随着现代化农业的不断发展,农业照明的需求正在不断扩大,LED作为新一代光源,除了环保节能的特点外,还具有传统照明不具备的光量可调整、光质可调整、冷却负荷低与允许提高单位面积栽培量等特点。对于对封闭有环控的农业生产环境,如植物组织培养室等来说,这是一种非常适合的人工光源,既节能环保,同时又能促进农业的发展。对于转变农业发展方式、提高农业科技创新和推广能力来而言,具有十分重要的意义。
人工补光和照明是LED农业领域最重要的应用方式,根据动植物发育的不同需求,采用不同波长的单色光组合起来作为人工光源,并具有光照强度、照射频率以及不同时间间隔灵活可调的特性,这一特性已经在生产中得到一定的推广应用。与传统人工光源相比,LED不仅节能效果显著,而且还可进行光量、光质(红/蓝光比例或红/远红光比例等)的任意调整,以满足动植物生产的各种生理需求,实现高效化生产。因此,LED被认为是21世纪农业领域最有前途的人工光源,具有良好的发展前景。
早在2009年时中国农业科学院的研发团队已成功研制出了国内第一例智能型植物工厂,采用LED和荧光灯为人工光源,进行蔬菜种植和种苗繁育,并在长春投入运行。近几年LED 在育苗、蔬菜栽培和温室补光方面的应用效果也做了一些研究和报道,节能效果显著。到目前为止,LED 已成功用于植物的栽培,并在植物补光、组培、植物工厂领域取得重要进展。2010年时日韩两国也相继投资建立植物工厂,使用LED为植物提供光合作用以及其生长所需的特定波长光源,并通过控制营养成分的摄取来控制植物的生长速度,目前已经在国内推广并大面积使用。
可以预见,LED的应用将会给农业带来一场全新的“革命”。比如植物工厂被认为是设施农业高级发展阶段,集现代生物技术、信息技术、人工环境控制等多种高技术于一体,不仅产量高于露地栽培多倍,而且还可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海岛、水面甚至城市大楼里进行生产,也被认为是未来解决人口、资源、环境等问题有效技术手段。
随着LED应用逐渐向生物、医疗、健康等领域发展,LED在植物生长领域应用的巨大市场潜力已逐步得到重视,诸如美国、日本、韩国等国纷纷也将LED农业照明应用作为重要的发展方向,积极布局。
国际上一些公司已经开始涉足LED植物照明领域,农业照明产品质量也正在逐步提升,其中比较典型的有飞利浦、三菱化学、首尔半导体、昭和电工、日本锅清等知名企业。业内人士表示,这些厂家的共同特点是资金和技术实力强大。其中一部分是自身具有芯片生产、封装领域知识产权并同时具有植物照明领域核心自主知识产权的合作者,正计划向LED植物照明光源方向发展的公司;另一部分是具有良好的品牌、客户市场和销售渠道的传统植物生长光源厂家,并且在LED领域也具有强大实力,有潜力向LED植物照明光源方向发展的公司。
另一方面各相关企业也加大了研究开发的力度,增加研发资金投入,加强示范应用与宣传,提高行业的自主创新能力,全方位提升企业整体素质和行业整体竞争力。如台湾亿光,在2011年亿光与荷兰飞利浦照明、日本三菱化学、松下(中国)电工、扬子电器、欧琳集团等数十家国际知名企业就 LED 植物灯照明光源、工业控制、空调环境控制、营养液制剂等领域的技术创新共同签署了战略合作协议,并参与了中国LED植物工厂研发战略联盟,目前亿光已以自身技术和质量获得了欧美的客户订单。
其中,飞利浦公司近年来加大了在中国的研发力度,建立了相应的研发机构,并且在中国积极开展调研工作,为后续的研发和推广工作积累基础。
日本期望通过绿色创新成为环境能源大国,并承诺到2020年为止目标为减少温室效应气体13亿吨以上,该国100%普及LED等节能产品成为其主要手段之一,为此,日本实施多项鼓励节能省电的政策:如:“家电环保点数制度延长”项目、针对生产LED照明等有削减CO2排放量效果制品的厂商的低碳素产业立地补助金等等。
除了日本、荷兰等植物照明市场发展较快的市场外,我国市场也是关注重点。我国是农业大国,农业一直被置于非常重要的地位,再加上政府对农业发展的支持,中国LED农业照明市场,也会成为各企业争夺的焦点。
与之相较,中国早就开启了LED在农业领域应用的研究进程。对此我国政府一方面通过对科研项目的支持加快LED在农业应用领域的应用步伐,如“十一五”期间,通过863计划设立了1项课题,“十二五”期间亦将有数个LED农业科研项目的立项支持。一些地方政府也通过建立农业科技示范园等形式,鼓励引入节能高效的LED农业照明应用项目在园区使用。
在研发方面,2010年南京农业大学农学院承担的863计划项目“半导体照明光源在植物组培中的应用研究”,南京农业大学展示的“LED植物组培灯”、“LED植物灯”等系列研究成果受到产业界广泛关注,多家上市公司表达了合作研发意愿。
在企业方面,虽然国内进军农业照明应用领域的厂家很多,但绝大部分为小企业和私营企业,主要分布在深圳市和我国华南地区,如2013年8月份开始开拓LED农业照明的东莞优能科技,以及深莱特、彪俊光电等。
总之,LED光源目前在农业领域的研究还属起步阶段,且存在技术不够成熟、研究投入不足、生产企业竞争力不强、成本偏高等问题。目前国内的LED农用照明灯具存在着产品杂乱,生产设计不规范,缺乏统一的产品标准和质量管理等问题。以目前应用市场最大的植物照明灯具为例,尽管都根据植物的需求选择了以红光和蓝光为主的LED灯珠配置,但是在光质调节、光照强度设计方面缺乏科学统一的规范,更缺乏针对植物照明特殊的高温、高湿环境所进行的防水、防电及耐腐蚀设计,从而造成了一些植物生长灯产品存在安全隐患,使用寿命也不长。另外国家对LED农业应用方面的政策支持及研发投入相对偏少,在一定程度上影响了LED在农业领域的推广应用。
我国是农业大国,农业在我国的地位十分重要,高技术、低耗、高效的现代化农业将会成为农业发展的重要方向,LED光源作为新一代的绿色环保光源,能够在农业照明中充分应用是具有非常重要的意义。从另一个角度来讲,这也为LED企业提供了新的发展领域和机遇。
如今气候变化,极端天气增多,农业生产面临的挑战越来越大,在这种情况下,稳定的农业生产方式比如植物工厂等将成为关注的重点。未来LED农业照明市场的热度会有增无减,这对于LED照明行业来说既是机遇又是挑战,以当前形势来看,LED农业照明领域需要更多的技术成熟和比较专业的生产企业,同时也需要政府宏观调控,帮助市场完善各种机制,对行业进行规范,引导LED农业照明行业健康高速发展。