植物照明的發展現狀和趨勢如何?

2020-11-23 千家智客

   植物照明領域作為近年來發展較快的農業照明領域之一,LED以其光效高、發熱低、體積小、壽命長等諸多優點,在植物照明領域優勢明顯,植物照明等也隨著LED照明技術的日漸成熟,企業紛紛從通用照明市場轉戰植物照明領域,植物照明擁有廣闊前景。

  那麼,在發展的過程中,LED植物照明目前都存在哪些問題?目前LED在植物照明中的佔比是多少? LED與其他光源在植物照明的優劣對比,LED植物照明未來發展趨勢如何?在日前的植物照明會議上,諸位嘉賓對此進行了詳細的討論。

  1.如何看待目前植物照明整個產業的發展?

  方煒: 植物照明產業的未來應該是很樂觀的,從現在植物產品的銷售量看,不管是入門的菜葉還是養生的食材,甚至是會成為未來趨勢的藥材,不管是在國內還是臺灣日本,這些產品的售價越來越高,植物照明未來一定有很光明的前景。前提是,你的產品必須要有特色。

  產品有了特色,接下來決定產業是否成功的一點,就是看誰的商業營銷模式能夠順暢地執行。植物產品的生命周期很短,但很多人不會銷售,種的產品賣不出去,其實產品是需要不同路線的。從新鮮的蔬菜到加工品,從半成品到成品,當產品變得多元化,那麼銷售的渠道也變得多元化。銷量自然就上去了。

  2.目前LED在植物照明燈具佔整個市場份額佔多少?

  冼鈺倫:目前在大棚使用的植物照明燈具,全球來說主要還是高壓鈉燈,國內主要還是螢光燈,LED燈其實用得很少,近幾年在大麻領域中的應用增長速度有加快,部分植物工廠也有採用LED,但總體而言LED目前佔比還是很少。

  3.用植物照明種出來的蔬菜與普通蔬菜相比特點優勢在哪?

  蔣晶晶:有幾大特點,第一個最大的特點就是用植物工廠種出來的蔬菜非常安全,只有在一個可控的環境用LED燈照射它,通過人工控制來它的環境和營養液,這是超越綠色蔬菜的,而且在植物工廠裡面不需要使用任何的殺蟲劑、除草劑,我們的營養液避免傳統土壤裡面存在重金屬的汙染。第二個特點,因為我們是人工創造的捷徑環境,空氣是過濾過的,水是淨化的,灰塵和細菌含量非常低。第三個特點是植物工廠的產品非常新鮮,對比其他傳統農業種植長途運輸產生的損耗,植物工廠放在大城市周邊,從採收到餐桌可在12小時內完成,和在家門口種顆菜效果是一樣的。

  另外,跟傳統農業比,植物照明工廠可以定製,傳統農業受限於一年四季氣候和溫度變化的事實,雖然現在溫室大棚可以吃上反季節產品,但是植物工廠完全沒有季節的概念,它一年四季產品都一樣,而且高效。

  方煒:我們應該要有這樣的思維:植物工廠的菜和普通蔬菜的價值不一樣。在臺灣,植物工廠的菜只需要通過嚴謹的科學標準數據驗證。在室內,空氣粉塵的檢測是一立方公分的粉塵含量為十萬個的技術標準,滿足了這個標準的就鑑定為潔淨。無塵室標準是每立方公分有一萬粉塵量,而一般的食品加工廠是十萬,植物工廠不是無塵室,所以植物工廠滿足食品加工廠的環境要求就夠了,這種環境下種出來的菜已經達到生吃的標準。

  4.目前有沒有研究植物工廠種植出來的菜,在功能或者性能方面存在缺陷?人工種植會不會改變菜的結構,或者其他類似轉基因問題?

  方煒:人工光跟太陽光基本上是一樣的,對植物的長勢沒有差別。唯一的區別在於,如果這個植物偏紅色,你用準確的光譜,它就會種出正常顯色紅葉的生菜,可是你說蔬菜少了花青素會不會不同,只是少了部分營養而已。可能用水培系統種出來的菜,口感都會比較嫩,有些人很喜歡,有些人卻說不自然,人是唯一穿衣服的動物,但我們穿衣服也並沒有覺得不自然,所以不要把自然二字無限放大。

  植物工廠用數據說話,我們調節光從而種出對人有益的成分,太陽光裡面藍光跟紅光比例是固定的,但是通過照明可以讓我們需要的成分更多的出現,但並沒有改變蔬菜的基因,這是植物本身的能力,我們並沒有改變植物的基因。

  營養成分就是蔬菜的終端應用,有些營養價值更高,有些營養成分不是我們需要的,當我們需要植物的某個成分,可以通過物理條件去做調控,這就是植物工廠的好處,定向調控蔬菜對人體有益成分的生長,或者通過改變蔬菜的生長環境來調節不同的口味。

  5.怎麼看待種植大麻在中國是違法,但在荷蘭卻是合法?大麻種植的發展怎樣?

  陳光彩:大麻本身就是一把雙刃劍,它的用藥價值毋庸置疑。在美國不同的州有不一樣的法律,要看當地政府怎麼看待此事。目前在國內如果要種植大麻,必須要有一些特殊的許可證,或者在某些特殊的地方種植才可以。

  劉洋:美國很多州已經在大麻市場方面合法化了,現已有成熟燈具在使用。而且他們現在市場尋求一種比高壓鈉燈更高效的LED燈具方案,如果說你的LED燈具方案跟現在用的高壓鈉燈沒有明顯優勢,那推廣肯定是會存在一些阻礙的。

  6.LED和傳統光源金屬滷化物燈(HID)在植物照明的優缺點是什麼?陶瓷燈在國內外植物照明市場的發展趨勢怎麼樣?

  雷霆:高壓鈉燈在農用生產上用了很長時間,LED才剛開始運用,但作為普通照明來講,目前LED市場佔有率越來越高,很多傳統燈具被LED取代了,這是科技發展的必然趨勢。但金屬滷化物燈的光譜輸出比較固定,很難控制光譜的變化,所以適合某些特定植物的生長,目前西紅柿種植上金屬滷化物燈應用非常廣泛,但如果做植物工廠, LED比它好用得多,它的光譜更適合。不過目前LED的QE值跟金屬滷化物燈對比,LED沒有明顯優勢。

  方煒: HID比較難應用在垂直農場,一是它的熱,另一個是它的體積。在溫室裡面,HID也很難跟高壓鈉燈競爭,因為光譜的傾向不太一樣,全世界溫室人工補光基本上都是高壓鈉燈,LED早期應用在溫室裡面的是荷蘭人,想取代高壓鈉燈,但後來發現不可行,高壓鈉燈在溫室裝很高,大概4、5米的高度,一個燈涵蓋下面很大面積的植物,LED安裝在這個高下面光會少很多,所以目前荷蘭使用兩者結合的方式,頭燈用高壓鈉燈,植物跟植物間距15、20公分使用可調節高度的LED,,專門去照結果上方的葉片,兩者結合效果非常好,而且LED基本上只要紅光就夠了。

  7.水培蔬菜跟植物工廠有什麼區別,植物工廠蔬菜裡面會不會有昆蟲生長?

  蔣晶晶:無論是大棚溫室還是室內全人工光工廠,都會長蟲。關鍵在於怎麼控制,大棚溫室是一個半人工控制環境的,開關門狀態沒有進行很好管理的話,就會有蟲子進來,通常空間很大也有蟲子進來。植物工廠管理和溫室大棚管理嚴格條件不是一個級別,我們進植物工廠,人的毛髮都要進行保護,另外植物工廠的空氣、水都是經過淨化或者過濾的,如果嚴格按照植物工廠的管理模式,長蟲的概率非常低,所以植物工廠不允許使用殺蟲藥。在溫室大棚,我們只能儘量去降低它的汙染比例,通過營養液進行水培是其中一個方法。

  在光質不同的基礎上,怎麼樣保證它的光通量密度?另外,怎麼去確保它是在同樣的光強度中。比如紅藍兩種不同光源組合成同樣功率,而且藍光晶片與紅光晶片電壓晶片不太一樣,不同的數量好像代表不同的光強度,就是PPF是不一樣的,因為光著通量跟植物葉綠素A和B有關係。

  陳光彩:即使是同樣的PPF,每瓦類似光效的概念,不同的光譜做出來對植物生長的影響肯定也是不同的,現在很多市面上賣的燈具,很多就是以PPF每瓦衡量性能,我覺得這個是不全面的,因為他並沒有包含光譜。有效的PPF對植物增長光譜非常重要。

  我們都知道,在燈具設計的時候,任何一個燈照下來的光斑要實現完全均勻是很難的,只能在燈具生產的階段通過光學設計實現,儘可能把光做得更均勻,比如針對中功率的一些線性燈做得很不錯,如果你是要在大棚裡補光,就需要更加精準的光學設計。

  8.在進行植物照明研究時,在同樣的PPFD下進行的光試驗,和在不同的的PPFD下進行的,是否會導致最終的試驗結果不同?

  方煒:PPFD一樣的情況比較光譜,如果PPFD有高有低,光譜不同,研究成果基本就沒有說服力。不過這要看研究的方向,如果是PPFD一樣,光譜不同,這就是做光譜的研究;也有的研究是PPFD不一樣,而是能耗一樣,相同的燈正常使用,比如每根20瓦的燈點亮5根,通過擺放高度的調整,比較的是栽培力度的不同,這些都要整體一起考量。

  我覺得有幾個指標可以用來衡量植物工廠整體的效能,第一個是燈安裝完以後去量,量的指標跟PPFD除以瓦的指標就是光源本身的指標。光源耗電產生多少光子,需要測量栽培面的PPFD,用PPFD單位來做指標衡量裝完後的狀況。

  還有一個指標叫電力產能,從蔬菜播種發芽到種出成品,算上總的蔬菜種植量,除以耗電量,這個指標可以衡量能源產能,即每度電能種植多少蔬菜。

  最後一個指標是光子的產能,通過不同光譜相同的光子數,看植物生長表現,馬上可以判別優劣。

 

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