LED植物照明市场之园艺市场剖析

2017-09-26 03:16

针对园艺应用封装的LED和固态照明产品市场正在不断扩大；与此同时，科学家们继续不断尝试将单色光谱与不同植物和生长阶段进行匹配，MAURY WRIGHT报道说。

园艺研究已经确定：一些相对较窄的光谱带辐射可以促进植物中的叶绿素吸收，从而促进光合作用过程。封装LED制造商和固态照明（SSL）成品制造商正在行动，从而想从一个快速增长的市场中分得一杯羹。同时，研究人员继续努力了解其他波长是如何进一步提高温室和室内商业农场的生产力。

LED照明和鲜花蔬菜的商业种植者之间的搭配是很自然的。无论是在需要补光的温室，还是完全依赖人造光的室内环境中，园艺照明的电费都是农场的一个主要费用。节能的固态照明（SSL）产品从一开始就承诺减少电费。

但是，有关“特定的光谱带如何主要影响植物生长周期的不同阶段”的研究让LED更适合该应用。广谱光源，比如金属卤化灯，基本上将能量浪费在产生部分光谱带的辐射中，比如绿光，目前研究证明，绿光至少对植物生长没有任何益处。相反，LED的单色特性意味着固态照明制造商可以生产出只发出植物所需的光谱能量的灯具，从而增加能源效率。

封装LED

事实上，以照明为中心的园艺研究还远远不够，但一些原则已经确立，而研究人员则继续研究，以发现特定光谱带与蔬菜或花卉生产之间的关系。而LED厂商正在对此进行研究。例如，欧司朗光电半导体公司就发布了所谓的“远红LED”，中心波长730nm（图1）。

图1. 欧司朗新的730nm LED可以提高辣椒、西红柿和玫瑰的生产力。

欧司朗固态照明应用经理Kim Peiler表示，450nm和660nm波段作为所有植物的叶绿素吸收峰值，这一点得到了充分的证实。然而，新的研究已经证明，660和730nm光的组合可以影响植物中的光敏色素感光体。Peiler补充说，刺激植物色素可以使植物开花更快。

研究人员还在研究如何应用远红光，以及它们在植物生长周期中的哪一点。例如，Peiler表示，剥夺植物的红光可以模拟阴影，并导致植物长出更长的茎，可用于嫁接。但是在生长周期的另一个阶段或不同应用中，红色组合可能会迅速触发开花。

LED类型的组合在园艺中使用将继续发展。欧司朗还提供橙色、黄色和绿色单色LED以及研究人员正在尝试的磷光体转换的白光LED。为什么会是一个白色的LED？白色LED中的蓝色光泵提供所需的蓝色峰值，而园艺环境中的工人需要白光。因此，红色和白色LED混合使用证明是有用的，提供植物和人类所需的光。

园艺照明产品

同时，园艺固态照明的市场潜力正在带动新的照明厂商进入细分市场。例如，Hubbell Lighting推出了使用660 nm红光LED和460 nm蓝光LED的NutriLED园艺照明产品系列（图2）。Hubbell新产品创新产品经理Tom Veltri表示，蓝光LED是植物营养生长阶段的关键，而红光LED可促进开花和结果。Hubbell正在使用二比一的红-蓝混合，Veltri表示这可服务于园艺市场最广泛的部分。

图2. Hubbell推出可伸展的NutriLED灯具，可以并联组成线性灯具。

问Veltri，为什么Hubbell作为一家主流照明制造商会决定进入园艺这个小市场呢？Veltri表示，市场潜力推动了这一决定。他指出，Hubbell的调查显示，“很多的农民拥有占地100万至200万平方英尺的大棚”。

除了前面提到的提高植物生产力和节能的市场潜力之外，Veltri还提到了“从农场到餐桌”和有机食品的趋势，推动力室内农场。他说：“在室内，你可以更有效地控制环境。”“从农场到餐桌”的前提本质上要求种植者在人口集中的地区附近经营。

Veltri还讨论了将农场和消费者之间的距离最小化与作物产量的关系。他说，在收获、运输和保质期中，产量会损失。减少运输时间和距离可以减少产量损失，延长保质期。

最后，室内农场可以不断运作，只需要使用传统农场面积的一小部分就可以生产。使用LED照明，农场可以将植物分层，比如莴苣等，或种植20英尺高的番茄等。这种番茄作物可以使用内嵌方式，将LED灯带垂直地挂起来，沿着植物生长的方向。像把LED放的离生菜或番茄叶子很近，也不会灼伤植物。

灯具设计

当然，与一般照明相比，园艺确实需要一些不同的灯具设计原理。Hubbell设计的NutriLED园艺照明产品是可伸展的。这种线型灯有2和4英尺的，可以并联组合在一起（图3）并且端对端连接。每个灯具都具有一个完整的驱动器，而Hubbell提供短电源线，可以以菊花链方式将多达16个灯具连接到一个交流电源上。

图3. NutriLED灯具包括内置抛物面反射器，可提供60°光束图案。

Veltri还解释说，Hubbell设计了这个光学系统来提供60°线性光束 - 比典型的大功率LED的朗伯模式更紧凑。这个灯具设计包括一个抛物面反射器，位于冲压后的和阳极氧化的铝灯体内，以及面上的一个用来保护LED的丙烯酸镜片。除此之外，这种设计可以将灯具放于一排排的植物中，不仅可以照亮植物的顶部，而且可以提供到达较低位置的垂直照明。

温室和专业应用

当然，LED在园艺中的应用不仅在室内。许多温室需要补充照明。例如，园艺照明制造商LumiGrow最近与北卡罗来纳州百老汇镇的Patterson Greenhouses发表了一个案例研究。Patterson正在使用LumiGrow灯具来延长番茄的生长季节，尤其是在美国相对较温暖的地区。

业主Ryan Patterson说：“如果你将每个冬天接受的阳光数量进行平均，似乎我们不需要额外的光线了。如果遇上连续三天阴天，植物就得不到他们所需要的东西，所以它们长不大或者长不快。那些在LumiGrow灯下的西红柿就比没有在灯下的有生命力”。

Patterson只是在其三分之一农场中安装了人工照明，并记录结果。他说，在植物生长的早期阶段，较厚的茎更有利，在人工照明下的植物的直径比没有人工照明的植物的直径大0.63英寸。

基于LED的植物照明在应用的规模大小也是可以调整的。作为后院园丁的消费者可以像最大的商业农民一样找到LED灯。例如，瑞典的Heliospectra提供的系统也包括为客户提供水控制。

园艺潜力

实际上，园艺LED照明销售的潜力是不可能预测的，特别是研究发现了使用固态照明提高生产率的新途径。但就像普通LED照明一样，种植者对LED技术也有一些问题。Hubbell的Veltri说：“许多种植者对LED有不好的经历。”许多早期产品不符合规格，并且是来自于对复杂固态照明系统设计经验不足的小供应商或海外制造商。

但是，LED的优点会使大多数种植者在某些时候采用该技术（图4）。欧司朗的Peiler指出，诸如“生菜的近距离照明”等应用绝对只能使用LED。她补充说：“今天，我们肯定会看到更多的活跃度。”

图4. 顶图显示在Hubbell Lighting公司的NutriLED照明下，植物茁壮成长；而其他三图显示城市莴苣农场采用GE日本公司开发的LED灯具，在受控环境中提高产量。

正在进行的研究既是好事也是坏事。学术界可能会最终为每种类型的植物提供不同的光谱。关于LED的选择和组合，Hubbell的Veltri说：“这一切都取决于你正在种植的植物类型，它们都使用不同的光谱。”显然，智能照明和可调光谱的概念在园艺中的作用很重要。（编译：LED网 James）