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農業照明——LED的另一片藍海

行業:照明 信息來源:中國半導體照明網 發布時間:2011-03-01

農業照明——LED的另一片藍海

  我國是農業大國,農業的地位不言而喻。當前農業技術發展的同時,農業發展面臨的挑戰也在不斷增加,比如氣候變化對農業生產的影響日益加大等,高技術、低耗、高效的現代化農業成為農業發展的重要方向,在我國農業發展中具有重要的戰略地位,備受重視。2010年國務院一號文件《中共中央國務院關於加大統籌城鄉發展力度進一步夯實農業農村發展基礎的若幹意見》也明確表明,要積極支持農業發展方式的轉變,提高農業科技創新和推廣能力等。
  
  應該看到,隨著現代化農業的不斷發展,農業照明的需求和能耗在不斷擴大,對傳統農業照明燈具技術也提出了新的挑戰。LED作為新一代光源,除了環保節能的特點外,相較於目前農業領域常用熒光燈或高壓鈉燈等人工光源,具有光量可調整、光質可調整、冷卻負荷低與允許提高單位面積栽培量等優點,對封閉有環控的農業生產環境,如植物組織培養室等是一種非常適合的人工光源。同時在養殖,微藻培養等方面也擁有巨大的應用潛力。
  
  可以預見,LED的應用將會給農業帶來一場全新的“革命”,比如植物工廠被認為是設施農業高級發展階段,集現代生物技術、信息技術、人工環境控制等多種高技術於一體,不僅產量高於露地栽培多倍,而且還可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海島、水面甚至城市大樓媔i行生產,也被認為是未來解決人口、資源、環境等問題有效技術手段。
  
  無論是從促進現代化農業發展的角度,還是實現節能環保的角度,LED應用於農業都具有非常重要的意義,而農業的地位及發展需求也為LED提供了發展機遇。
  
  目前,國內農業照明中已開始採用LED,比如陜西楊淩農業示範區建立太陽能光伏LED植物工廠等。除了一些應用外,LED在農業領域應用的相關技術研發也日漸受到關注。2010年12月“植物工廠創新成果發布會”在中國農業科學院舉辦,中國農業科學院所屬高科技企業——北京中環易達設施園藝科技有限公司推出了家庭版植物工廠以及家庭園藝係列產品,並分別與荷蘭飛利浦照明、日本三菱化學、松下(中國)電工、臺灣億光、揚子電器、歐琳集團等數十家國際知名企業簽署戰略合作協議,就LED植物照明光源、工業控制、空調環境控制、營養液制劑等領域的技術創新、市場開發等達成一致,簽訂了戰略聯盟。發布會的召開不僅標志著國內首例家庭版植物工廠正式誕生,也預示著植物工廠研發的戰略聯盟正式形成。
  
  另外,隨著LED技術的發展,美國、日本、韓國等國紛紛將LED農業照明應用作為重要的發展方向,積極布局。國內外的眾多廠商也紛紛進軍農業照明,LED在農業照明領域的競爭正在悄然進行。
  
  國內外LED農業應用的發展現狀
  
  據了解,LED在農業照明中的應用主要包括植物生產、養殖業、微藻培養、食用菌生產等,日本、韓國、美國等國均提出了相關的項目,(如表1)。
  
  

表 1 2010年主要國家發展LED農業照明的相關項目及內容

提出時間

國家

項目內容

2010年

4月

日本

日本三菱化學公司用大型集裝箱改造成“植物工廠”,這種“植物工廠”以LED為光源進行作物的光合作用。為適應新生的植物工廠的需求,日本昭和電工專門為“植物工廠”開發了LED產品,可以發射促使農作物生長的特定波長的紅光,目前已被日本全國10多家植物工廠採用,2010年的銷售額預計可達10億日元。

2010年
6月

韓國

韓國知識經濟部宣布將投入30億韓元(約合人民幣1650萬元)用於IT—LED栽培核心配件和核心技術的研發,計劃到2010年底完成芯片開發,並建造495㎡規模化LED栽培基地。該IT-LED栽培係統的核心組成之一為LED植物人工光源。韓國知識經濟部相關人士表示:“LED可以為植物提供光合作用以及其生長所需的特定波長光源,並通過控制營養成分的攝取來控制植物的生長速度。今年(2010年)栽培基地將試驗栽培人參和草莓,然後進行商業化推廣,預計從2011年開始將大面積種植。”

2010年10月

美國

美國農業部資助Purdue 大學488萬美元用於一項為期4年的研究項目,以評估並提高LED在溫室中的應用。

  
  盡管LED在農業照明領域的應用尚處於初級階段,但看好其應用前景各國也紛紛布局。專利方面,據中國農業科學院設施農業研究中心主任楊其長介紹,目前國內外可查到的LED農業照明領域的專利近100項,其中在韓國和中國申請的數量最多,其次為日本和美國。總體來看,目前LED農業領域的創新主要在應用創新和技術集成,應用方向集中在植物生長燈、畜禽場照明燈、誘魚燈、選擇性害蟲誘捕燈等。
  
  國內農業研究方面,楊其長介紹,早在1998年,以中國農業科學院和南京農業大學為代表的國內科研機構,就已經開始了LED農業應用相關領域的研究。在2003年,中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所就開始從事LED在植物種苗工廠的應用研究,2006年設計與建造了國內第一套密閉式LED人工光植物工廠,並開發出了相應的LED光環境調控軟件和光環境控制裝置,先後進行了LED在蔬菜育苗、植物組培、蔬菜種植以及藥用植物栽培等方面的試驗研究,發表論文14篇,獲國家授權專利8件。2009年4月,中國農業科學院的研發團隊成功研制出了國內第一例智能型植物工廠,採用LED和熒光燈為人工光源,進行蔬菜種植和種苗繁育,並在長春投入運行。“十一五”期間,國家科技部在863計劃中創新性地安排了LED在農業中應用的研究工作,資助了近100萬的研究經費,由南京農業大學承擔了這一項目的研究,於2009年結題,共研發了3個品種的LED植物燈、1個“LED植物培育智能光控係統”、1個“LED生物智能光照培養箱”,獲得了2項國家發明專利授權。在畜禽養殖應用上,我國學者已研究了紅色、藍色和白色等LED光源對雞等家禽生產性能的影響,各種LED光源的光強及光周期控制也得到了一些關注,杭州推出了智能化養雞LED光源係統,已經在養雞場進行應用。
  
  LED農業照明燈具產品的開發與推廣
  
  人工補光和照明是LED農業領域最重要的應用方式,根據動植物發育的不同需求,採用不同波長的單色光組合起來作為人工光源,並具有光照強度、照射頻率以及不同時間間隔靈活可調的特性,已經在生產中得到一定的推廣應用。LED光源的產品可根據生產需要和應用場合的不同,設計出不同的類型,據了解,目前應用較廣的有LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶等。
  
  目前,市場上已經有大量的LED植物照明產品,但在畜牧養殖業中,LED照明燈具產品相對偏少。2010年2月,在亞特蘭大國際禽內養殖設備展上,ONCE公司AGRISHIFTTM推出漸變式禽類養殖LED燈,該LED採用定時器來實現光周期的控制,比較簡易,但不太符合不同禽類及不同生長階段對光色、光強和光周期的需要,目前畜牧養殖業的LED專用產品有待進一步開發。
  
  據了解,國內的農業照明燈具用途與產品類型和國外基本相同,主要包括LED植物生長燈(LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶)、LED農業害蟲誘捕燈、LED誘魚燈、LED畜禽場照明燈等。
  
  業內人士表示,與家居照明燈具比較而言,目前國內的LED農用照明燈具存在著產品雜亂,生產設計不規範,缺乏統一的產品標準和質量管理等問題。以目前應用市場最大的植物照明燈具為例,盡管都根據植物的需求選擇了以紅光和藍光為主的LED燈珠配置,但是在光質調節、光照強度設計方面缺乏科學統一的規範,更缺乏針對植物照明特殊的高溫、高濕環境所進行的防水、防電及耐腐蝕設計,從而造成了一些植物生長燈產品存在安全隱患,使用壽命也不長。
  
  LED核心廠商紛紛進軍農業照明應用領域
  
  隨著LED應用逐漸向生物、醫療、健康等領域發展,LED在植物生長領域應用的巨大市場潛力已逐步得到重視,國際上一些公司開始涉足LED植物照明領域。其中比較典型的有飛利浦、三菱化學、首爾半導體、臺灣億光、昭和電工、日本鍋清等一些知名企業。業內人士表示,這些廠家的共同特點是資金和技術實力強大。其中一部分是自身具有芯片生產、封裝領域知識產權並同時具有植物照明領域核心自主知識產權的合作者,正計劃向LED植物照明光源方向發展的公司;另一部分是具有良好的品牌、客戶市場和銷售渠道的傳統植物生長光源廠家,並且在LED領域也具有強大實力,有潛力向LED植物照明光源方向發展的公司。
  
  其中,飛利浦公司近年來加大了在中國的研發力度,建立了相應的研發機構,並且在中國積極開展調研工作,為後續的研發和推廣工作積累基礎。
  
  歐司朗則在2010年與丹麥的Fionia LightingA/S以及合作經銷商艾睿電子(Arrow)共同完成一項先導型計劃,將紅光LED照明產品用進園藝照明係統,也證實了LED在園藝應用方面具有巨大的節能潛力。
  
  另外,日本三菱樹脂公司2010年4月宣布將研發與銷售在暖房內共用太陽光照和LED(發光二極管)照明結合的蔬菜生產設備,並力爭最快在2011年實現成果轉化,出售給大型農場。
  
  中國大陸方面,據了解,進軍農業照明應用領域的廠家很多,但絕大部分為小企業和私營企業,主要分布在深圳市和我國華南地區,但大都沒有形成銷售規模,尚處初級階段。
  
  在農業應用上,我國政府一方面通過對科研項目的支持加快LED在農業應用領域的應用步伐,如“十一五”期間,通過863計劃設立了1項課題,“十二五”期間亦將有數個LED農業科研項目的立項支持。一些地方政府也通過建立農業科技示範園等形式,鼓勵引入節能高效的LED農業照明應用項目在園區使用。
  
  對於當前國內LED在農業方面的應用,楊其長認為,總體上來看,目前國家對LED農業應用方面的政策支持及研發投入相對偏少,在一定程度上影響了LED在農業領域的推廣應用。LED光源在農業領域的研究還屬起步階段,缺乏係統完善的研究,相應的技術水平也較低,必須加大研究開發的力度,增加研發資金投入,加強示範應用與宣傳,提高行業的自主創新能力,全方位提升企業整體素質和行業整體競爭力。
  
  根據國務院一號文件精神,創建現代農業示範區將是提高農業科技創新和推廣能力的重要途徑。有業內人士表示,增加LED在農業生態示範區,比如在山東壽光蔬菜基地、陜西楊淩農業示範區等的應用,應該是促進LED在農業應用中發展的重要途徑。
  

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