle piante è più complesso e diversificato. Piante diverse presentano grandi differenze negli spettri richiesti in diversi cicli di crescita e persino in diversi ambienti di crescita. Per soddisfare queste esigenze differenziate, attualmente nel settore sono disponibili i seguenti schemi: ①Schemi multipli di combinazione di luci monocromatiche. I tre spettri più efficaci per la fotosintesi delle piante sono principalmente lo spettro con picchi a 450 nm e 660 nm, la banda di 730 nm per indurre la fioritura delle piante, più la luce verde di 525 nm e la banda ultravioletta inferiore a 380 nm. Combina questi tipi di spettri in base alle diverse esigenze delle piante per formare lo spettro più adatto. ②Schema a spettro completo per ottenere la copertura completa dello spettro della domanda dell'impianto. Questo tipo di spettro corrispondente al chip SUNLIKE rappresentato da Seoul Semiconductor e Samsung potrebbe non essere il più efficiente, ma è adatto a tutti gli impianti e il costo è molto inferiore a quello delle soluzioni di combinazione di luce monocromatica. ③Utilizzare la luce bianca a spettro completo come pilastro, oltre alla luce rossa da 660 nm come schema di combinazione per migliorare l'efficacia dello spettro. Questo schema è più economico e pratico.

I chip LED a luce monocromatica per l'illuminazione della coltivazione delle piante (le lunghezze d'onda principali sono 450 nm, 660 nm, 730 nm) i dispositivi di imballaggio sono coperti da molte aziende nazionali ed estere, mentre i prodotti nazionali sono più diversificati e hanno più specifiche, e i prodotti dei produttori stranieri 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 della luce monocromatica per l'illuminazione delle piante, oltre ai prodotti con le principali bande di lunghezza d'onda di 450 nm, 660 nm e 730 nm, molti produttori stanno anche sviluppando nuovi prodotti in altre bande di lunghezza d'onda per realizzare la copertura completa per le radiazioni fotosinteticamente attive (PAR) lunghezza d'onda (450-730 nm).

Le luci per la crescita delle piante a LED monocromatiche 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 della luce visibile (400-700 nm) e aumentare le prestazioni di queste due bande: luce blu-verde (470-510 nm), luce rossa profonda (660-700 nm). Utilizza il normale chip LED blu o LED ultravioletto con fosforo per ottenere uno spettro "completo" e la sua efficienza fotosintetica ha i suoi alti e bassi. La maggior parte dei produttori di dispositivi di confezionamento a LED bianchi per l'illuminazione di impianti utilizzano Blue chip + fosfori per ottenere lo spettro completo. Oltre alla modalità di confezionamento di luce monocromatica e luce blu o chip ultravioletto più fosforo per realizzare luce bianca, i dispositivi di confezionamento per l'illuminazione delle piante hanno anche una modalità di confezionamento composito che utilizza chip a due o più lunghezze d'onda, come rosso dieci blu/ultravioletto, RGB, RGBW. Questa modalità di confezionamento presenta grandi vantaggi nell'oscuramento.

In termini di prodotti LED a lunghezza d'onda stretta, la maggior parte dei fornitori di imballaggi può fornire ai clienti vari prodotti a lunghezza 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 della sorgente luminosa a LED da 660 nm è concentrato tra il 20% e il 50%, mentre il tasso di crescita delle vendite della sorgente luminosa a LED per piante convertite al fosforo raggiunge il 50%-200%, ovvero le vendite delle sorgenti luminose a LED per piante convertite al fosforo Le sorgenti luminose a LED stanno crescendo più velocemente.

Tutte le aziende di imballaggio possono fornire prodotti per l'imballaggio generale da 0,2-0,9 W e 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 di imballaggio integrati a potenza maggiore. Attualmente, oltre l'80% delle spedizioni della maggior parte dei produttori sono di 0,2-0,9 W o 1-3 W. Tra questi, le spedizioni delle principali aziende di imballaggio internazionali sono concentrate in 1-3 W, mentre le spedizioni di piccole e medie imprese le imprese di confezionamento sono concentrate in 0,2-0,9 W.

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

Dal campo di applicazione, 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 di campi agricoli all'aperto, nella piantagione di verdure e fiori domestici e nella ricerca di laboratorio.

①Nelle serre solari e nelle serre a più campate, la percentuale di luce artificiale per l'illuminazione supplementare è ancora bassa e le lampade ad alogenuri metallici e al sodio ad alta pressione sono le principali. Il tasso di penetrazione dei sistemi di illuminazione a LED è relativamente basso, ma il tasso di crescita inizia ad accelerare man mano che i costi diminuiscono. Il motivo principale è che gli utenti hanno un'esperienza a lungo termine 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 dal 6% all'8% dell'energia termica per il serra evitando ustioni alle piante. Il sistema di illuminazione per la coltivazione a LED non ha fornito istruzioni e dati di supporto specifici ed efficaci, il che ne ha ritardato l'applicazione nelle serre con luce diurna e a più campate. Al momento, le applicazioni dimostrative su piccola scala rappresentano ancora il pilastro. Poiché il LED è una sorgente di luce fredda, può essere relativamente vicino alla chioma delle piante, con un conseguente impatto minore sulla temperatura. Nelle serre diurne e a più campate, l'illuminazione a LED è più comunemente utilizzata nella coltivazione tra piante.

②Applicazione sul campo agricolo all'aperto. La penetrazione e l’applicazione dell’illuminazione delle piante nell’agricoltura aziendale è stata relativamente lenta, mentre l’applicazione dei sistemi di illuminazione delle piante a LED (controllo del fotoperiodo) per colture all’aperto a giornata lunga con un alto valore economico (come il frutto del drago) ha raggiunto un rapido sviluppo.

③Fabbriche di piante. Attualmente, il sistema di illuminazione vegetale più veloce e più utilizzato è la fabbrica di piante a luce completamente artificiale, che è divisa in fabbriche di piante mobili centralizzate multistrato e distribuite per categoria. Lo sviluppo delle fabbriche di impianti di illuminazione artificiale in Cina è molto rapido. Il principale organismo di investimento della fabbrica centralizzata multistrato di impianti di luce artificiale non sono le aziende agricole tradizionali, ma sono più aziende impegnate in semiconduttori e prodotti elettronici di consumo, come Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong e anche COFCO e Xi Cui e altre nuove aziende agricole moderne. Nelle fabbriche distribuite e mobili, i container marittimi (container nuovi o ricostruzione di container usati) vengono ancora utilizzati come trasportatori standard. I sistemi di illuminazione di tutte le piante artificiali utilizzano principalmente sistemi di illuminazione a matrice lineare o a pannello piatto e il numero di varietà piantate continua ad espandersi. Varie sorgenti luminose a LED con formula di luce sperimentale hanno iniziato ad essere ampiamente e ampiamente utilizzate. I prodotti sul mercato sono principalmente verdure a foglia verde.

④Piantatura di piante domestiche. Il LED può essere utilizzato in lampade da tavolo per piante domestiche, scaffali per piante domestiche, macchine per la coltivazione di ortaggi domestici, ecc.

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

⑥Luci fiorite. Come strumento indispensabile per regolare il tempo di fioritura dei fiori nel settore del giardinaggio, la prima applicazione delle luci Flowering sono state le lampade a incandescenza, seguite dalle lampade fluorescenti a risparmio energetico. Con lo sviluppo dell'industrializzazione dei LED, sempre più apparecchi di illuminazione a fioritura di tipo LED hanno gradualmente sostituito le lampade tradizionali.

⑦Coltura di tessuti vegetali. Le sorgenti luminose tradizionali per le colture tissutali sono principalmente lampade fluorescenti bianche, che hanno una bassa efficienza luminosa e una grande generazione di calore. I LED sono più adatti per colture di tessuti vegetali efficienti, controllabili e compatte grazie alle loro eccezionali caratteristiche come basso consumo energetico, bassa generazione di calore e 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 ci sono più di 300 aziende di illuminazione nel mio paese e le aziende di illuminazione nell'area del delta del fiume Pearl rappresentano oltre il 50% e sono già in una posizione importante. Le aziende di illuminazione per la coltivazione nel delta del fiume Yangtze rappresentano circa il 30% ed è ancora un'importante area di produzione di prodotti per l'illuminazione. Le tradizionali aziende produttrici di lampade da coltivazione sono distribuite principalmente nel delta del fiume Yangtze, nel delta del fiume Pearl e nel bordo del Bohai, di cui il delta del fiume Yangtze rappresenta il 53% e il delta del fiume Pearl e il bordo del Bohai rappresentano rispettivamente il 24% e il 22%. . Le principali aree di distribuzione dei produttori di illuminazione per la coltivazione a LED sono il delta del fiume Pearl (62%), il delta del fiume Yangtze (20%) e il Bohai Rim (12%).

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

1. Specializzazione

L'illuminazione per la coltivazione a LED ha le caratteristiche di spettro e intensità della luce regolabili, bassa generazione di calore complessiva e buone prestazioni di impermeabilità, quindi è adatta per l'illuminazione di coltivazione in varie scene. 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 e delle fabbriche di coltivazione, e hanno portato il settore dell'illuminazione a LED in un periodo di rapido sviluppo. In futuro, l’illuminazione per la coltivazione a LED svolgerà un ruolo importante nel miglioramento dell’efficienza della produzione agricola, nel miglioramento della sicurezza alimentare e nel miglioramento della qualità di frutta e verdura. La sorgente luminosa a LED per l’illuminazione di 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 notevolmente i costi di gestione degli impianti di illuminazione. L'uso dei LED in sostituzione delle lampade tradizionali e l'ottimizzazione dinamica e l'adattamento dell'ambiente luminoso in base ai requisiti di formula luminosa delle piante dalla fase di semina alla fase di raccolto sono le tendenze inevitabili dell'agricoltura raffinata del futuro. In termini di miglioramento della resa, può essere coltivato in fasi e regioni combinato con una formula leggera in base alle caratteristiche di sviluppo delle piante per migliorare l'efficienza produttiva e la resa in ogni fase. In termini di miglioramento della qualità, la regolamentazione nutrizionale e la regolazione della luce possono essere utilizzate per aumentare il contenuto di nutrienti e altri ingredienti funzionali sanitari.

Secondo le stime, l'attuale domanda nazionale di piantine di ortaggi è di 680 miliardi, mentre la capacità produttiva di piantine di fabbrica 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 ed è necessaria una luce artificiale supplementare. L'illuminazione per la coltivazione delle piante ha un input e un output relativamente elevati e un alto grado di accettazione dell'input. Il LED presenta vantaggi unici, perché frutta e verdura (pomodori, cetrioli, meloni, ecc.) devono essere innestate e lo spettro specifico dell'integrazione della luce in condizioni di elevata umidità può favorire la guarigione delle piantine innestate. La luce supplementare per la semina 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 da coltivazione a LED ha ampie prospettive di applicazione nelle piantine di ortaggi e nella produzione in serra.

3. Intelligente

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