Orijinal Kaynak: Houcheng Liu. LED bitki aydınlatma endüstrisinin gelişim durumu ve trendi[J]. Aydınlatma Mühendisliği Dergisi, 2018, 29(04): 8-9.
Makale Kaynağı: Material Once Deep

Işık, bitki büyüme ve gelişmesinin temel çevresel faktörüdür. Işık, fotosentez yoluyla bitki büyümesi için enerji sağlamanın yanı sıra, bitki büyüme ve gelişmesinin önemli bir düzenleyicisidir. Yapay ışık takviyesi veya tamamen yapay ışıkla aydınlatma, bitki büyümesini teşvik edebilir, verimi artırabilir, ürünün şeklini ve rengini iyileştirebilir, fonksiyonel bileşenlerini geliştirebilir ve hastalık ve zararlıların oluşumunu azaltabilir. Bugün sizlerle bitki aydınlatma sektörünün gelişim durumu ve trendini paylaşacağım.
Yapay ışık kaynağı teknolojisi, bitki aydınlatması alanında giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. LED'ler, yüksek ışık verimliliği, düşük ısı üretimi, küçük boyut, uzun ömür ve daha birçok avantaj gibi birçok özelliğe sahiptir. Bitki yetiştirme aydınlatması alanında belirgin avantajları vardır. Bitki yetiştirme aydınlatma sektörü, bitki yetiştiriciliğinde LED aydınlatma armatürlerini kademeli olarak benimseyecektir.

A. LED bitki yetiştirme aydınlatma sektörünün gelişim durumu 

1. Bitki yetiştirme aydınlatması için LED paketi

Bitki yetiştirme aydınlatması LED paketleme alanında birçok farklı paketleme cihazı bulunmakta olup, birleşik bir ölçüm ve değerlendirme standardı sistemi mevcut değildir. Bu nedenle, yerli ürünlerle karşılaştırıldığında, yabancı üreticiler ağırlıklı olarak yüksek güçlü, COB ve modüler aydınlatma yönlerine odaklanmakta, bitki büyüme özelliklerini ve insanlaştırılmış aydınlatma ortamını dikkate alarak, farklı büyüme döngülerindeki farklı bitkilerin güvenilirlik, ışık verimliliği ve fotosentetik radyasyon özelliklerinde daha büyük teknik avantajlara sahip beyaz ışık serisi bitki yetiştirme aydınlatmaları üretmektedir. Bu ürünler, farklı boyutlarda çeşitli yüksek güçlü, orta güçlü ve düşük güçlü bitki ürünleri içermekte olup, farklı büyüme ortamlarındaki çeşitli bitkilerin ihtiyaçlarını karşılamayı ve bitki büyümesini en üst düzeye çıkarmayı ve enerji tasarrufu sağlamayı hedeflemektedir.

Çip epitaksiyel levhalar için çok sayıda temel patent hala Japonya'nın Nichia ve Amerika'nın Career gibi önde gelen şirketlerinin elinde bulunuyor. Yerli çip üreticileri hala piyasa rekabet gücüne sahip patentli ürünlerden yoksun. Aynı zamanda, birçok şirket de bitki yetiştirme aydınlatma paketleme çipleri alanında yeni teknolojiler geliştiriyor. Örneğin, Osram'ın ince film çip teknolojisi, çiplerin birbirine yakın paketlenerek geniş alanlı bir aydınlatma yüzeyi oluşturmasını sağlıyor. Bu teknolojiye dayalı olarak, 660 nm dalga boyuna sahip yüksek verimli bir LED aydınlatma sistemi, yetiştirme alanındaki enerji tüketimini %40 oranında azaltabiliyor.

2. Bitki yetiştirme aydınlatma spektrumu ve cihazları
Bitki aydınlatmasının spektrumu daha karmaşık ve çeşitlidir. Farklı bitkilerin, farklı büyüme döngülerinde ve hatta farklı büyüme ortamlarında ihtiyaç duydukları spektrumlarda büyük farklılıklar vardır. Bu farklılaşmış ihtiyaçları karşılamak için, sektörde şu anda aşağıdaki şemalar mevcuttur: ①Çoklu monokromatik ışık kombinasyon şemaları. Bitki fotosentezi için en etkili üç spektrum, esas olarak 450nm ve 660nm'de tepe noktalarına sahip spektrum, bitki çiçeklenmesini teşvik eden 730nm bandı, ayrıca 525nm'lik yeşil ışık ve 380nm'nin altındaki ultraviyole bandıdır. Bitkilerin farklı ihtiyaçlarına göre bu spektrum türleri birleştirilerek en uygun spektrum oluşturulur. ②Bitki talebinin spektrumunun tam kapsamını sağlayan tam spektrum şeması. Seoul Semiconductor ve Samsung tarafından temsil edilen SUNLIKE çipine karşılık gelen bu spektrum türü en verimli olmayabilir, ancak tüm bitkiler için uygundur ve maliyeti monokromatik ışık kombinasyon çözümlerine göre çok daha düşüktür. ③ Spektrumun etkinliğini artırmak için ana unsur olarak tam spektrumlu beyaz ışık ve kombinasyon şeması olarak 660 nm kırmızı ışık kullanılmıştır. Bu şema daha ekonomik ve pratiktir.

Bitki yetiştirme aydınlatması için monokromatik LED çipleri (ana dalga boyları 450nm, 660nm, 730nm) paketleme cihazları, birçok yerli ve yabancı şirket tarafından üretilmektedir. Yerli ürünler daha çeşitli ve daha fazla özelliğe sahipken, yabancı üreticilerin ürünleri daha standartlaştırılmıştır. Aynı zamanda, fotosentetik foton akısı, ışık verimliliği vb. açısından yerli ve yabancı paketleme üreticileri arasında hala büyük bir fark bulunmaktadır. Bitki aydınlatması monokromatik ışık paketleme cihazları için, 450nm, 660nm ve 730nm ana dalga boyu bantlarına sahip ürünlere ek olarak, birçok üretici fotosentetik olarak aktif radyasyon (PAR) dalga boyunun (450-730nm) tam kapsamını sağlamak için diğer dalga boyu bantlarında da yeni ürünler geliştirmektedir.

Tek renkli LED bitki yetiştirme lambaları tüm bitkilerin büyümesi için uygun değildir. Bu nedenle, tam spektrumlu LED'lerin avantajları vurgulanmaktadır. Tam spektrum elde etmek için öncelikle görünür ışığın (400-700nm) tüm spektrumunun tam kapsamı sağlanmalı ve mavi-yeşil ışık (470-510nm) ve koyu kırmızı ışık (660-700nm) olmak üzere iki bandın performansı artırılmalıdır. "Tam" spektrum elde etmek için fosforlu sıradan mavi LED veya ultraviyole LED çipi kullanılır ve fotosentetik verimliliğinin kendine özgü yüksek ve düşük yönleri vardır. Bitki aydınlatma beyaz LED paketleme cihazlarının çoğu üreticisi, tam spektrum elde etmek için mavi çip + fosfor kullanır. Tek renkli ışık ve mavi ışık veya ultraviyole çip artı fosfor ile beyaz ışık elde etme paketleme moduna ek olarak, bitki aydınlatma paketleme cihazları ayrıca kırmızı on mavi/ultraviyole, RGB, RGBW gibi iki veya daha fazla dalga boylu çip kullanan kompozit paketleme moduna da sahiptir. Bu paketleme modu, karartmada büyük avantajlara sahiptir.

Dar dalga boylu LED ürünleri söz konusu olduğunda, çoğu ambalaj tedarikçisi müşterilerine 365-740nm aralığında çeşitli dalga boylu ürünler sunabilmektedir. Fosforlarla dönüştürülen bitki aydınlatma spektrumuna gelince, çoğu ambalaj üreticisi müşterilerin seçebileceği çeşitli spektrumlar sunmaktadır. 2016 yılına kıyasla, 2017 yılında satış büyüme oranında önemli bir artış kaydedilmiştir. Bunlar arasında, 660nm LED ışık kaynağının büyüme oranı %20-50 arasında yoğunlaşırken, fosforla dönüştürülmüş bitki LED ışık kaynağının satış büyüme oranı %50-200'e ulaşmaktadır; yani fosforla dönüştürülmüş bitki LED ışık kaynaklarının satışları daha hızlı büyümektedir.

Tüm ambalaj şirketleri 0,2-0,9 W ve 1-3 W genel ambalaj ürünleri sağlayabilir. Bu ışık kaynakları, aydınlatma üreticilerine aydınlatma tasarımında iyi bir esneklik sağlar. Ayrıca, bazı üreticiler daha yüksek güçte entegre ambalaj ürünleri de sunmaktadır. Şu anda, çoğu üreticinin sevkiyatlarının %80'inden fazlası 0,2-0,9 W veya 1-3 W aralığındadır. Bunlar arasında, önde gelen uluslararası ambalaj şirketlerinin sevkiyatları 1-3 W aralığında yoğunlaşırken, küçük ve orta ölçekli ambalaj şirketlerinin sevkiyatları 0,2-0,9 W aralığında yoğunlaşmaktadır.

3. Bitki yetiştirme aydınlatmasının uygulama alanları

Uygulama alanına bakıldığında, bitki yetiştirme aydınlatma armatürleri başlıca sera aydınlatmasında, tamamen yapay ışıklı bitki fabrikalarında, bitki doku kültüründe, açık alan tarım arazisi aydınlatmasında, evlerde sebze ve çiçek yetiştiriciliğinde ve laboratuvar araştırmalarında kullanılmaktadır.

①Güneş enerjili seralarda ve çok bölmeli seralarda, ek aydınlatma için yapay ışığın oranı hala düşüktür ve başlıca kullanılanlar metal halid lambalar ve yüksek basınçlı sodyum lambalardır. LED bitki yetiştirme aydınlatma sistemlerinin yaygınlaşma oranı nispeten düşüktür, ancak maliyet düştükçe büyüme hızı ivme kazanmaya başlamıştır. Bunun temel nedeni, kullanıcıların metal halid lambalar ve yüksek basınçlı sodyum lambaları kullanma konusunda uzun süreli deneyime sahip olmaları ve bu lambaların bitkilere zarar vermeden seranın ısı enerjisinin yaklaşık %6 ila %8'ini karşılayabilmesidir. LED bitki yetiştirme aydınlatma sistemi, özel ve etkili talimatlar ve veri desteği sağlamadığı için, gün ışığı alan ve çok bölmeli seralarda uygulaması gecikmiştir. Şu anda, küçük ölçekli gösterim uygulamaları hala ana faaliyet alanıdır. LED soğuk bir ışık kaynağı olduğu için, bitkilerin gölgeliklerine nispeten yakın olabilir ve bu da sıcaklık üzerinde daha az etkiye neden olur. Gün ışığı alan ve çok bölmeli seralarda, LED bitki yetiştirme aydınlatması, bitkiler arası yetiştirmede daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

②Açık alan tarımında uygulama. Bitki aydınlatmasının tesis tarımında yaygınlaşması ve uygulanması nispeten yavaş ilerlerken, yüksek ekonomik değere sahip (ejder meyvesi gibi) uzun gün bitkileri için LED bitki aydınlatma sistemlerinin (fotoperiyot kontrolü) uygulanması hızlı bir gelişme göstermiştir.

③ Bitki Fabrikaları. Şu anda en hızlı ve en yaygın kullanılan bitki aydınlatma sistemi, merkezi çok katlı ve dağıtılmış mobil bitki fabrikaları olmak üzere ikiye ayrılan tamamen yapay ışıklı bitki fabrikalarıdır. Çin'de yapay ışıklı bitki fabrikalarının gelişimi çok hızlıdır. Merkezi çok katlı tamamen yapay ışıklı bitki fabrikalarının ana yatırımcıları geleneksel tarım şirketleri değil, Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong gibi yarı iletken ve tüketici elektroniği ürünleri ile uğraşan şirketler ve ayrıca COFCO ve Xi Cui gibi yeni modern tarım şirketleridir. Dağıtılmış ve mobil bitki fabrikalarında ise standart taşıyıcı olarak hala nakliye konteynerleri (yeni konteynerler veya ikinci el konteynerlerin yeniden yapılandırılması) kullanılmaktadır. Tamamen yapay bitkilerin bitki aydınlatma sistemlerinde çoğunlukla doğrusal veya düz panel dizi aydınlatma sistemleri kullanılmakta ve ekilen çeşit sayısı sürekli artmaktadır. Çeşitli deneysel ışık formüllü LED ışık kaynakları yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Piyasadaki ürünler ağırlıklı olarak yeşil yapraklı sebzelerdir.

④Ev bitkilerinin yetiştirilmesi. LED'ler ev tipi bitki masa lambalarında, ev tipi bitki dikim raflarında, ev tipi sebze yetiştirme makinelerinde vb. kullanılabilir.

⑤Tıbbi bitkilerin yetiştirilmesi. Tıbbi bitkilerin yetiştirilmesi, Anoectochilus ve Lithospermum gibi bitkileri içerir. Bu pazarlardaki ürünler daha yüksek ekonomik değere sahiptir ve şu anda bitki aydınlatma uygulamalarının daha fazla kullanıldığı bir sektördür. Ayrıca, Kuzey Amerika ve Avrupa'nın bazı bölgelerinde kenevir yetiştiriciliğinin yasallaşması, kenevir yetiştiriciliği alanında LED bitki yetiştirme aydınlatmasının kullanımını teşvik etmiştir.

⑥Çiçek açma ışıkları. Çiçek yetiştiriciliği sektöründe çiçeklerin çiçeklenme zamanını ayarlamak için vazgeçilmez bir araç olan çiçek açma ışıklarının ilk uygulamaları akkor lambalarla yapılmış, ardından enerji tasarruflu floresan lambalar gelmiştir. LED endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, daha fazla LED tipi çiçek açma aydınlatma armatürü geleneksel lambaların yerini yavaş yavaş almıştır.

⑦Bitki doku kültürü. Geleneksel doku kültürü ışık kaynakları çoğunlukla düşük ışık verimliliğine ve yüksek ısı üretimine sahip beyaz floresan lambalardır. LED'ler, düşük güç tüketimi, düşük ısı üretimi ve uzun ömür gibi üstün özellikleri nedeniyle verimli, kontrol edilebilir ve kompakt bitki doku kültürü için daha uygundur. Şu anda beyaz LED tüpler, beyaz floresan lambaların yerini yavaş yavaş almaktadır.

4. Bitki yetiştirme aydınlatma şirketlerinin bölgesel dağılımı

İstatistiklere göre, ülkemizde şu anda 300'den fazla bitki yetiştirme aydınlatma şirketi bulunmaktadır ve İnci Nehri Deltası bölgesindeki şirketler bunların %50'sinden fazlasını oluşturarak önemli bir konuma sahiptir. Yangtze Nehri Deltası'ndaki şirketlerin payı yaklaşık %30 olup, burası da bitki yetiştirme aydınlatma ürünleri için önemli bir üretim alanıdır. Geleneksel bitki yetiştirme lambası şirketleri ağırlıklı olarak Yangtze Nehri Deltası, İnci Nehri Deltası ve Bohai Kıyısı'nda dağılmıştır; Yangtze Nehri Deltası %53, İnci Nehri Deltası ve Bohai Kıyısı ise sırasıyla %24 ve %22'lik paya sahiptir. LED bitki yetiştirme aydınlatma üreticilerinin ana dağıtım alanları ise İnci Nehri Deltası (%62), Yangtze Nehri Deltası (%20) ve Bohai Kıyısı (%12)'dır.

B. LED bitki yetiştirme aydınlatma sektörünün gelişim trendi

1. Uzmanlaşma

LED bitki yetiştirme lambaları, ayarlanabilir spektrum ve ışık yoğunluğu, düşük genel ısı üretimi ve iyi su geçirmezlik performansı gibi özelliklere sahip olduğundan, çeşitli ortamlarda bitki yetiştirme aydınlatması için uygundur. Aynı zamanda, doğal çevredeki değişiklikler ve insanların gıda kalitesine yönelik arayışları, tesis tarımı ve bitki yetiştirme fabrikalarının güçlü gelişimini teşvik etmiş ve LED bitki yetiştirme lambası sektörünü hızlı bir gelişme dönemine sokmuştur. Gelecekte, LED bitki yetiştirme lambaları tarımsal üretim verimliliğini artırmada, gıda güvenliğini iyileştirmede ve meyve ve sebze kalitesini artırmada önemli bir rol oynayacaktır. Bitki yetiştirme lambaları için LED ışık kaynağı, sektörün kademeli olarak uzmanlaşmasıyla daha da gelişecek ve daha hedef odaklı bir yöne doğru ilerleyecektir.

2. Yüksek verimlilik

Bitki aydınlatmasının işletme maliyetlerini büyük ölçüde azaltmanın anahtarı, ışık verimliliğinin ve enerji verimliliğinin iyileştirilmesidir. Geleneksel lambaların yerine LED'lerin kullanılması ve fide aşamasından hasat aşamasına kadar bitkilerin ışık formülü gereksinimlerine göre ışık ortamının dinamik olarak optimize edilmesi ve ayarlanması, gelecekteki gelişmiş tarımın kaçınılmaz eğilimleridir. Verimi artırma açısından, bitkilerin gelişim özelliklerine göre ışık formülü ile birlikte aşamalar ve bölgelerde yetiştirme yapılarak her aşamada üretim verimliliği ve verim artırılabilir. Kaliteyi artırma açısından ise, besin ve ışık düzenlemesi kullanılarak besin maddelerinin ve diğer sağlık açısından faydalı fonksiyonel bileşenlerin içeriği artırılabilir.

Tahminlere göre, sebze fidelerine yönelik mevcut ulusal talep 680 milyar iken, fabrika fide üretim kapasitesi %10'dan azdır. Fide endüstrisinin çevresel gereksinimleri daha yüksektir. Üretim mevsimi çoğunlukla kış ve ilkbahardır. Doğal ışık yetersizdir ve yapay ek ışığa ihtiyaç duyulmaktadır. Bitki yetiştirme aydınlatmasının girdi ve çıktı verimliliği nispeten yüksektir ve girdi kabul oranı yüksektir. LED'in benzersiz avantajları vardır, çünkü meyve ve sebzeler (domates, salatalık, kavun vb.) aşılanmalıdır ve yüksek nem koşullarında belirli bir ışık spektrumu ile desteklenmiş fidelerin iyileşmesini teşvik edebilir. Sera sebze yetiştiriciliğinde ek ışık, doğal ışık eksikliğini telafi edebilir, bitki fotosentez verimliliğini artırabilir, çiçeklenmeyi ve meyve vermeyi teşvik edebilir, verimi artırabilir ve ürün kalitesini iyileştirebilir. LED yetiştirme aydınlatmasının sebze fideleri ve sera üretiminde geniş uygulama potansiyeli vardır.

3. Akıllı

Bitki yetiştirme aydınlatmasında, ışık kalitesi ve ışık miktarının gerçek zamanlı kontrolüne yönelik güçlü bir talep bulunmaktadır. Akıllı kontrol teknolojisinin gelişmesi ve Nesnelerin İnterneti'nin uygulanmasıyla, çeşitli monokromatik spektrumlar ve akıllı kontrol sistemleri, zaman kontrolü, ışık kontrolü ve bitkilerin büyüme durumuna göre ışık kalitesi ve ışık çıkışının zamanında ayarlanmasını sağlayabilir; bu da bitki yetiştirme aydınlatma teknolojisinin gelecekteki gelişiminde ana trend haline gelecektir.