Fuente original: Houcheng Liu. Estado de desarrollo y tendencia de la industria de iluminación de plantas LED [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29 (04): 8-9.
Fuente del artículo: Material una vez profundo

La luz es el factor ambiental básico del crecimiento y desarrollo de las plantas. La luz no sólo suministra energía para el crecimiento de las plantas a través de la fotosíntesis, sino que también es un importante regulador del crecimiento y desarrollo de las plantas. El suplemento de luz artificial o la irradiación total de luz artificial pueden promover el crecimiento de las plantas, aumentar el rendimiento, mejorar la forma y el color del producto, mejorar los componentes funcionales y reducir la aparición de enfermedades y plagas. Hoy compartiré con ustedes el estado de desarrollo y la tendencia de la industria de iluminación de plantas.
La tecnología de fuentes de luz artificial se utiliza cada vez más en el campo de la iluminación de plantas. El LED tiene muchas ventajas, como alta eficiencia lumínica, baja generación de calor, tamaño pequeño, larga vida útil y muchas otras ventajas. Tiene ventajas obvias en el campo de la iluminación de cultivo. La creciente industria de la iluminación adoptará gradualmente accesorios de iluminación LED para el cultivo de plantas.

A.El estado de desarrollo de la industria de iluminación LED para cultivo. 

1.Paquete LED para iluminación de cultivo.

En el campo de los embalajes LED para iluminación de cultivo, existen muchos tipos de dispositivos de embalaje y no existe un sistema estándar unificado de medición y evaluación. Por lo tanto, en comparación con los productos nacionales, los fabricantes extranjeros se centran principalmente en direcciones de módulo, mazorca y alta potencia, teniendo en cuenta la serie de luz blanca de iluminación de cultivo, teniendo en cuenta las características de crecimiento de las plantas y el entorno de iluminación humanizado, tienen mayores ventajas técnicas en confiabilidad, luz. Eficiencia, características de radiación fotosintética de diferentes plantas en diferentes ciclos de crecimiento, incluidos varios tipos de plantas de alta, media y baja potencia de diferentes tamaños, para satisfacer las necesidades de una variedad de plantas en diferentes entornos de crecimiento, esperando lograr el objetivo de maximizar el crecimiento de las plantas y el ahorro de energía.

Un gran número de patentes principales para obleas epitaxiales de chips todavía están en manos de las primeras empresas líderes, como la japonesa Nichia y American Career. Los fabricantes nacionales de chips todavía carecen de productos patentados que sean competitivos en el mercado. Al mismo tiempo, muchas empresas también están desarrollando nuevas tecnologías en el campo de los chips de embalaje para iluminación de cultivo. Por ejemplo, la tecnología de chips de película delgada de Osram permite empaquetar los chips muy juntos para crear una superficie de iluminación de gran superficie. Basado en esta tecnología, un sistema de iluminación LED de alta eficiencia con una longitud de onda de 660 nm puede reducir el 40% del consumo energético en la zona de cultivo.

2. Aumentar el espectro de iluminación y los dispositivos.
El espectro de iluminación de las plantas es más complejo y diverso. Diferentes plantas tienen grandes diferencias en los espectros requeridos en diferentes ciclos de crecimiento e incluso en diferentes entornos de crecimiento. Para satisfacer estas necesidades diferenciadas, actualmente existen en la industria los siguientes esquemas: ①Múltiples esquemas de combinación de luces monocromáticas. Los tres espectros más efectivos para la fotosíntesis de las plantas son principalmente el espectro con picos a 450 nm y 660 nm, la banda de 730 nm para inducir la floración de las plantas, más la luz verde de 525 nm y la banda ultravioleta por debajo de 380 nm. Combine este tipo de espectros según las diferentes necesidades de las plantas para formar el espectro más adecuado. ②Esquema de espectro completo para lograr una cobertura total del espectro de demanda de la planta. Este tipo de espectro correspondiente al chip SUNLIKE representado por Seoul Semiconductor y Samsung puede no ser el más eficiente, pero es adecuado para todas las plantas y el costo es mucho menor que el de las soluciones de combinación de luz monocromática. ③Utilice luz blanca de espectro completo como pilar, más luz roja de 660 nm como esquema combinado para mejorar la efectividad del espectro. Este esquema es más económico y práctico.

Los dispositivos de embalaje de chips LED de luz monocromática para iluminación de cultivo de plantas (las longitudes de onda principales son 450 nm, 660 nm, 730 nm) están cubiertos por muchas empresas nacionales y extranjeras, mientras que los productos nacionales son más diversos y tienen más especificaciones, y los productos de los fabricantes extranjeros están más estandarizados. Al mismo tiempo, en términos de flujo de fotones fotosintéticos, eficiencia lumínica, etc., todavía existe una gran brecha entre los fabricantes de envases nacionales y extranjeros. Para dispositivos de empaquetado de luz monocromática de iluminación de plantas, además de productos con las principales bandas de longitud de onda de 450 nm, 660 nm y 730 nm, muchos fabricantes también están desarrollando nuevos productos en otras bandas de longitud de onda para lograr una cobertura completa de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) longitud de onda (450-730 nm).

Las luces LED monocromáticas para el crecimiento de plantas no son adecuadas para el crecimiento de todas las plantas. Por tanto, se destacan las ventajas de los LED de espectro completo. El espectro completo primero debe lograr una cobertura completa del espectro completo de luz visible (400-700 nm) y aumentar el rendimiento de estas dos bandas: luz azul-verde (470-510 nm), luz roja profunda (660-700 nm). Utilice un chip LED azul común o LED ultravioleta con fósforo para lograr un espectro "completo", y su eficiencia fotosintética tiene sus propios altibajos. La mayoría de los fabricantes de dispositivos de embalaje LED blancos para iluminación de plantas utilizan fósforos Blue chip + para lograr un espectro completo. Además del modo de empaquetado de luz monocromática y luz azul o chip ultravioleta más fósforo para generar luz blanca, los dispositivos de empaquetado de iluminación de plantas también tienen un modo de empaquetado compuesto que utiliza dos o más chips de longitud de onda, como rojo diez azul/ultravioleta, RGB, RGBW. Este modo de empaquetado tiene grandes ventajas en la atenuación.

En términos de productos LED de longitud de onda estrecha, la mayoría de los proveedores de embalajes pueden ofrecer a los clientes varios productos de longitud de onda en la banda de 365-740 nm. En cuanto al espectro de iluminación de las plantas convertido por fósforos, la mayoría de los fabricantes de envases tienen una variedad de espectros entre los que los clientes pueden elegir. En comparación con 2016, su tasa de crecimiento de ventas en 2017 ha logrado un aumento sustancial. Entre ellos, la tasa de crecimiento de la fuente de luz LED de 660 nm se concentra entre el 20 % y el 50 %, y la tasa de crecimiento de las ventas de fuentes de luz LED vegetales convertidas en fósforo alcanza el 50 %-200 %, es decir, las ventas de las fuentes de luz LED vegetales convertidas en fósforo. Las fuentes de luz LED están creciendo más rápidamente.

Todas las empresas de embalaje pueden ofrecer productos de embalaje general de 0,2-0,9 W y 1-3 W. Estas fuentes de luz permiten a los fabricantes de iluminación tener una buena flexibilidad en el diseño de iluminación. Además, algunos fabricantes también ofrecen productos de embalaje integrados de mayor potencia. En la actualidad, más del 80% de los envíos de la mayoría de fabricantes son de 0,2-0,9 W o 1-3 W. Entre ellos, los envíos de las principales empresas internacionales de embalaje se concentran en 1-3 W, mientras que los envíos de las pequeñas y medianas empresas. Las empresas de embalaje de gran tamaño se concentran en 0,2-0,9 W.

3.Campos de aplicación de la iluminación del cultivo de plantas.

Desde el campo de aplicación, los accesorios de iluminación para cultivo de plantas se utilizan principalmente en iluminación de invernaderos, fábricas de plantas de iluminación totalmente artificial, cultivo de tejidos vegetales, iluminación de campos agrícolas al aire libre, plantación de flores y hortalizas domésticas e investigación de laboratorio.

①En los invernaderos solares y los invernaderos de varios tramos, la proporción de luz artificial para iluminación complementaria sigue siendo baja, y las lámparas de halogenuros metálicos y las lámparas de sodio de alta presión son las principales. La tasa de penetración de los sistemas de iluminación LED para cultivos es relativamente baja, pero la tasa de crecimiento comienza a acelerarse a medida que baja el costo. La razón principal es que los usuarios tienen una larga experiencia en el uso de lámparas de halogenuros metálicos y lámparas de sodio de alta presión, y el uso de lámparas de halogenuros metálicos y lámparas de sodio de alta presión puede proporcionar alrededor del 6% al 8% de la energía térmica para el invernadero evitando quemaduras a las plantas. El sistema de iluminación de cultivo LED no proporcionó instrucciones ni datos de respaldo específicos y efectivos, lo que retrasó su aplicación en invernaderos con luz diurna y de varios tramos. En la actualidad, las aplicaciones de demostración a pequeña escala siguen siendo el pilar. Como el LED es una fuente de luz fría, puede estar relativamente cerca del dosel de las plantas, lo que resulta en un menor impacto de temperatura. En invernaderos con luz diurna y de varios espacios, la iluminación LED para cultivo se utiliza más comúnmente en el cultivo entre plantas.

②Aplicación de campo agrícola al aire libre. La penetración y aplicación de la iluminación vegetal en la agricultura de instalaciones ha sido relativamente lenta, mientras que la aplicación de sistemas de iluminación vegetal LED (control de fotoperiodo) para cultivos exteriores de día largo con alto valor económico (como la pitahaya) ha logrado un rápido desarrollo.

③Fábricas de plantas. Actualmente, el sistema de iluminación de plantas más rápido y más utilizado es la fábrica de plantas de iluminación totalmente artificial, que se divide en fábricas de plantas móviles centralizadas multicapa y distribuidas por categoría. El desarrollo de fábricas de plantas de luz artificial en China es muy rápido. El principal organismo inversor de la fábrica centralizada de plantas de luz artificial multicapa no son las empresas agrícolas tradicionales, sino más empresas dedicadas a productos semiconductores y electrónicos de consumo, como Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong y también COFCO y Xi Cui y otras nuevas empresas agrícolas modernas. En las fábricas distribuidas y móviles se siguen utilizando contenedores de transporte (contenedores nuevos o reconstruidos de segunda mano) como medios de transporte estándar. Los sistemas de iluminación de todas las plantas artificiales utilizan principalmente sistemas de iluminación lineales o de panel plano, y el número de variedades plantadas continúa ampliándose. Se han comenzado a utilizar amplia y ampliamente varias fuentes de luz LED de fórmula de luz experimental. Los productos comercializados son principalmente hortalizas de hojas verdes.

④Plantación de plantas domésticas. El LED se puede utilizar en lámparas de mesa para plantas domésticas, estantes para plantar plantas domésticas, máquinas de cultivo de hortalizas domésticas, etc.

⑤Cultivo de plantas medicinales. El cultivo de plantas medicinales involucra plantas como Anoectochilus y Lithospermum. Los productos en estos mercados tienen mayor valor económico y actualmente son una industria con más aplicaciones de iluminación vegetal. Además, la legalización del cultivo de cannabis en América del Norte y partes de Europa ha promovido la aplicación de la iluminación LED en el campo del cultivo de cannabis.

⑥Luces florecientes. Como herramienta indispensable para ajustar el tiempo de floración de las flores en la industria de la jardinería floral, la primera aplicación de luces de floración fueron las lámparas incandescentes, seguidas de las lámparas fluorescentes de bajo consumo. Con el desarrollo de la industrialización LED, más accesorios de iluminación con flores de tipo LED han reemplazado gradualmente a las lámparas tradicionales.

⑦Cultivo de tejidos vegetales. Las fuentes de luz tradicionales para cultivos de tejidos son principalmente lámparas fluorescentes blancas, que tienen una baja eficiencia luminosa y una gran generación de calor. Los LED son más adecuados para el cultivo de tejidos vegetales eficiente, controlable y compacto debido a sus características sobresalientes, como bajo consumo de energía, baja generación de calor y larga vida útil. En la actualidad, los tubos LED blancos están sustituyendo progresivamente a las lámparas fluorescentes blancas.

4. Distribución regional de empresas de iluminación de cultivo.

Según las estadísticas, actualmente hay más de 300 empresas de iluminación en crecimiento en mi país, y las empresas de iluminación en crecimiento en el área del delta del río Perla representan más del 50% y ya ocupan una posición importante. Las empresas de iluminación para cultivos en el delta del río Yangtze representan alrededor del 30% y sigue siendo un área de producción importante para productos de iluminación para cultivos. Las empresas de lámparas de cultivo tradicionales se distribuyen principalmente en el delta del río Yangtze, el delta del río Perla y el borde de Bohai, de los cuales el delta del río Yangtze representa el 53%, y el delta del río Perla y el borde de Bohai representan el 24% y el 22% respectivamente. . Las principales áreas de distribución de los fabricantes de iluminación LED para cultivos son el delta del río Perla (62%), el delta del río Yangtze (20%) y el borde de Bohai (12%).

B. Tendencia de desarrollo de la industria de iluminación de cultivo LED

1. Especialización

La iluminación de cultivo LED tiene las características de espectro e intensidad de luz ajustables, baja generación de calor general y buen rendimiento a prueba de agua, por lo que es adecuada para la iluminación de cultivo en diversas escenas. Al mismo tiempo, los cambios en el entorno natural y la búsqueda de calidad de los alimentos por parte de las personas han promovido el vigoroso desarrollo de la agricultura de instalaciones y las fábricas de cultivo, y han llevado a la industria de la iluminación LED a un período de rápido desarrollo. En el futuro, la iluminación LED para cultivos desempeñará un papel importante en la mejora de la eficiencia de la producción agrícola, la seguridad alimentaria y la calidad de las frutas y verduras. La fuente de luz LED para iluminación de cultivo se desarrollará aún más con la especialización gradual de la industria y avanzará en una dirección más específica.

2. Alta eficiencia

La mejora de la eficiencia lumínica y la eficiencia energética es la clave para reducir en gran medida los costes operativos de la iluminación de las plantas. El uso de LED para reemplazar las lámparas tradicionales y la optimización dinámica y el ajuste del entorno de iluminación de acuerdo con los requisitos de la fórmula de iluminación de las plantas desde la etapa de plántula hasta la etapa de cosecha son las tendencias inevitables de la agricultura refinada en el futuro. En términos de mejorar el rendimiento, se puede cultivar en etapas y regiones combinado con fórmulas ligeras de acuerdo con las características de desarrollo de las plantas para mejorar la eficiencia de producción y el rendimiento en cada etapa. En términos de mejora de la calidad, la regulación de la nutrición y la regulación de la luz se pueden utilizar para aumentar el contenido de nutrientes y otros ingredientes funcionales para el cuidado de la salud.

Según las estimaciones, la demanda nacional actual de plántulas de hortalizas es de 680 mil millones, mientras que la capacidad de producción de plántulas industriales es inferior al 10%. La industria de las plántulas tiene requisitos ambientales más altos. La temporada de producción es principalmente invierno y primavera. La luz natural es débil y se necesita luz artificial suplementaria. La iluminación para el cultivo de plantas tiene un insumo y un rendimiento relativamente altos y un alto grado de aceptación de los insumos. La luz LED tiene ventajas únicas, porque es necesario injertar frutas y verduras (tomates, pepinos, melones, etc.), y el espectro específico de suplementación de luz en condiciones de alta humedad puede promover la curación de las plántulas injertadas. La luz suplementaria para la plantación de hortalizas en invernadero puede compensar la falta de luz natural, mejorar la eficiencia fotosintética de las plantas, promover la floración y la fructificación, aumentar el rendimiento y mejorar la calidad del producto. La iluminación LED para cultivo tiene amplias perspectivas de aplicación en plántulas de hortalizas y producción en invernaderos.

3. Inteligente

La iluminación para el cultivo de plantas tiene una fuerte demanda de control en tiempo real de la calidad y cantidad de la luz. Con la mejora de la tecnología de control inteligente y la aplicación de Internet de las cosas, una variedad de espectros monocromáticos y sistemas de control inteligentes pueden realizar el control del tiempo, el control de la luz y, según el estado de crecimiento de las plantas, el ajuste oportuno de la calidad de la luz y la salida de luz. Está destinado a convertirse en la principal tendencia en el desarrollo futuro de la tecnología de iluminación para el cultivo de plantas.