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LED植物照明市场现状及发展趋势皇冠app手机投注

时间:2019-12-04 23:28来源:照明工业
2.2从LED植物灯的使用成本看技术需求 ①在日光温室和连栋温室中,采用人工光进行补光的比例仍旧较低,而且以金卤灯和高压钠灯为主,LED植物照明系统的渗透率较低,但是增长速度

2.2从LED植物灯的使用成本看技术需求

①在日光温室和连栋温室中,采用人工光进行补光的比例仍旧较低,而且以金卤灯和高压钠灯为主,LED植物照明系统的渗透率较低,但是增长速度随着成本的下降开始加速,主要原因是使用者对金卤灯和高压钠灯已经具有较长时间的使用经验,而且采用金卤灯和高压钠灯在避免灼伤植物的同时,也为温室提供了约6%一8%的热能。而LED植物照明系统没有提供具体、有效的使用说明和数据支持,延缓了其在日光和连栋温室中的应用。目前仍旧以小规模的示范应用为主。由于LED属于冷光源,可以比较靠近植物冠面,产生较小的温度影响,在日光和连栋温室中LED植物照明的应用比较多的是株间补光灯具。

随着LED照明技术的成熟,LED成本的下降,科研力量和政府政策的介入,众多企业纷纷从竞争惨烈的通用照明市场转战植物照明领域,中国市场也慢慢兴起,对于植物照明的技术需求也会越来越明确。

3.植物照明应用的领域

图 3 全球在 LED 植物照明应用领域申请的前 5 位专利类型

1.专业化

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所有封装公司都可以提供0.2-0.9 W和1-3 W的通用型封装产品,这些光源让灯具厂商在灯具设计时有很好的灵活性。此外部分厂商还提供更高功率集成封装产品。目前大部分厂商的出货超过80%都是0.2-0.9 W或1-3 W。其中,国际领先封装企业出货集中在1-3 W,而中小型封装企业的出货集中在0.2-0.9 W。

一、植物照明灯的种类

4.植物照明企业的区域分布情况

高投入、高生产成本的特点,要求植物工厂的作物生产必须高效。有别于传统种植方式的种植环境,植物工厂的环境因素是完全可控的,这也是植物工厂高效生产的基础。目前,行业主要从智能化的管理系统、专家化的种植技术、自动化的操作平台上实现植物工厂的高效生产。

单色光LED植物生长灯并非适用于任何植物的生长,全光谱LED的优势因此而凸显,全光谱首先要达到可见光全光谱(400-700nm)全覆盖,另外要提高蓝绿光(470-510nm)、深红光(660-700nm)两波段的表现。用普通蓝光LED或者紫外LED芯片搭配荧光粉做到“全”光谱,其光合效率各有高低。植物照明白光LED封装器件大部分厂家采用Blue chip+荧光粉实现全光谱。植物照明封装器件除了单色光和蓝光或紫外芯片加荧光粉实现白光的封装模式外,还有一种使用两种或者两种以上波长芯片复合封装的模式,比如红十蓝/紫外、RGB、RGBW。这种封装模式在调光方面有很大优势。

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2.高效化

来源:智研咨询图2 全球植物照明市场规模趋势图

芯片外延片大量的核心专利仍掌握在日本日亚、美国科锐等早期领跑企业手中,国内芯片厂商仍缺乏具有市场竞争力的专利产品。同时很多公司在植物照明封装芯片领域也在开发新的技术,如欧司朗薄膜芯片技术令芯片紧密地封装在一起,创造出大面积照明表面,基于该技术的波长为660nm的高效LED灯具系统可降低栽培区内40%的能耗。

用户需要植物照明厂家提供一个最佳的光强以及达到这个光强所需要的组合方式和悬挂方式,而这大部分植物照明生产厂家是不具备提供这些技术参考的。

2.植物照明光谱与器件

2.2.2 系统方案

在植物照明封装领域,封装器件种类繁多而无统一测量评判标准体系,国外大厂主要在大功率、COB和模组方向,兼顾植物照明白光系列,结合植物生长特性和人性化照明环境,较国内产品在可靠性、光效、不同植物不同生长周期光合辐照特性研究等方面有较大的技术优势,包括了各式不同尺寸的高功率、中功率及低功率产品,以满足各种植物在不同生长环境的需求,期望达到植物成长最大化及节能的目标。

植物照明领域,作为近年来发展较快的农业照明领域之一。光主要从两个方面对植物的生长发育起作用的,一是作为能量,参与植物的光合作用,促进植物能量的积累,二是作为信号调控植物的生长发育,如发芽、开花、茎的生长。从这个角度进行划分,植物照明可以分为生长类照明与信号类照明,而生长类照明从人工光的使用方式,可以分为全人工光生长灯与补光灯;信号类照明也可以分为催芽灯、花期灯、着色灯等等。从应用的领域来区分,植物照明领域目前主要有育苗、园艺景观、植物工厂、大棚种植等等。

从应用的领域看,植物照明灯具主要应用在温室补光、全人工光植物工厂、植物组织培养、大田补光、家庭蔬菜及花卉种植以及实验室研究。

在灯具成本中,除了灯的外壳、驱动成本外,灯珠的成本相比于普通灯珠,价格偏贵。以0.2wd的2835灯珠为例,植物照明灯珠的价格大概为通用照明灯珠的4-7倍。当然,LED灯珠价格趋势逐年下降,衬底材料、荧光粉等原料以及外延片的价格逐年降低,芯片制造成本随着生产效率的提升也有所降低。据智研咨询发布的报告,如图4所示,2020年的灯珠成本将降至2015年的40%左右。

人工光源技术在植物照明领域的应用越来越广泛,LED以其光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点,在植物照明领域应用的优势明显,植物照明灯也将逐渐以LED照明灯具为主。

光强

3.智能化

表2几家植物灯灯珠生产商的灯珠光效

据统计,目前我国从事植物照明的企业已经超过300家,珠三角地区的植物照明企业占比超过50%,已处于主要位置;长三角地区的植物照明企业占比约为30%,依旧是重要的植物照明产品生产地区。传统类型植物灯企业主要分布在长三角、珠三角和环渤海地区,其中长三角地区占53%,珠三角和环渤海地区分别占24%和22%;LED植物照明生产企业主要分布区域为珠三角地区(62%)、长三角地区(20%)和环渤海地区(12%)。

表1:2017 年部分企业在植物照明领域的动态

资料来源:刘厚诚.LED植物照明产业的发展现状与趋势[J].照明工程学报,2018,29(04):8-9.

光作为影响植物生长发育的主要因素之一,光谱、光强、光周期等影响植物的生长发育。而光效则与电力绩效密切相关。

植物照明对光质光量可实时调控这种复杂的需求强烈,随着智能控制技术的提高、物联网的应用,多种单色光谱加智能控制系统实现时控、光控、根据植物的生长状态适时调整的光质光量输出,势必成为植物照明技术未来发展的主趋势。

植物照明,代替太阳光,但它是完全可控的。一天的光照时间、光强、光谱变化都是可控的。如何能通过控制光的使用方式来提高电力绩效是大部分植物照明用户都会关注的问题。光合辐射总量,是指植物在单位面积24小时时间里所积累的光照总量。植物照明用户,特别是植物工厂用户,更加关注植物光合辐射总量的“饱和值”,以免造成光能,电能上的浪费。

光是植物生长发育的基本环境因素。光照不仅通过光合作用供应植物生长所需的能量,还是植物生长发育的重要调控因子。通过人工光补充或全人工光照射植物,可以促进植物生长,提高产量,改善产品形态、色泽,提升功能成分等,还可以减少病虫害的发生。今天将和大家一起分享植物照明产业的发展现状与趋势。

植物照明是一个综合性、跨领域性很强的行业,植物的生长也是一个多因素作用的结果。植物照明用户关注的技术需求不仅仅是照明部分的,还包括其他的因素。下文将从两个角度分析植物照明用户的技术需求。分别为:从专利的布局角度看技术需求。布局的专利一定程度上反映了企业、科研院所、专家对于技术发展的判断,从而可以一定程度上反映植物照明用户技术需求及需求趋势;从用户的角度看技术需求。

一、LED植物照明产业的发展现状

目前,农业照明被应用于微生物类的微藻培养、食用菌种植、禽类养殖、水产养殖、甲壳类宠物的养护,以及应用最广泛的植物种植,应用的领域类型越来越多。尤其是植物照明,在植物工厂技术推出以后,进入了快速发展的阶段。

②大田应用。设施农业的植物照明的渗透和应用进展相对缓慢,而户外的经济价值较高的长日照作物(如火龙果)的LED植物照明系统(光周期调控)的应用取得了高速发展。

信息来源:容商天下,CSA Research整理

1.植物照明封装

光强对植物生长的影响有两个点,光的补偿点和光的饱和点。对于用户来说,光的饱和点在生产应用上来讲并非一定是最佳的光强,需要考虑植物生长速度,还需要平衡生产的成本。不同的作物,不同的阶段对于光强的需求亦有所差别。赵静,周增产,卜云龙等指出:从植物工厂补光光照强度来说,苗期光照强度应略低,在60~200μmol/,随后逐渐增大。叶菜最高可至100~200μmol/,果菜可达300~500μmol/。

③植物工厂。植物照明系统目前应用最快速也最广泛的是全人工光植物工厂,按类别分为集中式多层以及分布式可移动的植物工厂。全人工光植物工厂在国内的发展非常迅猛。集中式多层全人工光植物工厂的投资主体并不是传统的农业公司,而更多的是从事半导体以及消费电子产品的公司,例如中科三安、富士康、松下苏州、京东,也有中粮、喜翠等新型现代农业公司。在分布式可移动的植物工厂,仍是以海运集装箱(新箱或二手箱改建)为标准载体。全人工植物工厂植物照明系统大多采用线性或者平板阵列照明灯具系统,种植品种数量不断扩展,各种实验性的光配方的LED光源开始广泛并大量应用,其上市的产品主要还是以绿叶蔬菜为止。

另外,植物照明用户对于灯具的防水等级、发光角度、散热系统,灯具寿命,光谱有效寿命、光衰在使用上也有相应的技术需求。

植物照明的光谱比较复杂,多样化,不同植物不同的生长周期甚至在不同的生长环境下,所需的光谱都存在较大的差异。为了满足这些差异化的需求,目前业界内有以下几种方案:①多种单色光组合方案,以对植物光合作用最有效的峰值为450nm、660nm的光谱和对植物开花诱导的730nm波段这三段光谱为主,再加525nm的绿光以及低于380nm的紫外波段,这几种光谱依照植物的不同需求而组合出最适宜的光谱。②全光谱方案,实现植物需求光谱全覆盖,以首尔半导体、三星为代表的SUNLIKE,此类光谱未必是最高效的,但适用于所有植物,而且成本较单色光组合方案低很多。③以全光谱白光为主,加上660nm的红光组合方案,来提高光谱的有效性。这种方案比较经济实用。

专家化的种植技术。植物工厂别于传统的种植方式,无论是其他专业的人、或者传统农业专业的人、投资或者管理植物工厂,专家化的种植技术需求和指导都是必不可少的。植物的生长发育是风、光、水、养、气、菌因素互作的结果。目前,在光温耦合、光温CO2互作、营养元素的耦合上有研究资料,而更多因素间的互作方案则更加少见。这些系统都是基于生长因素互作的基础上做的系统设计,但专家方案的形成则需要更多的种植数据支撑。

⑤药用植物培育。药用植物的栽培如金线莲、铁皮石解等,这些市场的产品具有更高的经济价值,是目前植物照明应用较多的一个产业。另外,北美和欧洲部分地区大麻种殖的合法化促进了LED植物照明在大麻种殖领域的应用。

来源:智研咨询图4 LED原材料和工艺的成本趋势图

二、LED植物照明产业发展趋势

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据估算,目前全国蔬菜育苗需求量6800亿株,而工厂化育苗的生产能力不足10%。育苗产业对环境要求较高,生产季节多为冬春季,自然光照弱,需要人工补光,植物照明投人产出比较高,对投人的接受度高;果菜类(番茄、黄瓜、甜瓜等)需要嫁接,在高湿度条件下特定的光谱补光促进嫁接苗愈合,LED具备独特的优势。温室蔬菜种植补光,可弥补自然光照不足,提高植物光合效能,促进开花结果,提升产量,而且可以提高产品品质。LED植物照明在蔬菜育苗和温室生产中的应用前景广泛。

智能化的管理系统,比如基于物联网的植物工厂智能化管控技术、基于PLC的植物工厂监控系统、基于嵌入式平台的植物工厂控制系统。通过这些控制系统实现对植物工厂温度、湿度、光照、co2浓度以及营养液Ec、pH、Do等要素的在线检测、远端访问、程序更新及网络化智能管控。

④家居植物种植。LED可应用于家用植物台灯、家庭植物种植架、家用蔬菜生长机等方面。

在光强上,作为信号类的植物灯对于光强的需求明显低于作为能量的生长灯。作为信号灯,其最适光强远远低于生长灯的光强,其作用光强在3-30μmol/m2.s。

植物照明单色光(主要波长为450nm、660nm、730nm)封装器件,国内外多家公司均涵盖,而国内产品种类较为繁杂,规格较多,国外厂家产品较为标准化,同时在光合光子通量、光效等上国内与国外封装大厂仍存在较大差距。植物照明单色光封装器件除了主要波段为450nm、660nm、730nm的产品,很多厂家也在开发其他波段的新产品,实现产品完整的光合有效辐射(photo-synthetically active radiation,PAR)波长涵盖(450-730nm)。

从表 1 中可以看到,植物工厂、大棚补光、家庭农场是植物照明应用的主要领域。

在窄波长LED产品方面,大部分封装供应商能够为客户提供365-740nm波段的各种波长产品。在荧光粉转换的植物照明光谱方面,绝大多数封装厂家都有多种光谱供客户选择。相比2016年,2017年其销售增长率取得了较大幅度的增长,其中660nm LED光源的增长率集中在20%-50%,而荧光粉转换植物LED光源的销售增长率达到50%-200%,即荧光粉转换植物LED光源的销售增长更快。

LED灯具成本直接关系到用户的投资成本。虽然,LED灯具的节能优势,光谱优势明显,但相比于其他植物照明灯具的价格,LED灯具价格偏高。以大麻灯为例,同样600w的灯,高压钠灯植物灯整套售价约300元,而LED植物灯大概在2000元左右。以广东绿爱从2016年至今的植物灯销售数据分析,从不同功率的灯具销售数量比例来看,50w以下的灯具销售数量占了总数量的68%。大部分新生客户更愿意从小功率的灯具小规模入手试用。

⑦植物组织培养。传统组织培养光源主要是白色荧光灯,其光效低、发热量大。LED由于低功耗、低发热和长寿命等显著特征,更适用于高效、可控和紧凑空间的植物组织培养。目前白光LED灯管正在逐步替代白色荧光灯。

编辑:照明工业 本文来源:LED植物照明市场现状及发展趋势皇冠app手机投注

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