我國植物照明燈具的現狀及發展趨勢如何

我國植物照明燈具的現狀及發展趨勢如何

工程師吳畏 發表於 2018-10-16 15:01:00

一、植物照明產業現狀

1、我國植物照明企業區域分布情況

目前我國從事植物照明的企業已經超過300家，比2015年的統計數據增長了接近一倍。從我國植物照明產業整體來看，珠三角地區的植物照明產業已經處於主要位置，佔比超過50％；長三角地區依舊是重要的生產地區，佔比為30％；其它地區佔比為18％。

當前植物照明燈具可以劃分為兩大陣營：

（1）傳統植物照明燈具如：HPS、節能螢光燈、HID

（2）新興的LED植物照明燈具

傳統類型植物燈成本較低，目前在植物照明產業中仍舊佔據一定比例。但從我國植物照明燈具的出口數據分析，2015年以來傳統類型植物照明燈具的出口數據處於一個負增長的態勢，市場份額在逐步萎縮。據統計，我國的傳統類型植物燈企業主要分布在長三角、珠三角和環渤海地區。長三角地區佔比53％，珠三角和環渤海地區分別佔據24％和22％。LED植物照明生產企業主要分布區域為珠三角地區佔比62％，長三角地區20％，環渤海地區為12％。

圖1、全國植物照明廠家區域分布情況

2、全球植物燈生產廠家地區分布情況

目前全球植物燈市場上除中國大陸地區之外，應用最為成熟的地區為：北美、歐洲和日本地區，從數據統計顯示美國和日本地區的知名製造廠家分別佔比是37％和23％，是植物燈應用市場最為活躍的地區。

圖4．全球植物照明燈具生產廠家地區分布情況（除中國大陸地區外）

圖5．LED在植物照明應用領域專利的各地區佔比

3、LED在植物照明應用領域專利的各地區佔比

截止2017年底，從植物照明應用領域的專利佔比來看，日本地區擁有180件，佔比27．1％，排名第一。中國以141件的專利申請量，佔比21％，緊隨其後。這些數據表明，LED植物照明的創新最為活躍的地區是亞洲，其中日本已經通過多年的植物工廠應用方面積累了較多的技術經驗，中國雖然發展滯後，但創新能力很強，相信很快會超過日本，在全球處於領先地位。

4、國內LED植物照明產業狀況分析

從目前進入LED植物照明領域企業的情況來看，主要有兩個特點：

第一、我國LED應用企業數量眾多，但LED植物照明是一個新興領域，2005年以後我國相關機構才開始進行該領域研究，因此進入LED植物照明領域的企業和機構並不多，目前還沒有一家企業在此領域具備明顯的優勢。

第二、多數企業對LED植物照明還處在觀望或試水階段，沒有幾家企業把植物照明產品作為企業的主打產品，而只是小規模的試製及做些示範推廣項目，更沒有在核心技術和下遊銷售渠道建設等方面進行大量投入，產品的發展方向與市場規劃也不太明確。

二、LED植物照明技術現狀及發展趨勢

1、LED植物照明的光譜

植物照明的光譜比較複雜，多樣化，不同植物不同的生長周期甚至在不同的生長環境下，所需的光譜都存在較大的差異。為了滿足這些差異化的需求，目前業界內有以下幾種方案：

1．1 以歐司朗、飛利浦為代表的多種單色光組合方案，以對植物光合作用最有效的峰值為450nm、660nm的光譜和對植物開花誘導的730nm波段這三段光譜為主，再加少許525nm的綠光以及低於380nm的紫外波段，這幾種光譜依照植物的不同需求而組合出最適宜的光譜。

1．2 以首爾半導體、三星為代表的SUNLIKE（仿太陽光光譜），此光譜被業界稱之為全光譜，實現植物需求光譜全覆蓋。業內很多專家非常認同此種做法，此類光譜未必是最高效的，但一定是不會出差錯的，而且成本較單色光組合方案低很多，容易被市場接受。

1．3 取方案1和方案2的優勢組合，目前在業內有幾家公司採用了這種組合方案，以全光譜白光為主，加上660nm的紅光來提高光譜的有效性。這種方案較經濟實用，在未來一段時期內應有較大的市場。

隨著智能控制技術的提高、物聯網的應用，道路照明、家居照明已經開始朝智能控制方面發展，植物照明對光質光量可實時調控這種複雜的需求更加強烈，所以多種單色光譜加智能控制系統實現時控、光控、根據植物的生長狀態適時調整的光質光量輸出勢必成為未來植物照明技術發展的主趨勢。

2、各類型植物照明燈具能效

2．1 傳統高壓鈉燈類農用鈉燈燈具光子能效QE介於1．8－2．2umol／J。農用鈉燈的單位功率光量子輸出比較高，但其中光合效率比較低的黃綠光佔比也比較高。

2．2 目前LED植物燈燈具光子能效QE介於1．0－2．1umol／J，產品性能差別較大。目前已經有廠家推出電光轉換效率超過50％的燈珠，最新的LED植物燈燈具綜合光子能效已經超過2．2umol／J，從技術上來說LED的單位發光量已經超過傳統農用鈉燈。

3、LED植物照明燈具與傳統燈具的對比

3．1 相對傳統照明中的節能螢光燈具，LED具有比螢光燈具更高的光電轉換效率，燈具發熱量也大大減少。

3．2 相對傳統照明中的高壓鈉燈燈具，LED為冷光源能夠離植物更加靠近的距離，同時發熱量的減少可以為植物工廠節省更多的能源。

3．3 目前主流LED植物照明燈具應用的電光轉換效率已經超過35％，最新燈具的電光轉換效率已經超過50％，燈具光合光量子能效已經超過傳統農用鈉燈。

3．4 阻礙LED植物照明替代傳統照明的最大問題在於LED燈具的性價比上，LED燈具的成本偏高，較傳統燈具在單位面積上的初期投入大較多。但隨著量能的擴大，LED植物照明燈具的成本會象常規LED照明燈具一樣迅速下降，很快進入良性循環。

三、LED植物照明市場應用的發展

目前動植物照明應用的市場比較廣，可簡單地分為以下幾種應用場合：植物工廠、日光溫室、室內食用菌種植、家居植物種植、花期控制、藻類培養以及水產、家禽養殖等。面對如此龐大的市場如何破冰，讓LED植物照明迅速地得到應用，從而造福社會、造福人類？筆者認為，首先要充分發揮LED的特點與優勢，讓終端用戶短期能夠獲利是關鍵！ 經過這兩年對市場的調研，筆者認為可從以下幾個應用市場突破：

1、家居植物種植

LED燈具特點是功率小、光效高、發熱量低，所以在家居照明已得到廣泛應用。那麼在家居植物照明領域，LED自然當仁不讓成為首選，可應用於家用植物檯燈、家庭植物種植架、家用蔬菜生長機等方面。隨著人民生活水平的高，家庭園藝逐步興起，目前國內家庭用觀賞植物發展迅速，家庭園藝植物照明應用前景廣闊。

2、室內食用菌種植

食用菌工廠化生產後，室內栽培環境變為全暗室。大部分的食用菌子實體的形成必須有光的刺激，同時光的好壞也會影響出菇的品質和整體產量。室內食用菌種植對光的需求量不高，種植密度大，需近距離照射。LED作為冷源、光源體積小、產品外觀表現形式隨意，這幾個特點是其它光源無法比擬的，所以特別適合該應用領域。我國食用菌產業為全球第一，隨著食用菌工廠化，食用菌相關照明存在相當大的市場規模。

3、藥用植物培育

這個領域屬高端種植領域，藥用植物的栽培如：蟲草、金線蓮、鐵皮石斛等，這些市場的產品具有更高的經濟價值，是目前植物照明應用較多的一個產業。尤其是大麻種殖在北美和歐洲部分地區的合法化，讓LED植物照明在該領域的應用如火如荼，部分企業以此市場作為主打市場，已經有了較高的產值與收益。

4、花期燈

作為花卉園藝產業中調整花卉開花時間的必備工具，最早應用的花期燈具為白熾燈，隨後的節能螢光燈，隨著LED的產業化進展更多的LED類型花期燈具已經逐步取代傳統燈具。

5、水產養殖、家禽養殖、藻類培養

LED驅動電壓低、發熱量小、光譜可選擇、防護等級高這些特點讓LED在該領域的應用具有其它燈具難以比擬的優勢，目前在水產養殖與家禽養殖方面的應用已經具備了一定的規模，得到用戶的認可。特殊藻類的培育目前主要市場依舊在國外，某些具有特殊功能的藻類被廣泛地應用於保健食品及藥品的生產，某些研究機構更是希望通過藻類培育並將其轉換為生物能源以減少化石化能源的使用，屬於一個比較有前景的產業發展方向。

家禽養殖中照明應用各類藻類在人造光源下培養生長的情況

6、日光溫室工廠化育苗產業

據國家統計數據顯示，2017年中國蔬菜產量約為82405萬噸。據估算，目前全國育苗需求量6800億株，我國工廠化育苗每年只有500億株的生產能力，其中優質的只有200億株。隨著設施農業的進展，未來幾年國內育苗產業補光市場保守估計將超過20億元。該產業投入產出比較高，對投入的接受度高；該產業又屬於訂單式生產，產品質量與交期對種植戶的影響較大，所以要不受天氣影響，也需要人工補光；還要提到的是該產業部分產品需要嫁接，而在嫁接癒合過程中對光量要進行控制，還需要一定的紫外光促進癒合效果，LED在這方面又具備獨特的優勢。所以這個產業可以作為LED植物照明批量應用的先行市場。

7、日光溫室種植

溫室種植補光，目前主要應用在北美和北歐地區。主要通過補光維持植物平穩生長，延長結果期，提升產量，並在提高產品品質上具有一定的效果。我國溫室補光市場目前主要集中在華中和華北設施農業產區，主要應用還局限在育苗和花卉栽培領域。針對蔬菜設施栽培上的應用尚處於一個推廣示範階段。未來溫室補光主要還在於蔬果種植補光領域，整體市場需求量預計會超過100億元／年。

前面幾個應用市場可作為LED植物照明前期的突破口，但真正用量較大的當屬日光溫室種植補光和植物工廠照明這兩個市場，這兩個市場如果爆發，所需求的燈具數量，整個產業的產值將是巨大的，總的體量將比目前的公共照明、家居照明、裝飾照明、汽車照明等領域都要大，所以這兩個市場將是LED植物照明未來發展的主要方向。

8、植物工廠

全球來看，非農產業的巨頭企業紛紛涉足植物工廠，如飛利浦、歐司朗、三菱、GE、西門子、豐田、富士通、夏普、臺灣鴻海等都有涉足，工業資本試圖掌握農業產品的生產，使植物工廠具備雙重產業的特性，植物工廠是工業與農業跨界的產品，植物工廠的這一屬性決定了植物工廠將會成為新的投資熱點。我國國內農眾物聯、中科三安、京東方、京東、綠愛、邁信、旭田等企業紛紛投入巨資進入植物工廠領域，帶來新的產業變化。植物工廠生產的潔淨蔬菜，開始為中國的食品安全提供一個可靠的選擇。

2016年8月，AeroFarms攜手金沙江資本宣布建立全球最大的植物工廠。

2017年3月，中科三安宣布建造50000平方米的植物工廠，規模為全球第一，預計投資70億元。

2017年9月，蘇州松下生產科技有限公司宣布新植物工廠竣工。

2018年3月，富士康宣布在深圳建立智慧農場。

綜合當前的植物照明發展狀況來看，LED植物照明由於其具有光譜可調、光量可調、及整體發熱小的發光特點。已經被應用於各種場合的植物照明，同時由於外部環境的變化及人們對食物品質的追求，促進了植物工廠的蓬勃發展，也使LED植物照明行業進入快速發展期，未來LED植物照明將會在提升農業生產效率、提高食品安全、改善蔬果品質方面發揮重要作用，從而造福社會、造福人類！

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