Fuente original: Houcheng Liu. Estado de desarrollo y tendencias de la industria de la iluminación LED para plantas [J]. Revista de Ingeniería de Iluminación, 2018, 29(04):8-9.
Fuente del artículo: Material Once Deep

La luz es el factor ambiental fundamental para el crecimiento y desarrollo de las plantas. No solo proporciona energía para el crecimiento de las plantas mediante la fotosíntesis, sino que también es un importante regulador de dicho crecimiento. La suplementación con luz artificial o la irradiación completa con luz artificial pueden promover el crecimiento de las plantas, aumentar la producción, mejorar la forma y el color de los productos, potenciar sus componentes funcionales y reducir la incidencia de enfermedades y plagas. Hoy les compartiré el estado de desarrollo y las tendencias de la industria de la iluminación vegetal.
La tecnología de fuentes de luz artificial se utiliza cada vez más en el campo de la iluminación vegetal. El LED ofrece numerosas ventajas, como alta eficiencia lumínica, baja generación de calor, tamaño compacto, larga vida útil y muchas otras. Presenta ventajas evidentes en el campo de la iluminación para cultivos. La industria de la iluminación para cultivos adoptará gradualmente las luminarias LED para el cultivo de plantas.

A. Estado de desarrollo de la industria de la iluminación LED para cultivo 

1. Paquete de LED para iluminación de cultivo.

En el sector del embalaje de iluminación LED para cultivo, existen diversos tipos de dispositivos de embalaje y no existe un sistema unificado de medición y evaluación. Por lo tanto, en comparación con los productos nacionales, los fabricantes extranjeros se centran principalmente en las gamas de alta potencia, COB y módulos. Considerando la gama de luz blanca para iluminación de cultivo, las características de crecimiento de las plantas y un entorno de iluminación humanizado, ofrecen mayores ventajas técnicas en cuanto a fiabilidad, eficiencia lumínica y características de radiación fotosintética de diferentes plantas en diferentes ciclos de crecimiento. Incluyen diversos tipos de productos para plantas de alta, media y baja potencia de diferentes tamaños, para satisfacer las necesidades de diversas plantas en diferentes entornos de crecimiento, con el objetivo de maximizar el crecimiento de las plantas y el ahorro energético.

Un gran número de patentes clave para obleas epitaxiales de chips aún se encuentran en manos de empresas líderes como la japonesa Nichia y la estadounidense Career. Los fabricantes nacionales de chips aún carecen de productos patentados competitivos en el mercado. Al mismo tiempo, muchas empresas también están desarrollando nuevas tecnologías en el campo de los chips de empaquetado para iluminación de cultivo. Por ejemplo, la tecnología de chips de película fina de Osram permite empaquetar los chips muy juntos para crear una amplia superficie de iluminación. Basándose en esta tecnología, un sistema de iluminación LED de alta eficiencia con una longitud de onda de 660 nm puede reducir en un 40 % el consumo energético en el área de cultivo.

2. Ampliar el espectro de iluminación y los dispositivos
El espectro de la 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 los siguientes esquemas en la industria: ① Esquemas de combinación de luz monocromática múltiple. 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 estos tipos de espectros de acuerdo con las diferentes necesidades de las plantas para formar el espectro más adecuado. ② Esquema 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. ③Utiliza luz blanca de espectro completo como base, junto con luz roja de 660 nm como esquema combinado para mejorar la efectividad del espectro. Este esquema es más económico y práctico.

Los chips LED de luz monocromática para iluminación de crecimiento de plantas (las longitudes de onda principales son 450 nm, 660 nm, 730 nm) y los dispositivos de embalaje 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 embalaje nacionales y extranjeros. Para los dispositivos de embalaje de luz monocromática para iluminación de plantas, además de los productos con las bandas de longitud de onda principales de 450 nm, 660 nm y 730 nm, muchos fabricantes también están desarrollando nuevos productos en otras bandas de longitud de onda para lograr la cobertura completa de la longitud de onda de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) (450-730 nm).

Las luces LED monocromáticas para el crecimiento de plantas no son adecuadas para el crecimiento de todas las plantas. Por lo tanto, se destacan las ventajas de los LED de espectro completo. El espectro completo primero debe lograr una cobertura completa de todo el espectro 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 LED azules ordinarios o chips LED ultravioleta con fósforo para lograr un espectro "completo", y su eficiencia fotosintética tiene sus propios altos y bajos. La mayoría de los fabricantes de dispositivos de empaquetado de LED blancos para iluminación de plantas utilizan chips azules + fósforos para lograr un espectro completo. Además del modo de empaquetado de luz monocromática y luz azul o chip ultravioleta más fósforo para lograr 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 cuanto a productos LED de longitud de onda estrecha, la mayoría de los proveedores de envases ofrecen a sus clientes diversas longitudes de onda en la banda de 365-740 nm. En cuanto al espectro de iluminación vegetal convertido por fósforo, la mayoría de los fabricantes de envases ofrecen una variedad de espectros para que los clientes elijan. En comparación con 2016, su tasa de crecimiento de ventas en 2017 ha experimentado un aumento sustancial. Entre ellas, la tasa de crecimiento de las fuentes de luz LED de 660 nm se concentra entre el 20 % y el 50 %, mientras que la de las fuentes de luz LED vegetales convertidas por fósforo alcanza entre el 50 % y el 200 %, es decir, las ventas de estas fuentes están creciendo a un ritmo más rápido.

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

3. Campos de aplicación de la iluminación para el crecimiento de plantas

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

①En invernaderos solares y multicapilla, la proporción de luz artificial para iluminación complementaria aún es baja, y las lámparas de halogenuros metálicos y de sodio de alta presión son las principales. La tasa de penetración de los sistemas de iluminación LED para cultivo es relativamente baja, pero su crecimiento comienza a acelerarse a medida que baja el precio. Esto se debe principalmente a la amplia experiencia de los usuarios en el uso de lámparas de halogenuros metálicos y de sodio de alta presión, que pueden proporcionar entre el 6 % y el 8 % de la energía térmica del invernadero, evitando quemaduras en las plantas. El sistema de iluminación LED para cultivo no contaba con instrucciones específicas y eficaces ni con datos de respaldo, lo que retrasó su aplicación en invernaderos de luz diurna y multicapilla. Actualmente, las aplicaciones de demostración a pequeña escala siguen siendo la principal opción. Al ser el LED una fuente de luz fría, puede estar relativamente cerca del dosel de las plantas, lo que resulta en un menor impacto térmico. En invernaderos de luz diurna y multicapilla, la iluminación LED para cultivo se utiliza con mayor frecuencia en el cultivo interplantar.

②Aplicación en cultivos 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 LED (control de fotoperiodo) para cultivos al aire libre de día largo con alto valor económico (como la pitahaya) ha alcanzado un rápido desarrollo.

③Fábricas de plantas. Actualmente, el sistema de iluminación vegetal más rápido y más utilizado es la fábrica de plantas de luz artificial, que se divide en fábricas centralizadas multicapa y fábricas móviles distribuidas por categoría. El desarrollo de las fábricas de plantas de luz artificial en China es muy rápido. El principal inversor de las fábricas centralizadas multicapa de luz artificial no son las empresas agrícolas tradicionales, sino más bien empresas dedicadas a semiconductores y productos electrónicos de consumo, como Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, COFCO y Xi Cui, entre otras empresas agrícolas modernas. En las fábricas de plantas distribuidas y móviles, se siguen utilizando contenedores de envío (nuevos o reconstruidos de segunda mano) como soporte estándar. Los sistemas de iluminación de plantas artificiales utilizan principalmente sistemas de iluminación lineal o de matriz plana, y el número de variedades plantadas continúa expandiéndose. Diversas fuentes de luz LED con fórmulas de luz experimentales se han comenzado a utilizar ampliamente. Los productos en el mercado son principalmente vegetales de hoja verde.

④Plantación de plantas domésticas. La tecnología LED se puede utilizar en lámparas de mesa, estanterías para plantas domésticas, máquinas para el cultivo de hortalizas, etc.

⑤Cultivo de plantas medicinales. El cultivo de plantas medicinales incluye plantas como Anoectochilus y Lithospermum. Los productos en estos mercados tienen un mayor valor económico y actualmente constituyen una industria con más aplicaciones de iluminación vegetal. Además, la legalización del cultivo de cannabis en Norteamérica y algunas partes de Europa ha impulsado la aplicación de la iluminación LED en el cultivo de cannabis.

⑥Luces de floración. Como herramienta indispensable para ajustar el tiempo de floración de las flores en la industria de la jardinería, las primeras aplicaciones de las luces de floración fueron las lámparas incandescentes, seguidas de las lámparas fluorescentes de bajo consumo. Con el desarrollo de la industrialización de los LED, cada vez más luminarias de floración LED han reemplazado a las lámparas tradicionales.

⑦Cultivo de tejidos vegetales. Las fuentes de luz tradicionales para el cultivo de tejidos son principalmente lámparas fluorescentes blancas, con baja eficiencia luminosa y alta generación de calor. Los LED son más adecuados para un cultivo de tejidos vegetales eficiente, controlable y compacto gracias a sus excelentes características, como bajo consumo de energía, baja generación de calor y larga vida útil. Actualmente, los tubos LED blancos están reemplazando gradualmente 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 de cultivo en mi país, y las empresas de iluminación de cultivo en el área del delta del río Perla representan más del 50%, y ya están en una posición importante. Las empresas de iluminación de cultivo en el delta del río Yangtze representan alrededor del 30%, y sigue siendo una importante área de producción para productos de iluminación de cultivo. 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 de cultivo 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 la iluminación LED para cultivo

1. Especialización

La iluminación LED para cultivo se caracteriza por su espectro e intensidad de luz ajustables, baja generación de calor y buena impermeabilidad, lo que la hace ideal para diversos entornos. Al mismo tiempo, los cambios en el entorno natural y la búsqueda de la calidad alimentaria han impulsado el desarrollo de la agricultura industrial y las fábricas de cultivo, impulsando la industria de la iluminación LED para cultivo en un período de rápido crecimiento. En el futuro, la iluminación LED para cultivo 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 cultivo seguirá desarrollándose con la especialización gradual de la industria y avanzará hacia una dirección más específica.

2. Alta eficiencia

Mejorar la eficiencia lumínica y energética es clave para reducir significativamente los costos operativos de la iluminación vegetal. El uso de LED en sustitución de las lámparas tradicionales, así como la optimización y el ajuste dinámicos del entorno lumínico según las necesidades de la fórmula lumínica de las plantas, desde la etapa de plántula hasta la cosecha, son tendencias inevitables en la agricultura refinada del futuro. Para mejorar el rendimiento, se puede cultivar en etapas y regiones, combinando la fórmula lumínica según las características de desarrollo de las plantas, para optimizar la eficiencia de producción y el rendimiento en cada etapa. Para mejorar la calidad, la regulación nutricional y lumínica permite aumentar el contenido de nutrientes y otros componentes funcionales beneficiosos para la salud.

Según 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 mayores requisitos ambientales. La temporada de producción es principalmente invierno y primavera. La luz natural es débil y se necesita luz artificial suplementaria. La iluminación para el crecimiento de las plantas tiene una entrada y salida relativamente altas y un alto grado de aceptación de entrada. El LED tiene ventajas únicas, porque las frutas y verduras (tomates, pepinos, melones, etc.) necesitan ser injertadas, 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 el crecimiento tiene amplias perspectivas de aplicación en las plántulas de hortalizas y la producción en invernadero.

3. Inteligente

La iluminación para el cultivo de plantas exige un control en tiempo real de la calidad y la cantidad de luz. Con el avance de la tecnología de control inteligente y la aplicación del Internet de las Cosas, diversos espectros monocromáticos y sistemas de control inteligente permiten controlar el tiempo y la luz. De acuerdo con el estado de crecimiento de las plantas, el ajuste oportuno de la calidad y la emisión de luz se convertirá en la principal tendencia en el desarrollo futuro de la tecnología de iluminación para el cultivo de plantas.