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60天实现“植物工厂”,植物照明为何突然火了?!

传统植物照明灯成本低,因此一直以来在植物照明中都有所使用。但随着人工光源技术的成熟,LED逐步替代了传统光源在植物工厂的地位。

近日,人民日报一则名为《重大突破!》的消息如同一首“高燃BGM”,迅速将植物照明这个词传遍了整个照明圈。怎么回事呢?只见人民日报上书——植物工厂60天收获:我国实现水稻生育周期减半重要突破。

接下来还配写了这样的两段文字:

① 中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻研究所钱前团队合作,在植物工厂环境下成功实现水稻种植60天左右收获的重要突破,将传统大田环境下120天以上的水稻生长周期缩短了一半...

② 据了解,这次水稻种植试验是在有四层栽培架的全人工光植物工厂进行的,采用定制光谱的LED光源为水稻不同生育期提供最佳的光环境,将水稻种植在营养液栽培槽中,根据不同时期的营养需求精准供给养分。同时,植物工厂内部的环境要素,如光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等都受到精准调控,为各生育阶段提供最佳生长环境。

▲图片来源:截图自“人民日报官方微信”

看完这个消息,任谁都会万分激动。就像评论区的网友们一样,大家会瞬间想到袁隆平爷爷,想起科技工作者的辛勤汗水,更会想到未来农民之福...这些固然重要,但今天要跟大家重点分享的是:植物照明到底是怎么回事!(本期内容,重点关注!)

一、为什么会有植物照明?

要搞懂这个问题,不得不回顾一下中学知识:植物的生长发育离不开水、空气、营养,当然还有光的作用。其中,光可以调控植物的生长行为,包括种子萌发、开花结果等,植物的光合作用更是可以将光能转化为化学能以糖的形式储存,并利用这些能量进行生长。

也就是说,只要我们可以控制光就能改变植物的种植和生长模式。当我们有了这个概念后,接下来要做的便是进一步研究什么样的光更利于植物生长。于是科学家们对光谱、植物特性等进行了综合研究,他们发现植物主要是通过吸收红光和蓝光进行光合作用,而绿、黄、橙及远红光等是参与其它代谢过程。

此外,科学家还发现植物主要利用的光合有效辐射位于可见光范围,因此大家就根据植物的这种“习性”提供稳定可控的人工光源进行培植,做到对不同植物在不同生长发育阶段设计精准优良的“光配方”,从而更加高效地培育植物,提高产量。

二、植物照明攻坚战

植物照明因其特殊的市场地位,所以它理应是照明市场的“香饽饽”。这样好的应用概念,应该发展很快才对。但植物照明的发展却一直算不上多么火热,甚至困难重重,为什么?

(1)成本居高不下:较大幅度制约了科研进度和实际落地。

(2)缺乏核心专利:国内半导体芯片外延片行业起步较晚,经验少,专利实力过于薄弱。

(3)“重LED,轻生物”,技术研究课题单一化:培植是专业性、综合性都很强的技术,不多多考虑植物这个主体而去围绕植物灯光的话题展开,是难以为植物对光的合理需求提出适宜方案的;

(4)企业引领性不足:没有制定标准规范,市场混乱;此外,植物照明对于大企业来说是块“小甜点”,不屑的态度导致国内植物照明市场发展滞后。

三、为何植物照明“突然”又火了?

人民日报一则《重大突破!》消息确实帮助了植物照明高位亮相,让更多人看到它不可忽视的影响力!但植物照明之火早有苗头,因此注定是一个迟早要发生的必然事件,理由如下:

1、植物照明核心技术趋于成熟

传统植物照明灯成本低,因此一直以来在植物照明中都有所使用。但随着人工光源技术的成熟,LED逐步替代了传统光源在植物工厂的地位。

LED高效节能

三安中科研究表明:高光需的植物每平方米种植面积的用电功率高达500-1000W,这对植物灯的电光转换效率提出了非常严苛的要求。而在目前,LED植物灯的电光转换效率是白炽灯的20倍以上、荧光灯的3倍、高压钠灯的近2倍,转换效率非常高。

此外,白炽灯是需要对灯丝进行加热才会发光,而这个过程是会浪费大量电能,LED则不然。相比之下,LED光源灯光更强且发热量小,可以近距离接触植物而不灼烧到植物叶片和操作人员,非常适用于室内多层种植等场景。

▲图源:广发证券

易获得单色光及全光谱,且光谱可调性强

LED可覆盖200-950 nm的波长范围,存在数十种单色光LED,这有利于提高植物对红光和蓝光的利用率,且可实现不同植物的光谱定制。还可通过单色LED芯片激发荧光粉扩宽单色光的半波宽,从而获得全光谱的白光;对不同光色的LED进行电流大小的分别控制,还可对光谱进行调控。

LED寿命长,光衰小,可控性强,智能控制潜力大

LED灯的理论寿命长,且与传统光源灯泡的360度发光不同,LED封装后一般为180度单面发光,更容易形成小角度发光的投光灯将光线集中照射到植物上,还可被制成近距离照射时光照仍特别均匀的面板式植物灯。

2、市场需求爆发,加速植物照明发展

在照明技术不断突破的同时,市场的变化调节也在加速植物照明的发展。例如:北美特殊经济作物(大麻)合法商用化,疫情促使全球人民增强粮食危机意识,以及植物工厂不断兴起等。

LED植物照明上市公司崧盛股份在其调研报告中明确提到:“海外工业大麻合法化是推动LED植物照明蓬勃发展的重要因素之一。”

▲图源:广发证券

大麻具有医疗效用,可有效用于多种疾病。目前可合法使用医疗大麻的国家和地区包括:美国部分州、阿根廷、澳大利亚、加拿大、德国、希腊、以色列、意大利、荷兰、新西兰、葡萄牙、瑞士和泰国等等国家地区。

事实上当前全球LED植物照明应用重点集中在美国、日本等国外市场,国内LED植物照明存量需求市场并不大,但这也意味着国内未来增长空间巨大。中国农科院预测:根据我国现有农业产业规模估算,未来5年农用LED照明灯具及其控制装备的需求量将达到几十亿元。

3、技术标准落地

植物照明有了核心的技术与市场需求的铺垫,相应地技术标准也应运而生。2019年2月,中国成立植物照明咨询顾问组,首次开启植物照明相关的IEC标准规划标准规划工作。

2020 年11月,中国农业农村部组织制定的《温室植物补光灯质量评价技术规范》正式实施,对温室植物补光灯质量评价的性能指标及其检测方法进行了规范。该标准明确规定了温室植物补光灯的术语、基本要求、质量要求、检测方法等,适用于植物生长用的高压钠灯和LED灯的质量评定,其他光源植物补光灯也可参照使用。该标准对植物补光产品的三大性能指标——电气特征、光学特征、寿命做出了明确要求。该标准的制定有利于引导植物补光灯与设施园艺两大产业的健康发展。

2020 年9 月,美国DLC 发布了植物灯V2.0 标准的正式版,并将于2021 年3 月21日开始实施。2021年6月,DLC发布了园艺照明技术要求的更新版本2.1,此更新添加了其他符合条件的产品类型,将于2021年9月生效。使用LED 的园艺照明产品必须符合V2.1的规定,才有资格列入DLC固态园艺照明合格产品清单QPL。

▲图源:广发证券

植物照明相关技术标准落地,对于产业发展有着十分重大意义。而随着更多技术标准的发布与实施,全球各地植物照明市场的各个技术空白得到填补,会让更多的用户在植物照明产品的采购中有据可依,从而促进全球植物照明产业更加健康、有序发展。

结束

除此之外,新冠疫情背景下“供应链运输+食品安全忧虑”也正在显现,温室大棚和植物工厂等新型农业形式的普及,使得各大垂直企业农产积极融资、扩充产能,垂直农场建设驱动植物照明在2020年、2021年已经开启需求爆发期……

可喜的是,我国植物工厂已经取得了“水稻生育周期减半”的重要突破,使得LED照企们对LED植物照明市场的未来发展充满信心。未来LED植物照明能否有实现可持续发展?期待ing~

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