LED農(nóng)業(yè)照明：難題與求解

除了通用照明，農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等照明領(lǐng)域被看做是LED可以大有所為之處。目前LED在農(nóng)業(yè)照明中的應(yīng)用進(jìn)展如何?面臨怎樣的難題和困惑?2013年5月13-15日，由國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)主辦的第七屆上海國際新光源&新能源照明論壇召開。其中，農(nóng)業(yè)照明技術(shù)與應(yīng)用分會(huì)上，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究中心主任楊其長、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授徐志剛、浙江大學(xué)儀器系副主任周泓、半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高級工程師宋昌斌、智匯農(nóng)業(yè)科技發(fā)展股份有限公司首席執(zhí)行官田瑛睿、歐司朗光電半導(dǎo)體(中國)有限公司亞洲應(yīng)用設(shè)計(jì)中心SSL應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理謝金、飛利浦(中國)投資有限公司設(shè)施園藝照明業(yè)務(wù)發(fā)展高級經(jīng)理王賀等農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域的專家、企業(yè)代表出席并分享了農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域的新進(jìn)展。

此次會(huì)議更是吸引了眾多參會(huì)代表，不少企業(yè)代表都是有備而來，或是了解市場信息，考慮如何切入該市場，或是帶著問題為求解。從此次會(huì)議來看，LED在農(nóng)業(yè)照明中的應(yīng)用有進(jìn)步，比如LED在智能控制方面的優(yōu)勢，也延伸進(jìn)入了農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域，但同時(shí)LED農(nóng)業(yè)照明也面臨著科研與應(yīng)用如何更好結(jié)合的困惑。

LED農(nóng)業(yè)照明熱度再上升

LED作為新一代光源，相較于目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用的熒光燈或高壓鈉燈等人工光源，除了具有環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)外，還有眾多獨(dú)特優(yōu)勢亦有很大的發(fā)展?jié)摿Α１热?，在植物照明領(lǐng)域，LED具有生物能效高的特點(diǎn)，可以制造出植物光合所需的單色光源及其組合，大大提高光源效率。同時(shí)LED的體積小以及冷光源等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對植物的近距離照射，大大提高空間利用效率。此外在養(yǎng)殖業(yè)、捕魚等領(lǐng)域，LED亦有其獨(dú)特優(yōu)勢。從國際范圍來看，LED在植物組培、葉菜生產(chǎn)、溫室補(bǔ)光、植物育苗工廠、藥用植物栽培等方面的應(yīng)用研究都已開展。伴隨研究的開展，也出現(xiàn)了箱體式、臺燈式微型家庭LED植物生產(chǎn)裝置，可用于家庭、公共場所等的多種蔬菜栽培，拓展了LED的應(yīng)用空間。

看好LED在農(nóng)業(yè)照明的應(yīng)用潛力，國內(nèi)外很多企業(yè)、相關(guān)科研機(jī)構(gòu)甚至政府部門在該領(lǐng)域已有所部署。比如2010年，美國農(nóng)業(yè)部資助Purdue大學(xué)488萬美元用于一項(xiàng)為期4年的研究項(xiàng)目，以評估并提高LED在溫室中的應(yīng)用。企業(yè)方面，飛利浦、歐司朗、三菱化學(xué)、首爾半導(dǎo)體、臺灣億光等知名企業(yè)都已涉足和有部署，表現(xiàn)積極。國內(nèi)也有不少成長型企業(yè)介入，中國臺灣地區(qū)企業(yè)的表現(xiàn)近來也愈發(fā)積極，包括晶電、璨圓、新世紀(jì)、億光、東貝都極欲切進(jìn)該市場，并且各自有對應(yīng)的光源應(yīng)用解決方案。臺灣地區(qū)在農(nóng)業(yè)方面具有一定的基礎(chǔ)，也有一些大型企業(yè)集團(tuán)投入大型植物工廠，另外，也有一些組織比如農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)促進(jìn)辦公室、農(nóng)漁畜牧LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)推動(dòng)聯(lián)盟、光電科技工業(yè)協(xié)進(jìn)會(huì)、臺灣植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)等在推動(dòng)相關(guān)的進(jìn)展。

雖然LED農(nóng)業(yè)照明仍處于初級階段，但相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定也已被關(guān)注。比如近期，國標(biāo)委發(fā)布了《半導(dǎo)體照明術(shù)語》等48項(xiàng)國標(biāo)制修訂計(jì)劃，其中將制定《植物生長用LED照明術(shù)語和定義》推薦性標(biāo)準(zhǔn)列入其中，半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為起草單位，并計(jì)劃于2014年完成。國際上CIE的“光生物和光化學(xué)發(fā)展研究”分部中亦關(guān)注植物光生物學(xué)研究新進(jìn)展。從國際技術(shù)轉(zhuǎn)化慣例來看，技術(shù)的研發(fā)促使標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，而通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，產(chǎn)品得以推廣并適應(yīng)市場的需要，形成一個(gè)良好的循環(huán)。標(biāo)準(zhǔn)在科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間發(fā)揮著支撐作用。通過好的標(biāo)準(zhǔn)，有科技含量的技術(shù)才能更好的帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由此，標(biāo)準(zhǔn)的制定也將在一定程度上帶動(dòng)LED農(nóng)業(yè)照明的發(fā)展。

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)照明的需求和能耗在不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)中的種植業(yè)比如設(shè)施園藝、養(yǎng)殖業(yè)比如設(shè)施養(yǎng)殖，水產(chǎn)捕撈中的養(yǎng)殖、誘魚，其他比如食用菌、微藻繁殖等領(lǐng)域都對人工照明有需求。同時(shí)，氣候變化，極端天氣增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)越來越大，在這種情況下，穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式比如植物工廠等將成為關(guān)注的重點(diǎn)。也可以想見，未來LED農(nóng)業(yè)照明市場的熱度會(huì)有增無減。

再者從市場來看，除了日本、荷蘭等植物照明市場發(fā)展較快的市場外，中國市場也是關(guān)注重點(diǎn)。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)一直被置于非常重要的地位，再加上政府對農(nóng)業(yè)發(fā)展的支持，中國LED農(nóng)業(yè)照明市場的爭奪也會(huì)成為各企業(yè)的焦點(diǎn)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授徐志剛介紹了LED應(yīng)用于植物照明的難題與求解

浙江大學(xué)儀器系副主任周泓介紹了基于LED的蘭科植物組培智能化控制系統(tǒng)

用戶的困惑

潛力雖然大，但LED農(nóng)業(yè)照明仍處于比較初級的階段。從應(yīng)用來上看，LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品已經(jīng)在進(jìn)行一定程度的推廣應(yīng)用，比如用于植物育苗以及組培室等，但仍面臨著一些難題和限制因素。

從成本上來看，LED價(jià)格處在迅速下降過程中，不過目前LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品的價(jià)格相比傳統(tǒng)光源價(jià)格仍然偏高一些;從技術(shù)上來看，缺乏專門針對農(nóng)業(yè)照明LED光源的設(shè)計(jì)與開發(fā)，應(yīng)用技術(shù)依然不夠成熟等。而就半導(dǎo)體照明領(lǐng)域來看，也存在著LED光源生產(chǎn)企業(yè)良莠不齊，LED產(chǎn)業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低的問題。

周泓指出，LED照明產(chǎn)品初裝費(fèi)太貴，因此在實(shí)際推廣應(yīng)用上還有障礙，另外，植物種類太多，針對性研究還不夠。對此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究中心主任楊其長表示，應(yīng)加大LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品的研發(fā)力度，比如農(nóng)業(yè)專用LED芯片及燈具的研發(fā)和生產(chǎn)、低成本農(nóng)業(yè)專用LED光源的研發(fā)。也需要加大形成一批有國際先進(jìn)水平的特色優(yōu)勢產(chǎn)品，培育一批有核心競爭力的科研院所和龍頭骨干企業(yè)。開展農(nóng)業(yè)LED光源規(guī)模性示范，通過示范工程的建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新意識，打造農(nóng)用LED的大規(guī)模應(yīng)用平臺和展示平臺，以示范應(yīng)用促進(jìn)LED農(nóng)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)方面，應(yīng)該從LED農(nóng)業(yè)光源的研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面進(jìn)行更多的調(diào)查研究，制定出有利于行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品開發(fā)的農(nóng)業(yè)LED光源標(biāo)準(zhǔn)。[!--empirenews.page--]

科研與應(yīng)用該如何銜接?

值得關(guān)注的是，一方面是農(nóng)業(yè)照明市場前景廣闊，眾多企業(yè)躍躍欲試。另一方面是作物的生長機(jī)理、對光源的需求、光源對作物的影響等問題需要進(jìn)一步研究，企業(yè)亦需要科研成果的支持，科研與應(yīng)用之間如何更緊密的銜接成為當(dāng)前LED農(nóng)業(yè)照明一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

有業(yè)內(nèi)人士表示，傳統(tǒng)光源用在農(nóng)業(yè)照明是比較小的一個(gè)細(xì)分市場，但是由于LED的特性，其在農(nóng)業(yè)照明中的應(yīng)用，完全有可能發(fā)展成為一個(gè)巨大的“藍(lán)?！笔袌?，而這個(gè)“藍(lán)海”市場到來的快與慢，大與小，將很大程度上取決于植物學(xué)家、動(dòng)物學(xué)家、農(nóng)業(yè)學(xué)家的研究成果和認(rèn)識。從企業(yè)的角度，LED應(yīng)用于農(nóng)業(yè)照明沒有太大的問題，但需要農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域進(jìn)一步加強(qiáng)研究，以及提出對光源具有怎樣的需求和要求，這些研究工作也一定程度是為LED業(yè)界拓展應(yīng)用空間，是LED發(fā)展的重要機(jī)會(huì)。

對此，楊其長表示，科研與應(yīng)用的結(jié)合是當(dāng)前的一個(gè)瓶頸，就國內(nèi)的情況而言，目前在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域，LED光源與植物之間的關(guān)系等問題的研究上還有所欠缺，國內(nèi)的科研力量也還很難滿足生產(chǎn)的需求。同時(shí)，LED在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域的應(yīng)用往往需要必須針對某一個(gè)特定的需求研制特定的光源，這方面，科研單位有需求，企業(yè)亦有需求，兩者還需要思考如何結(jié)合。

徐志剛則表示，從科研與產(chǎn)業(yè)銜接來看，科研成果不足以解答產(chǎn)業(yè)界面臨的問題，產(chǎn)業(yè)界的需求難以順暢地獲得科研力量的支撐，雙方還需要增強(qiáng)互動(dòng)和信任。“從科研創(chuàng)新的角度，還面臨人才與隊(duì)伍、知識與學(xué)科有結(jié)構(gòu)性缺陷，理念與思路、內(nèi)容與目標(biāo)存在自我封閉等困難，應(yīng)該充實(shí)研究力量，集思廣益，做好符合產(chǎn)業(yè)需求和方向的頂層設(shè)計(jì)。從產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的角度來說，還面臨著創(chuàng)新動(dòng)力不足、創(chuàng)新環(huán)境堪憂等困難，應(yīng)依據(jù)企業(yè)自身實(shí)力而動(dòng)，同時(shí)摒棄‘就燈而燈’的理念，做植物(生物)照明系統(tǒng)、做裝備、做融合植物(生物)栽培技術(shù)的系統(tǒng)解決方案”，徐志剛建議道。

正如一位業(yè)內(nèi)人士所言，農(nóng)業(yè)照明市場不是單一的LED燈具市場，而是一個(gè)多學(xué)科交叉的市場，多學(xué)科融合起來才能做好。那么科研與應(yīng)用該如何結(jié)合?目前，對于兩者的結(jié)合，業(yè)界采取的方式更主要的是與科研機(jī)構(gòu)合作研發(fā)。比如飛利浦的做法是通過與合作伙伴開展密切合作，逐步開發(fā)出符合客戶需求的照明方案。在這個(gè)過程中，其會(huì)鼓勵(lì)合作伙伴共同提供整體解決方案，根據(jù)作物的需要和種植環(huán)境而制定特殊LED產(chǎn)品，也與種植者以及他們的供應(yīng)商共同研發(fā)和探索。跟蹤了解項(xiàng)目的進(jìn)展，并給出及時(shí)的建議，提供負(fù)責(zé)照明方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的安裝顧問以及應(yīng)用中的支持，確保照明方案的可行性和完整性。

有業(yè)內(nèi)專家表示，對于農(nóng)業(yè)照明來講，要注意研究思路，一方面是機(jī)理的研究;比如農(nóng)業(yè)照明需要怎樣的光、光照時(shí)間、植物的生長機(jī)理等的研究，另一方面是針對農(nóng)業(yè)照明需求的燈具研究。這兩方面的工作最好是做LED應(yīng)用的人與做燈具、照明的人合力進(jìn)行，明確分工，發(fā)揮各自的長處，各方面力量有所為有所不為?？蒲信c應(yīng)用的合作中，兩者合作的分工與成果收益等分配上需要探索更合理、有效的方式。（本文選自《半導(dǎo)體照明》雜志第40期）