Баштапкы булак: Хоученг Лю. LED өсүмдүктөрдү жарыктандыруу өнөр жайынын өнүгүү абалы жана тенденциясы [J]. Жарыктандыруу инженериясы журналы, 2018,29(04):8-9.
Макаланын булагы: Материал тереңдетилгенден кийин

Жарык өсүмдүктөрдүн өсүшүнүн жана өнүгүшүнүн негизги экологиялык фактору болуп саналат. Жарык фотосинтез аркылуу өсүмдүктөрдүн өсүшүнө энергия гана бербестен, ошондой эле өсүмдүктөрдүн өсүшүнүн жана өнүгүшүнүн маанилүү жөнгө салуучусу болуп саналат. Жасалма жарыкты кошумчалоо же толук жасалма жарык нурлантуу өсүмдүктөрдүн өсүшүнө өбөлгө түзүп, түшүмдүүлүктү жогорулатып, продуктунун формасын, түсүн жакшыртып, функционалдык компоненттерди жакшыртып, оорулардын жана зыянкечтердин пайда болушун азайта алат. Бүгүн мен сиздер менен өсүмдүктөрдү жарыктандыруу өнөр жайынын өнүгүү абалы жана тенденциясы менен бөлүшөм.
Жасалма жарык булагы технологиясы өсүмдүктөрдү жарыктандыруу тармагында барган сайын кеңири колдонулууда. LED жарыктын жогорку натыйжалуулугу, аз жылуулук өндүрүү, кичинекей өлчөм, узак кызмат мөөнөтү жана башка көптөгөн артыкчылыктар сыяктуу көптөгөн артыкчылыктарга ээ. Ал өстүрүү үчүн жарыктандыруу тармагында айкын артыкчылыктарга ээ. Өстүрүү үчүн жарыктандыруу тармагы өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн LED жарыктандыруу шаймандарын акырындык менен колдоно баштайт.

A. LED өсүүчү жарыктандыруу тармагынын өнүгүү абалы 

1. Өсүмдүктөрдү жарыктандыруу үчүн LED топтому

Өсүмдүктөрдү жарыктандыруу үчүн LED таңгактоо тармагында таңгактоочу түзүлүштөрдүн көптөгөн түрлөрү бар жана бирдиктүү өлчөө жана баалоо стандарттык системасы жок. Ошондуктан, ата мекендик продукцияларга салыштырмалуу, чет элдик өндүрүүчүлөр негизинен жогорку кубаттуулуктагы, соб жана модулдук багыттарга көңүл бурушат, өсүмдүктөрдүн өсүү мүнөздөмөлөрүн жана гумандаштырылган жарыктандыруу чөйрөсүн эске алуу менен, өсүмдүктөрдүн өсүү мүнөздөмөлөрүн жана гумандаштырылган жарыктандыруу чөйрөсүн эске алуу менен, ар кандай өсүү циклдериндеги ар кандай өсүмдүктөрдүн ишенимдүүлүгү, жарыктын натыйжалуулугу, фотосинтетикалык нурлануу мүнөздөмөлөрү боюнча чоң техникалык артыкчылыктарга ээ, анын ичинде ар кандай өлчөмдөгү ар кандай жогорку кубаттуулуктагы, орто кубаттуулуктагы жана аз кубаттуулуктагы өсүмдүктөрдүн ар кандай өсүү чөйрөлөрүндөгү ар кандай өсүмдүктөрдүн муктаждыктарын канааттандыруу үчүн, өсүмдүктөрдүн өсүшүн максималдуу түрдө жогорулатуу жана энергияны үнөмдөө максатына жетүүнү күтүшөт.

Чип эпитаксиалдык пластиналары үчүн көптөгөн негизги патенттер дагы эле Жапониянын Nichia жана American Career сыяктуу алгачкы алдыңкы компаниялардын колунда. Ата мекендик чип өндүрүүчүлөрүндө дагы эле рынокто атаандаштыкка жөндөмдүү патенттелген продукциялар жетишсиз. Ошол эле учурда, көптөгөн компаниялар өстүрүүчү жарыктандыруучу чиптерди таңгактоо жаатында жаңы технологияларды иштеп чыгууда. Мисалы, Osram компаниясынын жука пленкалуу чип технологиясы чиптерди бири-бирине тыгыз таңгактап, чоң аянттагы жарыктандыруу бетин түзүүгө мүмкүндүк берет. Бул технологиянын негизинде, 660 нм толкун узундугуна ээ жогорку натыйжалуу LED жарыктандыруу системасы өстүрүүчү аймакта энергия керектөөнүн 40% ын азайта алат.

2. Жарыктандыруу спектрин жана түзмөктөрүн өстүрүү
Өсүмдүктөрдү жарыктандыруунун спектри татаалыраак жана ар түрдүү. Ар кандай өсүмдүктөрдүн ар кандай өсүү циклдеринде жана ал тургай ар кандай өсүү чөйрөлөрүндө талап кылынган спектрлерде чоң айырмачылыктар бар. Бул дифференциацияланган муктаждыктарды канааттандыруу үчүн, учурда тармакта төмөнкү схемалар бар: ①Бир нече монохроматтык жарык айкалыштыруу схемалары. Өсүмдүктөрдүн фотосинтези үчүн эң натыйжалуу үч спектр негизинен 450 нм жана 660 нм чокулары бар спектр, өсүмдүктөрдүн гүлдөшүн индукциялоо үчүн 730 нм тилкеси, ошондой эле 525 нм жашыл жарык жана 380 нмден төмөн ультрафиолет тилкеси. Эң ылайыктуу спектрди түзүү үчүн бул спектрлерди өсүмдүктөрдүн ар кандай муктаждыктарына жараша бириктириңиз. ②Өсүмдүктөрдүн суроо-талабынын спектрин толук камтууга жетүү үчүн толук спектр схемасы. Seoul Semiconductor жана Samsung тарабынан көрсөтүлгөн SUNLIKE чипине туура келген бул спектр эң натыйжалуу болбошу мүмкүн, бирок ал бардык өсүмдүктөр үчүн ылайыктуу жана баасы монохроматтык жарык айкалыштыруу чечимдерине караганда бир топ төмөн. ③Спектрдин эффективдүүлүгүн жогорулатуу үчүн негизги булак катары толук спектрдеги ак жарыкты, ал эми айкалышкан схема катары 660 нм кызыл жарыкты колдонуңуз. Бул схема үнөмдүү жана практикалык жактан пайдалуу.

Өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарык берүүчү монохроматтык жарык LED чиптери (негизги толкун узундуктары 450 нм, 660 нм, 730 нм) таңгактоочу түзүлүштөр көптөгөн ата мекендик жана чет элдик компаниялар тарабынан камтылган, ал эми ата мекендик продукциялар ар түрдүү жана көбүрөөк мүнөздөмөлөргө ээ, ал эми чет элдик өндүрүүчүлөрдүн продукциялары стандартташтырылган. Ошол эле учурда, фотосинтетикалык фотон агымы, жарыктын натыйжалуулугу ж.б. жагынан ата мекендик жана чет элдик таңгактоочу өндүрүүчүлөрдүн ортосунда дагы эле чоң айырмачылык бар. Өсүмдүктөрдү жарыктандыруучу монохроматтык жарык таңгактоочу түзүлүштөр үчүн, 450 нм, 660 нм жана 730 нм негизги толкун узундук тилкелери бар продукциялардан тышкары, көптөгөн өндүрүүчүлөр фотосинтетикалык активдүү нурлануунун (PAR) толкун узундугун (450-730 нм) толук камтуу үчүн башка толкун узундук тилкелеринде жаңы продукцияларды иштеп чыгышууда.

Монохроматтык LED өсүмдүктөрдү өстүрүүчү чырактар ​​бардык өсүмдүктөрдүн өсүшүнө ылайыктуу эмес. Ошондуктан, толук спектрдеги LED чырактардын артыкчылыктары баса белгиленет. Толук спектр алгач көрүнгөн жарыктын толук спектрин (400-700 нм) толук камтууга жетишиши керек жана бул эки тилкенин: көк-жашыл жарыктын (470-510 нм), терең кызыл жарыктын (660-700 нм) иштешин жогорулатышы керек. "Толук" спектрге жетүү үчүн кадимки көк LED же фосфор кошулган ультрафиолет LED чипти колдонуңуз, анын фотосинтетикалык эффективдүүлүгүнүн өзүнүн жогорку жана төмөнкү деңгээли бар. Өсүмдүктөрдү жарыктандыруучу ак LED таңгактоочу түзүлүштөрдүн көпчүлүк өндүрүүчүлөрү толук спектрге жетүү үчүн көк чип + фосфорлорду колдонушат. Ак жарыкты ишке ашыруу үчүн монохроматтык жарыктын жана көк жарыктын же ультрафиолет чип менен фосфордун таңгактоо режиминен тышкары, өсүмдүктөрдү жарыктандыруучу таңгактоочу түзүлүштөрдө кызыл он көк/ультрафиолет, RGB, RGBW сыяктуу эки же андан көп толкун узундугундагы чиптерди колдонгон курама таңгактоо режими да бар. Бул таңгактоо режими күңүрттөөдө чоң артыкчылыктарга ээ.

Кууш толкун узундугундагы LED өнүмдөрүнө келсек, көпчүлүк таңгактоочулар кардарларга 365-740 нм диапазондогу ар кандай толкун узундугундагы өнүмдөрдү сунуштай алышат. Фосфор менен айландырылган өсүмдүктөрдүн жарыктандыруу спектрине келсек, көпчүлүк таңгактоочу өндүрүүчүлөр кардарлар үчүн ар кандай спектрлерди сунушташат. 2016-жылга салыштырмалуу, 2017-жылы анын сатуу өсүү темпи бир топ жогорулады. Алардын арасында 660 нм LED жарык булагынын өсүү темпи 20%-50% чегинде топтолгон, ал эми фосфорго айландырылган өсүмдүк LED жарык булагынын сатуу өсүү темпи 50%-200% га жетет, башкача айтканда, фосфорго айландырылган өсүмдүк LED жарык булактарынын сатуу тезирээк өсүүдө.

Бардык таңгактоочу компаниялар 0,2-0,9 Вт жана 1-3 Вт жалпы таңгактоочу продукцияларды сунуштай алышат. Бул жарык булактары жарык берүүчү өндүрүүчүлөргө жарыктандыруу дизайнында жакшы ийкемдүүлүккө ээ болууга мүмкүндүк берет. Мындан тышкары, кээ бир өндүрүүчүлөр жогорку кубаттуулуктагы интеграцияланган таңгактоочу продукцияларды да сунушташат. Учурда көпчүлүк өндүрүүчүлөрдүн жөнөтүүлөрүнүн 80% дан ашыгы 0,2-0,9 Вт же 1-3 Вт түзөт. Алардын арасында алдыңкы эл аралык таңгактоочу компанияларынын жөнөтүүлөрү 1-3 Вт топтоштурулган, ал эми чакан жана орто таңгактоочу компанияларынын жөнөтүүлөрү 0,2-0,9 Вт топтоштурулган.

3. Өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарыктандыруунун колдонуу чөйрөлөрү

Колдонуу чөйрөсүнөн алганда, өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарык берүүчү шаймандар негизинен күнөскана жарыктандыруусунда, өсүмдүк заводдорун жасалма жарыктандырууда, өсүмдүк ткандарын өстүрүүдө, сырткы дыйканчылык талааларын жарыктандырууда, үй шартында жашылчаларды жана гүлдөрдү отургузууда жана лабораториялык изилдөөлөрдө колдонулат.

①Күн энергиясы менен иштеген күнөсканаларда жана көп аралыктуу күнөсканаларда кошумча жарыктандыруу үчүн жасалма жарыктын үлүшү дагы эле төмөн, ал эми металл галогенид лампалары жана жогорку басымдагы натрий лампалары негизгилери болуп саналат. LED өстүрүү жарыктандыруу системаларынын кирүү ылдамдыгы салыштырмалуу төмөн, бирок баасы төмөндөгөн сайын өсүү темпи тездей баштайт. Негизги себеби, колдонуучулар металл галогенид лампаларын жана жогорку басымдагы натрий лампаларын колдонуу боюнча көп жылдык тажрыйбага ээ жана металл галогенид лампаларын жана жогорку басымдагы натрий лампаларын колдонуу күнөскана үчүн жылуулук энергиясынын болжол менен 6% дан 8% га чейин камсыздай алат, ошол эле учурда өсүмдүктөрдүн күйүп кетишинен сактайт. LED өстүрүү жарыктандыруу системасы конкреттүү жана натыйжалуу көрсөтмөлөрдү жана маалыматтарды берген эмес, бул аны күндүзгү жана көп аралыктуу күнөсканаларда колдонууну кечеңдеткен. Учурда чакан масштабдагы демонстрациялык колдонмолор дагы эле негизги болуп саналат. LED муздак жарык булагы болгондуктан, ал өсүмдүктөрдүн чатырына салыштырмалуу жакын болушу мүмкүн, бул температуранын таасирин азайтат. Күндүзгү жана көп аралыктуу күнөсканаларда LED өстүрүү жарыктандыруу өсүмдүктөр аралык өстүрүүдө көбүрөөк колдонулат.

②Ачык дыйканчылык талааларында колдонуу. Өсүмдүктөрдү жарыктандыруунун жай өнүгүшү жана колдонулушу салыштырмалуу жай жүрүп жатат, ал эми жогорку экономикалык баалуулугу бар сырткы узак күндүк өсүмдүктөр (мисалы, ажыдаар жемиши) үчүн LED өсүмдүктөрдү жарыктандыруу системаларын (фотопериодду башкаруу) колдонуу тездик менен өнүгүп жатат.

③Өсүмдүк заводдору. Учурда эң тез жана кеңири колдонулган өсүмдүктөрдү жарыктандыруу системасы - бул толугу менен жасалма жарык берүүчү өсүмдүк заводу, ал категориясы боюнча борборлоштурулган көп катмарлуу жана бөлүштүрүлгөн кыймылдуу өсүмдүк заводдоруна бөлүнөт. Кытайда жасалма жарык берүүчү өсүмдүк заводдорунун өнүгүшү абдан тез. Борборлоштурулган көп катмарлуу толугу менен жасалма жарык берүүчү өсүмдүк заводунун негизги инвестициялык бөлүгү салттуу айыл чарба компаниялары эмес, Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong сыяктуу жарым өткөргүч жана керектөөчү электрондук продукцияларды чыгаруучу компаниялар, ошондой эле COFCO жана Xi Cui жана башка жаңы заманбап айыл чарба компаниялары. Бөлүштүрүлгөн жана мобилдик өсүмдүк заводдорунда жүк ташуучу контейнерлер (жаңы контейнерлер же колдонулган контейнерлерди реконструкциялоо) дагы эле стандарттуу ташуучулар катары колдонулат. Бардык жасалма өсүмдүктөрдүн өсүмдүктү жарыктандыруу системалары көбүнчө сызыктуу же жалпак панелдүү жарыктандыруу системаларын колдонушат жана отургузулган сорттордун саны өсүүдө. Ар кандай эксперименталдык жарык формуласы бар LED жарык булактары кеңири жана кеңири колдонула баштады. Рыноктогу продукциялар негизинен жашыл жалбырактуу жашылчалар.

④Турмуш өсүмдүктөрүн отургузуу. LED чырактары үй өсүмдүктөрү үчүн стол чырактарында, үй өсүмдүктөрүн отургузуучу текчелерде, үй жашылчаларын өстүрүүчү машиналарда ж.б. колдонулушу мүмкүн.

⑤Дары өсүмдүктөрүн өстүрүү. Дары өсүмдүктөрүн өстүрүү Anoectochilus жана Lithospermum сыяктуу өсүмдүктөрдү камтыйт. Бул рыноктордогу продукциялар жогорку экономикалык баалуулукка ээ жана учурда өсүмдүктөрдү жарыктандыруу көбүрөөк колдонулган тармак болуп саналат. Мындан тышкары, Түндүк Америкада жана Европанын айрым жерлеринде кара куурай өстүрүүнү мыйзамдаштыруу кара куурай өстүрүү тармагында LED өстүрүү жарыктандыруусун колдонууга өбөлгө түздү.

⑥Гүлдөөчү жарыктар. Гүл багбанчылык тармагында гүлдөрдүн гүлдөө убактысын жөнгө салуунун алмаштыргыс куралы катары, гүлдөөчү жарыктардын эң алгачкы колдонулушу ысытуу лампалары, андан кийин энергияны үнөмдөөчү люминесценттик лампалар болгон. LED индустриялаштыруунун өнүгүшү менен, акырындык менен салттуу лампалардын ордуна LED тибиндеги гүлдөөчү жарык берүүчү шаймандар көбүрөөк колдонула баштады.

⑦Өсүмдүк ткандарын өстүрүү. Ткандарды өстүрүүнүн салттуу жарык булактары негизинен ак флуоресценттик лампалар болуп саналат, алардын жарык берүүчү эффективдүүлүгү төмөн жана жылуулукту көп бөлүп чыгарууга жөндөмдүү. Светодиоддор аз энергия керектөө, аз жылуулук бөлүп чыгаруу жана узак кызмат кылуу сыяктуу өзгөчө өзгөчөлүктөрүнө байланыштуу натыйжалуу, башкарылуучу жана компакттуу өсүмдүк ткандарын өстүрүү үчүн көбүрөөк ылайыктуу. Учурда ак светодиод лампалары акырындык менен ак флуоресценттик лампаларды алмаштырууда.

4. Өсүмдүктөрдү жарыктандыруу компанияларынын аймактык бөлүштүрүлүшү

Статистикага ылайык, учурда менин өлкөмдө 300дөн ашык өстүрүү жарыктандыруу компаниялары бар, ал эми Перл дарыясынын дельтасы аймагындагы өстүрүү жарыктандыруу компаниялары 50% дан ашыгын түзөт жана алар буга чейин эле чоң позицияда. Янцзы дарыясынын дельтасындагы өстүрүү жарыктандыруу компаниялары болжол менен 30% түзөт жана ал дагы эле өстүрүү жарыктандыруу продукцияларын өндүрүүнүн маанилүү аймагы болуп саналат. Салттуу өстүрүү лампаларын чыгаруучу компаниялар негизинен Янцзы дарыясынын дельтасында, Перл дарыясынын дельтасында жана Бохай жээгинде жайгашкан, алардын ичинен Янцзы дарыясынын дельтасы 53%, ал эми Перл дарыясынын дельтасы жана Бохай жээги тиешелүүлүгүнө жараша 24% жана 22% түзөт. LED өстүрүү жарыктандыруу өндүрүүчүлөрүнүн негизги бөлүштүрүү аймактары Перл дарыясынын дельтасы (62%), Янцзы дарыясынын дельтасы (20%) жана Бохай жээги (12%).

B. LED өсүүчү жарыктандыруу тармагынын өнүгүү тенденциясы

1. Адистик

LED өстүрүү жарыктандыруусунун спектри жана жарык интенсивдүүлүгү, жалпы жылуулуктун аз бөлүнүп чыгышы жана суу өткөрбөй турган жакшы иштөө мүнөздөмөлөрү бар, ошондуктан ал ар кандай көрүнүштөрдө өстүрүү жарыктандыруусуна ылайыктуу. Ошол эле учурда, жаратылыш чөйрөсүндөгү өзгөрүүлөр жана адамдардын азык-түлүктүн сапатына умтулуусу айыл чарбасынын жана өстүрүү фабрикаларынын тез өнүгүшүнө өбөлгө түзүп, LED өстүрүү жарыктандыруу тармагын тез өнүгүү мезгилине алып келди. Келечекте LED өстүрүү жарыктандыруу айыл чарба өндүрүшүнүн натыйжалуулугун жогорулатууда, азык-түлүк коопсуздугун жакшыртууда жана мөмө-жемиштердин сапатын жакшыртууда маанилүү ролду ойнойт. Өстүрүү жарыктандыруусунун LED жарык булагы тармактын акырындык менен адистешүүсү менен андан ары өнүгөт жана максаттуу багытта жылат.

2. Жогорку натыйжалуулук

Жарыктын натыйжалуулугун жана энергиянын үнөмдүүлүгүн жогорулатуу өсүмдүктөрдү жарыктандыруунун эксплуатациялык чыгымдарын бир топ азайтуунун ачкычы болуп саналат. Салттуу лампаларды алмаштыруу үчүн светодиоддорду колдонуу жана көчөт этабынан баштап түшүм жыйноо этабына чейин өсүмдүктөрдүн жарык формуласынын талаптарына ылайык жарык чөйрөсүн динамикалык оптималдаштыруу жана тууралоо келечектеги тазаланган дыйканчылыктын сөзсүз тенденциялары болуп саналат. Түшүмдүүлүктү жогорулатуу жагынан алганда, аны өсүмдүктөрдүн өнүгүү мүнөздөмөлөрүнө ылайык жарык формуласы менен айкалыштырып, ар бир этапта өндүрүштүн натыйжалуулугун жана түшүмүн жогорулатуу үчүн этап-этабы менен жана аймактарда өстүрүүгө болот. Сапатты жакшыртуу жагынан алганда, азык заттардын жана башка саламаттыкты сактоо функционалдык ингредиенттеринин курамын көбөйтүү үчүн тамактанууну жөнгө салуу жана жарыкты жөнгө салуу колдонулушу мүмкүн.

Болжолдуу эсептөөлөр боюнча, жашылча көчөттөрүнө болгон учурдагы улуттук суроо-талап 680 миллиардды түзөт, ал эми завод көчөттөрүнүн өндүрүш кубаттуулугу 10% дан аз. Көчөт өнөр жайынын экологиялык талаптары жогору. Өндүрүш мезгили көбүнчө кыш жана жаз мезгилине туура келет. Табигый жарык начар жана жасалма кошумча жарык керек. Өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарыктандыруу салыштырмалуу жогорку киргизүү жана чыгарууга жана киргизүүнү кабыл алуунун жогорку деңгээлине ээ. LED уникалдуу артыкчылыктарга ээ, анткени мөмө-жемиштерди (помидор, бадыраң, коон ж.б.) кыйыштыруу керек, ал эми жогорку нымдуулук шарттарында жарыктын кошумча спектри кыйыштырылган көчөттөрдүн айыгышына өбөлгө түзөт. Күнөскана жашылчаларын отургузуу үчүн кошумча жарык табигый жарыктын жетишсиздигин толтуруп, өсүмдүктөрдүн фотосинтезинин натыйжалуулугун жакшыртып, гүлдөөнү жана мөмө берүүнү күчөтүп, түшүмдү жогорулатып, продукциянын сапатын жакшырта алат. LED өстүрүү үчүн жарыктандыруу жашылча көчөттөрүндө жана күнөскана өндүрүшүндө кеңири колдонуу келечегине ээ.

3. Акылдуу

Өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарыктандыруу жарыктын сапатын жана санын реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөөгө чоң суроо-талапка ээ. Акылдуу башкаруу технологиясынын өркүндөтүлүшү жана Буюмдар интернетинин колдонулушу менен, ар кандай монохроматтык спектрлер жана акылдуу башкаруу системалары убакытты, жарыкты көзөмөлдөөнү ишке ашыра алат жана өсүмдүктөрдүн өсүү абалына жараша жарыктын сапатын жана жарыктын чыгышын өз убагында жөнгө салуу өсүмдүктү өстүрүү үчүн жарыктандыруу технологиясынын келечектеги өнүгүүсүндөгү негизги тенденцияга айланат.