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本期，極智課堂邀請到佛山市國星光電股份有限公司非視覺光源事業部動植物LED技術總監李宏浩帶來了題為“LED植物照明應用深度解讀”的精彩主題分享。
植物照明就是LED應用的重要領域之一。LED植物照明的優點有很多， LED以其光效高、發熱低、體積小、壽命長等諸多優點，在植物照明領域應用的優勢明顯，植物照明燈也將逐漸以LED照明燈具為主。報告從LED在植物照明中的角色、LED植物照明市場及應用現狀、植物照明技術研究現狀與發展趨勢角度，詳細深入解讀了LED植物照明應用。
LED在瓜果和蔬菜農業中的用途主要是延長了生長季節，特別是在夏季較短的寒冷地區。LED照明的一個明顯優勢就是照明產生熱量很少，種植者可以使用交互式照明，把光放在植物中間或者旁邊，在垂直或水平方向上把光照射到植物的低層部分。
LED最大影響的地方就是在生長綠葉蔬菜和藥草上，因為這些只能生長到很低的高度，并且可以在架子上生長，每層架子都有專用的一組LED燈具靠近植物。而最佳的照明和技術，包括水耕栽培，可以比室外實現更短的生長周期。
LED在植物照明中的應用涉及生長類照明和信號類照明，應用領域涉及植物組培、葉菜生產、溫室補光、植物工廠、育苗工廠、藥用植物栽培、食用菌工廠、藻類培養、植物保護、太空果蔬、花卉種植、驅殺蚊蟲等，應用環境可以是摩天大樓頂層、垂直農場、溫室大棚、家里、商場，研究實驗室，甚至廢棄集裝箱等。
LED植物照明市場及應用現狀
從市場規模來看，有數據顯示，預計到2021年，全球LED植物照明系統市場規模超過20億美元，其中LED燈具4.9億美元；GGII統計分析認為，2019年中國LED植物照明系統產值規模將達到76億元，同比增長22%，LED燈具產值規模將達到21億元，同比增長23%，到2020年，中國LED植物照明系統產值規模將達到95億元，LED燈具產值規模將達到28億元。
特種植物市場方面，加拿大、美國各州特種植物合法化，種植市場正在快速發展。加拿大有3000萬合法消費者相當于240萬磅每年的消費量。加拿大將需要656ft2種植面積來滿足需求，現貨指數為每頭1200美元/磅。通過LED產量可以提高5％，能耗也會下降，LED燈具上的投入，在一年內就可以收回成本，但LED燈具可以用5年。在2020年，加拿大和美國的大麻LED照明市場規模會超過4億美元。
目前，市場上主要存在四大類植物照明光源：LED燈、熒光燈、高壓鈉燈、白熾燈及鹵燈。相較于傳統植物照明燈具，LED植物照明燈具除了節能環保、整體發熱小、可靠性能高等特點外，還具有光譜、光量、光質、光方向可調整，允許提高單位面積栽培量等優勢。另外LED波長范圍廣【UVC(約250nm)到紅外線(約1000nm)】，并且波長半波峰窄。
目前全球植物燈市場上除中國大陸地區之外，應用最為成熟的地區為：北美、歐洲和日本地區，從數據統計顯示美國和日本地區的知名制造廠家分別占比是37％和23％，是植物燈應用市場最為活躍的地區。我國LED植物照明生產企業主要分布區域為珠三角地區占比60％，長三角地區21％，環渤海地區為12％。
國內LED植物照明產業狀況
由于LED植物燈在我國尚處于起步階段，還存在較多問題。在產品方面，還擁有著生產設計不規范、缺乏統一的產品標準、銷售光譜缺乏實際驗證等問題；在實踐應用方面，存在成本較高、光穿透能力不強等問題。LED植物照明燈存在較多問題，使得LED植物照明市場拓展速度較為緩慢。
我國是農業大國，農業生產用品需求較大，LED植物照明燈能夠在農業育苗中起到關鍵性作用，同時有具有節能環保的好處，未來發展空間較為廣闊。LED植物照明代表著未來農業光照的發展方向，已經得到各部門的大力支持,隨著LED植物照明燈技術的完善，市場潛在需求得到釋放，行業將進入快速發展階段。
植物照明技術研究現狀
報告中詳細分享了多種植物照明LED光源形式，包括中小功率光源、分立式大功率光源、COB光源等。
其中，中小功率光源封裝技術成熟，產業化程度高，成本優勢大；波長和光譜范圍廣，無論光源和植物照明燈具可調整性大，可以自由搭配數量和顏色，自由調整光譜。PPF和能量密度低。適合多層次垂直農場使用。
分立式大功率光源使用功率大，高PPF和高能量密度；熱電分離，散熱性能好，工作穩定；可實現多種出光角度。成本高，大功率使用時光源溫度高，需要良好的散熱，加大燈具成本。
高PPE產品應用，適合應用于溫室栽植。
COB光源光線分布均勻，節省光源的一次封裝成本、光引擎模組制作成本，植物照明燈具廠的安裝生產簡單和方便。光源的串并方式固定，不如分立式光源那樣可以自由搭配數量和顏色，自由調整光譜；封裝體積大，燈具尺寸限制。高PPF產品應用，可以穿透大型植物，頂部補光。
植物照明LED光譜方面，有多種方案，涉及多種單色光組合方案、藍光芯片激發熒光粉方案、全光譜方案等。
多種單色光組合方案，以對植物光合作用最有效藍紅光為主，加對植物開花誘導、促進葉片生長的遠紅光，再加綠光及UVA，這幾種光譜依照植物的不同需求而組合出最適宜的光譜。成本高，并非適用于任何植物的生長。
藍光芯片激發熒光粉方案，依照植物的不同需求，利用不同激發波長的熒光粉，得到不同波段的光能量，成本較單色光組合方案低很多。PPF和能量密度低。
全光譜方案，實現植物需求的可見光全光譜（400-700nm）全覆蓋，適用于所有植物，成本較單色光組合方案低。PPF和能量密度低，紫光激發全光譜成本高。
以白光為主，加上660nm的紅光組合方案，來提高光譜的有效性，比較經濟實用；可根據植物不同種類和生長階段添加遠紅光、UVA 。
LED植物照明發展趨勢
LED植物照明將會在提升農業生產效率、提高食品安全、改善蔬果品質方面發揮重要作用。植物照明用的LED光源會隨著產業的逐步專業化進一步發展，向更加具有針對性的方向前進。
光效與能效提升是大幅減少植物照明運行費用的關鍵。在提高產量方面，可以根據植物的發育特征，分階段、分區域結合光配方進行培育，以提高各階段的生產效率和產量；在提高品質方面，可以通過營養調控和光調控等手段，提高營養成分含量以及其他保健功能成分含量。
植物照明對光質光量可實時調控這種復雜的需求強烈，隨著智能控制技術的提高、物聯網的應用，多種單色光譜加智能控制系統實現時控、光控、根據植物的生長狀態適時調整的光質光量輸出，勢必成為植物照明技術未來發展的主趨勢。
國星光電LED植物照明產品系列
近年來，國星光電加大力度投入植物照明LED領域的技術研究和產品開發，并與國內外多家知名院校達成深度合作關系。報告分享了多款系列產品。
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