Originele bron: Houcheng Liu. Ontwikkelingsstatus en trend van de LED-plantenverlichtingsindustrie[J].Journal of Illumination Engineering, 2018, 29(04): 8-9.
Artikelbron: Material Once Deep

Licht is de fundamentele omgevingsfactor voor de groei en ontwikkeling van planten. Licht levert niet alleen energie voor plantengroei via fotosynthese, maar is ook een belangrijke regulator van plantengroei en -ontwikkeling. Kunstmatige lichtaanvulling of volledige kunstmatige lichtbestraling kan de plantengroei bevorderen, de opbrengst verhogen, de vorm en kleur van de producten verbeteren, de functionele componenten versterken en het voorkomen van ziekten en plagen verminderen. Vandaag deel ik met u de huidige ontwikkelingsstatus en trends in de plantenverlichtingsindustrie.
Kunstmatige lichtbronnen worden steeds vaker gebruikt in de plantenverlichting. LED's hebben veel voordelen, zoals een hoge lichtopbrengst, lage warmteontwikkeling, compact formaat, lange levensduur en nog veel meer. Dit maakt ze zeer geschikt voor de teelt. De teeltverlichtingsindustrie zal geleidelijk aan LED-armaturen gaan gebruiken voor de plantenteelt.

A. De ontwikkelingsstatus van de LED-groeilampenindustrie 

1. LED-pakket voor kweekverlichting

Op het gebied van LED-verpakkingen voor groeiverlichting bestaan ​​er veel verschillende soorten verpakkingen en is er geen uniform meet- en evaluatiesysteem. Daarom richten buitenlandse fabrikanten zich, in vergelijking met binnenlandse producten, voornamelijk op hoogvermogen-, COB- en module-LED's. Rekening houdend met de witte lichtserie voor groeiverlichting, de groeikarakteristieken van planten en een gebruiksvriendelijke lichtomgeving, hebben ze grotere technische voordelen op het gebied van betrouwbaarheid, lichtrendement en fotosynthetische stralingskarakteristieken van verschillende planten in verschillende groeifasen. Het assortiment omvat diverse soorten hoogvermogen-, middelvermogen- en laagvermogenproducten voor planten van verschillende groottes, om te voldoen aan de behoeften van uiteenlopende planten in verschillende groeiomgevingen, met als doel maximale plantengroei en energiebesparing te realiseren.

Een groot aantal kernpatenten voor chip-epitaxiale wafers is nog steeds in handen van toonaangevende bedrijven zoals het Japanse Nichia en het Amerikaanse Career. Binnenlandse chipfabrikanten beschikken nog niet over gepatenteerde producten met marktconcurrentievermogen. Tegelijkertijd ontwikkelen veel bedrijven ook nieuwe technologieën op het gebied van chipverpakkingen voor groeiverlichting. Zo maakt de dunnefilmchiptechnologie van Osram het mogelijk om chips dicht op elkaar te verpakken en zo een groot verlichtingsoppervlak te creëren. Op basis van deze technologie kan een zeer efficiënt LED-verlichtingssysteem met een golflengte van 660 nm het energieverbruik in de teeltruimte met 40% verminderen.

2. Groeiend lichtspectrum en apparaten
Het spectrum van plantenverlichting is complexer en diverser. Verschillende planten hebben grote verschillen in de benodigde spectra tijdens verschillende groeicyclus en zelfs in verschillende groeiomgevingen. Om aan deze uiteenlopende behoeften te voldoen, zijn er momenteel de volgende schema's in de industrie: ① Meerdere combinaties van monochromatisch licht. De drie meest effectieve spectra voor fotosynthese bij planten zijn voornamelijk het spectrum met pieken op 450 nm en 660 nm, de 730 nm-band voor het stimuleren van de bloei, plus groen licht van 525 nm en de ultraviolette band onder 380 nm. Deze spectra worden gecombineerd op basis van de verschillende behoeften van de planten om het meest geschikte spectrum te creëren. ② Volledig spectrum om de volledige dekking van het spectrum dat planten nodig hebben te bereiken. Dit type spectrum, zoals dat van de SUNLIKE-chip van Seoul Semiconductor en Samsung, is misschien niet het meest efficiënt, maar het is geschikt voor alle planten en de kosten zijn veel lager dan die van oplossingen met combinaties van monochromatisch licht. ③Gebruik volspectrum wit licht als basis, aangevuld met rood licht van 660 nm om de effectiviteit van het spectrum te verbeteren. Deze aanpak is economischer en praktischer.

De verpakkingseenheden voor monochromatische LED-chips voor plantengroeiverlichting (met de belangrijkste golflengten 450 nm, 660 nm en 730 nm) worden door veel binnenlandse en buitenlandse bedrijven aangeboden. Binnenlandse producten zijn echter diverser en hebben meer specificaties, terwijl de producten van buitenlandse fabrikanten meer gestandaardiseerd zijn. Tegelijkertijd is er nog steeds een grote kloof tussen binnenlandse en buitenlandse fabrikanten wat betreft fotosynthetische fotonenflux, lichtrendement, enzovoort. Naast producten met de belangrijkste golflengtebanden van 450 nm, 660 nm en 730 nm, ontwikkelen veel fabrikanten ook nieuwe producten in andere golflengtebanden om een ​​volledige dekking van de fotosynthetisch actieve straling (PAR) golflengte (450-730 nm) te realiseren.

Monochromatische LED-groeilampen zijn niet geschikt voor de groei van alle planten. Daarom worden de voordelen van full-spectrum LED's benadrukt. Een full-spectrum LED moet allereerst het volledige spectrum van zichtbaar licht (400-700 nm) bestrijken en de prestaties van twee banden versterken: blauwgroen licht (470-510 nm) en dieprood licht (660-700 nm). Het gebruik van een gewone blauwe LED of een ultraviolette LED-chip met fosfor om een ​​"full" spectrum te bereiken, heeft echter een wisselende fotosynthetische efficiëntie. De meeste fabrikanten van witte LED-lampen voor planten gebruiken een blauwe chip in combinatie met fosfor om een ​​full-spectrum te realiseren. Naast de monochromatische en blauwlicht- of ultraviolette chip met fosfor voor wit licht, bestaan ​​er ook samengestelde lampen met chips van twee of meer golflengten, zoals rood-blauw/ultraviolet, RGB en RGBW. Deze laatste optie biedt grote voordelen op het gebied van dimmen.

Wat betreft LED-producten met een smalle golflengte, kunnen de meeste verpakkingsleveranciers klanten diverse producten met verschillende golflengtes in de 365-740 nm-band aanbieden. Met betrekking tot het door fosforen geconverteerde lichtspectrum voor planten, hebben de meeste verpakkingsfabrikanten een breed scala aan spectrums waaruit klanten kunnen kiezen. Vergeleken met 2016 is de omzetgroei in 2017 aanzienlijk toegenomen. De groei van 660 nm LED-lichtbronnen ligt geconcentreerd tussen de 20% en 50%, terwijl de omzet van fosfor-geconverteerde LED-plantenverlichting 50% tot 200% bedraagt. Dit betekent dat de verkoop van fosfor-geconverteerde LED-plantenverlichting sneller groeit.

Alle verpakkingsbedrijven kunnen algemene verpakkingsproducten leveren met een vermogen van 0,2-0,9 W en 1-3 W. Deze lichtbronnen bieden fabrikanten van verlichting een grote flexibiliteit in het ontwerp. Daarnaast leveren sommige fabrikanten ook geïntegreerde verpakkingsproducten met een hoger vermogen. Momenteel bestaat meer dan 80% van de leveringen van de meeste fabrikanten uit producten met een vermogen van 0,2-0,9 W of 1-3 W. De leveringen van toonaangevende internationale verpakkingsbedrijven zijn geconcentreerd in het segment van 1-3 W, terwijl de leveringen van kleine en middelgrote verpakkingsbedrijven zich concentreren in het segment van 0,2-0,9 W.

3. Toepassingsgebieden van plantengroeiverlichting

Wat betreft toepassingsgebieden worden plantengroeilampen voornamelijk gebruikt in kassen, volledig kunstmatige plantenkwekerijen, plantenweefselkweek, veldverlichting voor de landbouw, het kweken van groenten en bloemen in huiselijke omgevingen en laboratoriumonderzoek.

①In zonne-kassen en kassen met meerdere overspanningen is het aandeel kunstlicht voor aanvullende verlichting nog laag, waarbij metaalhalogeenlampen en hogedruk-natriumlampen de belangrijkste lichtbronnen zijn. De penetratiegraad van LED-groeiverlichtingssystemen is relatief laag, maar de groei begint te versnellen naarmate de kosten dalen. De belangrijkste reden hiervoor is dat gebruikers al lange tijd ervaring hebben met metaalhalogeenlampen en hogedruk-natriumlampen. Deze lampen kunnen ongeveer 6% tot 8% van de warmte-energie voor de kas leveren, terwijl ze tegelijkertijd verbranding van de planten voorkomen. Het ontbreken van specifieke en effectieve instructies en dataondersteuning voor LED-groeiverlichtingssystemen heeft de toepassing ervan in kassen met daglicht en meerdere overspanningen vertraagd. Momenteel vormen kleinschalige demonstratieprojecten nog steeds de basis. Omdat LED een koude lichtbron is, kan deze relatief dicht bij het bladerdak van de planten worden geplaatst, wat resulteert in een geringere temperatuurimpact. In kassen met daglicht en meerdere overspanningen wordt LED-groeiverlichting vaker gebruikt voor de teelt tussen de planten.

②Toepassing in de buitenteelt. De verspreiding en toepassing van plantverlichting in de bedrijfslandbouw verloopt relatief traag, terwijl de toepassing van LED-plantverlichtingssystemen (fotoperiodecontrole) voor langdaggewassen met een hoge economische waarde (zoals drakenfruit) in de buitenteelt een snelle ontwikkeling heeft doorgemaakt.

③ Plantenfabrieken. Momenteel is het snelstgroeiende en meest gebruikte systeem voor plantenverlichting de volledig kunstmatige plantenfabriek, die is onderverdeeld in gecentraliseerde, meerlaagse en decentrale, mobiele plantenfabrieken. De ontwikkeling van kunstmatige plantenfabrieken in China verloopt zeer snel. De belangrijkste investeerders in de gecentraliseerde, meerlaagse, volledig kunstmatige plantenfabrieken zijn niet langer traditionele landbouwbedrijven, maar eerder bedrijven die actief zijn in de halfgeleider- en consumentenelektronica-industrie, zoals Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, en ook COFCO en Xi Cui, evenals andere moderne landbouwbedrijven. In decentrale en mobiele plantenfabrieken worden nog steeds zeecontainers (nieuwe containers of omgebouwde tweedehands containers) gebruikt als standaard transportmiddel. De plantenverlichtingssystemen van volledig kunstmatige planten maken meestal gebruik van lineaire of vlakke paneelverlichtingssystemen, en het aantal te kweken variëteiten blijft zich uitbreiden. Diverse experimentele LED-lichtbronnen worden steeds vaker gebruikt. De producten op de markt zijn voornamelijk groene bladgroenten.

④Het kweken van kamerplanten. LED's kunnen worden gebruikt in tafellampen voor kamerplanten, plantenrekken voor kamerplanten, machines voor het kweken van groenten, enz.

⑤Teelt van medicinale planten. De teelt van medicinale planten omvat planten zoals Anoectochilus en Lithospermum. Producten op deze markten hebben een hogere economische waarde en vormen momenteel een sector met steeds meer toepassingen voor plantenverlichting. Daarnaast heeft de legalisering van de cannabisteelt in Noord-Amerika en delen van Europa de toepassing van LED-groeiverlichting in de cannabisteelt bevorderd.

⑥ Bloeilampen. Als onmisbaar hulpmiddel voor het reguleren van de bloeitijd van bloemen in de bloementeelt, werden in de beginperiode gloeilampen gebruikt, gevolgd door energiebesparende fluorescentielampen. Met de ontwikkeling van LED-technologie hebben steeds meer LED-bloeilampen de traditionele lampen vervangen.

⑦ Plantweefselkweek. Traditionele lichtbronnen voor weefselkweek zijn voornamelijk witte fluorescentielampen, die een lage lichtopbrengst en een hoge warmteontwikkeling hebben. LED's zijn geschikter voor efficiënte, gecontroleerde en compacte plantweefselkweek vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals een laag energieverbruik, lage warmteontwikkeling en lange levensduur. Momenteel vervangen witte LED-buizen geleidelijk aan witte fluorescentielampen.

4. Regionale spreiding van bedrijven die kweekverlichting leveren.

Volgens de statistieken zijn er momenteel meer dan 300 bedrijven in mijn land die kweeklampen produceren. Meer dan 50% van deze bedrijven is gevestigd in de Parelrivierdelta, waarmee ze al een belangrijke positie innemen. De Yangtze-delta is goed voor ongeveer 30% van de bedrijven en blijft een belangrijk productiegebied voor kweeklampen. De belangrijkste producenten van traditionele kweeklampen zijn gevestigd in de Yangtze-delta, de Parelrivierdelta en de Bohai-regio. De Yangtze-delta vertegenwoordigt 53%, terwijl de Parelrivierdelta en de Bohai-regio respectievelijk 24% en 22% voor hun rekening nemen. De belangrijkste distributiegebieden voor fabrikanten van LED-kweeklampen zijn de Parelrivierdelta (62%), de Yangtze-delta (20%) en de Bohai-regio (12%).

B. Ontwikkelingstrend van de LED-groeiverlichtingsindustrie

1. Specialisatie

LED-groeilampen kenmerken zich door een instelbaar spectrum en lichtintensiteit, een lage warmteontwikkeling en goede waterdichtheid, waardoor ze geschikt zijn voor diverse toepassingen. Tegelijkertijd hebben veranderingen in de natuurlijke omgeving en de toenemende aandacht voor voedselkwaliteit de krachtige ontwikkeling van de kassenbouw en de teelt van gewassen gestimuleerd, wat de LED-groeilampenindustrie een periode van snelle groei heeft bezorgd. In de toekomst zal LED-groeiverlichting een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de efficiëntie van de landbouwproductie, de voedselveiligheid en de kwaliteit van groenten en fruit. De LED-lichtbron voor groeilampen zal zich verder ontwikkelen met de geleidelijke specialisatie van de industrie en een meer gerichte toepassing krijgen.

2. Hoge efficiëntie

De verbetering van de lichtefficiëntie en energie-efficiëntie is essentieel voor een aanzienlijke verlaging van de operationele kosten van plantenverlichting. Het gebruik van LED's ter vervanging van traditionele lampen en de dynamische optimalisatie en aanpassing van de lichtomgeving aan de specifieke lichtbehoeften van de planten, van zaailing tot oogst, zijn onmisbare trends in de verfijnde landbouw van de toekomst. Om de opbrengst te verhogen, kan de teelt in fasen en regio's worden afgestemd op de ontwikkelingskenmerken van de planten, waardoor de productie-efficiëntie en opbrengst in elke fase worden verbeterd. Voor een betere kwaliteit kunnen voedingsregulatie en lichtregulering worden ingezet om het gehalte aan voedingsstoffen en andere gezondheidsbevorderende stoffen te verhogen.

Volgens schattingen bedraagt ​​de huidige nationale vraag naar groentezaailingen 680 miljard, terwijl de productiecapaciteit van fabrieken minder dan 10% bedraagt. De zaailingenindustrie stelt hoge eisen aan de omgeving. Het teeltseizoen is voornamelijk in de winter en de lente. Natuurlijk licht is zwak en kunstmatige bijverlichting is noodzakelijk. Plantengroeiverlichting heeft een relatief hoge input en output en een hoge acceptatiegraad. LED-verlichting biedt unieke voordelen, omdat fruit en groenten (tomaten, komkommers, meloenen, enz.) geënt moeten worden. Het specifieke lichtspectrum dat bij een hoge luchtvochtigheid wordt toegevoegd, kan de genezing van geënte zaailingen bevorderen. Bij de teelt van groenten in kassen kan bijverlichting het gebrek aan natuurlijk licht compenseren, de fotosynthese-efficiëntie van planten verbeteren, de bloei en vruchtvorming bevorderen, de opbrengst verhogen en de productkwaliteit verbeteren. LED-groeiverlichting heeft brede toepassingsmogelijkheden in de groenteteelt en de glastuinbouw.

3. Intelligent

Bij de belichting van plantengroei is er een grote behoefte aan realtime controle van de lichtkwaliteit en -hoeveelheid. Dankzij de verbetering van intelligente besturingstechnologie en de toepassing van het Internet of Things kunnen diverse monochromatische spectrums en intelligente besturingssystemen de lichtkwaliteit en -opbrengst in realtime regelen op basis van de groeistatus van de planten. Dit zal ongetwijfeld de belangrijkste trend worden in de toekomstige ontwikkeling van belichtingstechnologie voor plantengroei.