LED植物生长灯的发展现状及前景分析

LED植物生长灯的发展现状及前景分析2014-08-0800:29:00来源：OFweek半导体照明网我要分享评论投稿订阅导读：近年，完全人工光控制型植物工厂在全球范围内正逐步形成半导体产业的新显学，结合传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术，加上网络信息的深厚产业基础，一时之间植物工厂似乎成为全球半导体产业发展的重要应用与发展方向。OFweek半导体照明网讯我国是一个农业大国，现在农村家庭普遍使用的是白炽灯和节能灯，年销售10亿只白炽灯泡的市场就在三、四级市场。随着农村经济的快速发展，人民生活水平的提高，农民对照明品质的要求也在提高，尤其是国家推广节能照明的政策出台实施以来，进一步激发了巨大的农村市场需求。在这里，“农村市场”已不是地域上的意义，而代表了一种消费能力和层次。而在农村市场最大的渠道就在于植物生长灯，在第23届“台北国际光电周”展览会上，植物工厂呼应绿能经济与气候变迁趋势，展出植物生长灯、水耕设施、检测和环控节能系统等设备，相当吸睛。近年，完全人工光控制型植物工厂在全球范围内正逐步形成半导体产业的新显学，结合传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术，加上网络信息的深厚产业基础，一时之间植物工厂似乎成为全球半导体产业发展的重要应用与发展方向。LED植物灯市场发展现状在日韩早已流行得一塌糊涂的植物照明近日在中国开始受到关注。LED植物灯的销售市场都集中在日本、韩国、中美、欧洲等从事农业人员较少的国家和地区。但随着LED植物生长灯渗透率的提升，中国市场进入爆发期。据调查，全球LED植物生长灯产值在2013年起开始呈现高速成长，产值虽仅千万美元规模，但预估2014年将逾3500万美元，2017年更可望挑战3亿美元。拓墣产业研究所光电产业中心研究员林佩璇表示，2013年LED植物灯成本已较2010年大幅下滑，每一流明约当新台币0.38元，仅为2010年1.8元的1/5，进而带动Philips、Osram、Mitsubishi、Panasonic等国际大厂，纷纷投入LED的植物工厂创新应用，兼具LED及农业两大产业优势的台湾，当然也不希望错过商机，把农业添加科技创新，让企业晋升亿元身价。台湾在植物工厂具有研发LED灯特殊波长、可客制化产品，低建置成本，整体解决方案，技术转移等优势，但同时也面临政府支持力道不足，产品参差不齐，品牌知名度过低等隐忧，现阶段首要解决问题，就属LED植物灯的推广策略。植物工厂起源于1957年丹麦因日照不足阻碍植物生长发展，尔后日本、美国、荷兰相继投入，然而在成本过高、技术不足、经验不佳等因素下，导致经营不善，直至21世纪，因温室效应日益严重才重新受到各界重视。从农业发展的角度来看，现代农业发展由于化肥与农药的使用，得以迅速提升产量以供应激增的人口所产生的巨大粮食需求，对解决全球粮食与贫穷问题居功伟。但传统农业纯属靠天吃饭，不仅作物栽培受到气候与季节限制，无法完全按计划生产，即使作物丰收都受到量多价跌的影响;再加上农民为了确保收成，大量使用农药来防治病虫害，因而造成食品安全的疑虑，又为了提高产能，过度使用化肥，不仅增加成本、更污染农田、河川、湖泊与海洋，更可能造成硝酸盐含量过高，伤害消费者。植物工厂走俏的另一个原因是，全球建筑业因经济景气低迷和公共建设项目减少，急于通过投资农业寻求新发展。连锁餐饮和超市企业则希望自建蔬菜基地以形成稳定的原料供应。电子行业因制造部门逐步向海外转移，大量用于生产芯片等精密器件的清洁车间闲置，这些厂房只需稍加改造就可变身植物工厂。因此，这三个行业成为投资植物工厂最积极的先锋。所以植物工厂这种高度自动化，可以像工厂一样全年无休排程种植，在地生产新鲜、卫生蔬果的科技农业，并且不会对环境造成污染的优点，自然引起政府与学研单位的高度重视，加上采用植物工厂的生产模式所节省的运输成本，植物工厂就有机会变成一个传统作物生产模式的真正替代选项，这也是风投与私募基金关注植物工厂的原因。人口膨胀与水资源乏是全球性的大问题，全球人口目前为70亿，未来四十年有可能增加到92亿，以目前仍有将近10亿的饥饿人口来算，40年内需要提升将近58%的粮食产能;但现有耕地已经使用了80%，加上气候异常、可耕地面积减少，以及青壮人口离农趋势等不利因素，前景堪虑。此外，传统农业用去了全球大约87%的淡水资源，所以单位面积生产力的大幅提升与节水技术的建立都是刻不容缓的研究课题。2013年9月10日，国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会(CSAS)发布CSA021-2013《植物生长用LED平板灯性能要求》联盟标准。该标准对植物生长用LED平板灯的术语和定义、分类与命名、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存进行了规定。目前，植物生长用的LED光照产品形式众多，如平板灯、双端灯、柔性灯带等，都将会随着技术的发展而逐步变化。CSAS将根据技术发展逐步开展植物生长用LED光照方面的标准化工作，推动科技进步，支撑产业发展。何为LED植物生长灯LED植物生长灯是种植物灯的一种，它以LED(发光二极管)为光源，依照植物生长规律必须需要太阳光，用灯光代替太阳光给植物生长发育环境的一种灯具。LED植物生长灯介绍光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。LED植物生长灯是以LED（发光二极管）为光源，依照植物生长规律必须需要太阳光，用灯光代替太阳光给植物生长发育环境的一种灯具。LED植物灯，有助缩短植物的生长周期，因为这种灯的光源主要是由红蓝光源组成的，采用植物最敏感的光波段，红光波长使用620-630nm和640-660nm,蓝光波长使用450-460nm和460-470nm。让植物在生长过程中促进多发侧枝和芽的分化，加快根茎叶生长，加快植物碳水化合物的合成和维生素的合成，缩短了生长周期。LED在植物设施栽培环境中的大量应用研究结果表明，LED植物灯特别适合应用于人工光控制型植物设施栽培环境。人工光源的色温与流明是以生物的眼睛所看到的，而植物对光的需求是行光合作用，这是不看色温与流明的是以辐射值论定的。光谱范围对植物生理的影响·280~315nm––此种波长已属紫外线光线，对于各类动、植物甚至于菌类生长，均有直接压制性生长的功能，对形态与生理过程的影响极小。·315~400nm––此种光波亦属远紫外线光虽无紫外线伤害植物，为对植物生长并无直接作用，叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长。·400~520nm（蓝）–此类波长可直接处使植物根、茎部位发展，对于叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大。·520~610nm（绿）–绿色性植物排斥性推挤，绿色素的吸收率不高。·610~720nm（红）–植物的叶绿素吸收率不高，唯此波长对于光合作用与植物生长速度有显著影响。·720~1000nm––此类波长泛属红外线波长，对于植物的吸收率低，可直接刺激细胞延长，会影响开花与种子发芽。·＞1000nm––已接近雷射光波长已转换成为热量。以上的植物与光谱数据来看，每种波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物对于光合作用需要的光线中，400~520nm（蓝色）光线，以及610~720nm（红色）对于光合作用贡献最大，而520~610nm（绿色）光线，对于植物行使生长作用的功效比率很低。若按照以上原理植物只对于400~520nm（蓝色）及610~720nm（红色），的光谱有直接帮助生长的效果，所以学术概念下的植物灯都是做成红蓝组合、全蓝、全红三种形式，以提供红蓝两种波长的光线，用来覆盖植物行光合作用所需的波长范围。在视觉效果上，红、蓝组合的led植物生长灯呈现粉红色，这种混光色实对生物照明是极为不舒服的色系，然却只能以实用性怯其外观，以择其实用性为主。一般白光LED灯珠，最普遍的是使用蓝色芯心，激发黄色荧光粉发光，由此复合产生视觉上的白光效果。于积分球测试报告上的能量分布上，在445nm的蓝色区和550nm的黄绿色区存在两个峰值。而植物所需的610~720nm红光，则覆盖的比较少无法对其种植植物供应光和作用所需的光效能。这就解释了为什么在白光LED照射下，为何植物的生长速度及采收效果均不如一般户外种植。利用上述的数据一般的植物灯的红蓝灯色谱比例一般在5：1~10：1之间为宜，通常可选7~9：1的比例，唯比例分配需采灯珠亮度比为混光依据，非采灯珠数量为混光依据。用led植物生长灯于植物种植时时，一般距离叶片的高度为30-50公分左右，这中间尚需要实际依种植植物的种类给予不同光强度，调整高度一般视为最简便的亮度调整方式。业界人士解释，大型植物工厂的层架内装有植物专用的LED灯，与一般LED光谱不同，为配合光合作用，植物灯频谱偏蓝光与红光，且根据个人需求不同，也可调成冷、暖白光，配合手机APP遥控，操作十分方便。业者说，多层架型植物工厂配备水循环流通系统，经测试可种植百余种植物，适合量产需求者使用。除家用外，植物工厂一般有2种获利途径，一是叶菜类的大量量产，如小白菜、青江菜、莴苣等十字花科植物；二是种植难度高的人参、牛樟芝等高经济价值作物，只要使用特定的LED频谱和管控系统，就能培育生长条件较苛的季节性作物。LED植物灯市场前景不久前，日本宫城县多贺城市向媒体公开展示了全世界规模最大的LED（发光二极管）人工光型植物工厂。这个名为“未来畑”的工厂占地面积约为2300平方米，使用1.75万个LED照明灯，可全年进行生产，预计每天能收获约1万棵生菜。不久前，富士通公司也宣布，经过一年左右时间的准备，自家植物工厂生产的低钾生菜开始投放市场。与传统植物灯相比LED植物照明灯具有明显节能高效的优势。2013年LED植物灯成本已较2010年大幅下滑，每一流明约当新台币0.38元，仅为2010年1.8元的1/5，进而带动Philips、Osram、Mitsubishi、Panasonic等国际大厂，纷纷投入LED的植物工厂创新应用，兼具LED及农业两大产业优势的台湾，当然也不希望错过商机，把农业添加科技创新，让企业晋升亿元身价。日本为植物工厂发展最为快速的国家，该国政府率先于2009年提出植物工厂补助政策，引起LED照明应用于该领域市场需求，根据统计，2009年日本植物工厂LED平板照明需求量为1000台，2011年因311地震刺激而上冲至8850台，虽然去年又衰退回2500台，但PIDA认为，未来日本市场需求量将逐年走升，预估今年将达3200台，2015年可望达9000台，2020年上看1.8万台。台湾也开始嗅到植物工厂商机，许多LED业者也早已开始切入该领域市场，除晶电、亿光外，还有璨圆、光鼎、宏齐、光鋐、新世纪、东贝等，而经建会也从去年开始透过管道欲扶植植物工厂，以促台湾农业活化。但台湾地狭人稠，发展空间有限，反而拥有广大土地及资源的中国大陆市场才是各家业者锁定的目标。中国政府日前出台“十二五”863计划，虽然总经费仅约人民币4611万元(约新台2.17亿元)，但该计划首度将“智慧化植物工厂生产技术研究”列入研究专案，研讨的7个项目中，包含植物工厂LED节能光源应用，显见中国LED照明应用于植物工厂的商机才正准备崛起。在我国经过中国中央政府推行，市场看好地方政府跟进脚步将会更为积极，并且若以中国政府之前大手笔补助LED产业的态度来看，接下来植物工厂带领的LED照明新领域商机也让各家业者引颈期盼，更是台湾LED厂下一个利基型市场发展机会。过去LED照明成本居高不下，植物工厂因而多採用萤光灯管或高压钠灯，随着LED价格下滑与技术提升，促使LED在植物工厂的应用出现新一波进展。目前中国从事LED植物灯的厂家并不多，大部分都集中在深圳。而目前LED植物灯的销售市场也都集中在日本、韩国、中美、欧洲等从事农业人员较少的国家和地区。总结：随着LED产业的广泛发展，LED企业也不断的寻找新的发展出路，LED植物生长灯无疑是给LED企业一个重生的机会，然而尽管植物生长灯前景看好，植物工厂的发展仍面临一些“瓶颈”。比如前期投入