Бастапқы дереккөз: Хоученг Лю. Жарықдиодты өсімдіктерді жарықтандыру өнеркәсібінің даму жағдайы мен үрдісі [J]. Жарықтандыру инженериясы журналы, 2018,29(04):8-9.
Мақала көзі: Материал тереңдетілген

Жарық - өсімдіктердің өсуі мен дамуының негізгі қоршаған орта факторы. Жарық фотосинтез арқылы өсімдіктердің өсуіне энергия беріп қана қоймай, сонымен қатар өсімдіктердің өсуі мен дамуының маңызды реттеушісі болып табылады. Жасанды жарықпен толықтыру немесе толық жасанды жарық сәулелендіру өсімдіктердің өсуіне ықпал етеді, өнімділікті арттырады, өнімнің пішінін, түсін жақсартады, функционалды компоненттерді жақсартады және аурулар мен зиянкестердің пайда болуын азайтады. Бүгін мен сіздермен өсімдіктерді жарықтандыру индустриясының даму жағдайы мен үрдісімен бөлісемін.
Жасанды жарық көзі технологиясы өсімдіктерді жарықтандыру саласында кеңінен қолданылуда. Жарықдиодты шамдардың көптеген артықшылықтары бар, мысалы, жоғары жарық тиімділігі, төмен жылу өндіру, шағын өлшем, ұзақ қызмет ету мерзімі және басқа да көптеген артықшылықтар. Оның өсіруге арналған жарықтандыру саласында айқын артықшылықтары бар. Өсімдіктерді өсіруге арналған жарықтандыру өнеркәсібі біртіндеп жарықдиодты жарықтандыру құрылғыларын енгізеді.

A. Жарықдиодты өсу жарықтандыру индустриясының даму мәртебесі 

1. Өсімдіктерді жарықтандыруға арналған LED пакеті

Өсімдіктерді жарықтандыруға арналған жарықдиодты қаптама саласында қаптама құрылғыларының көптеген түрлері бар және бірыңғай өлшеу және бағалау стандартты жүйесі жоқ. Сондықтан, отандық өнімдермен салыстырғанда, шетелдік өндірушілер негізінен жоғары қуатты, собықты және модульдік бағыттарға баса назар аударады, өсімдіктің өсу сипаттамалары мен адами жарықтандыру ортасын ескере отырып, өсу жарықтандыруының ақ жарық сериясын ескере отырып, әртүрлі өсу циклдеріндегі әртүрлі өсімдіктердің сенімділігі, жарық тиімділігі, фотосинтетикалық сәулелену сипаттамалары бойынша үлкен техникалық артықшылықтарға ие, соның ішінде әртүрлі өлшемдегі әртүрлі жоғары қуатты, орташа қуатты және төмен қуатты өсімдіктердің әртүрлі түрлері, әртүрлі өсу орталарындағы әртүрлі өсімдіктердің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін, өсімдіктердің өсуін барынша арттыру және энергияны үнемдеу мақсатына жетуді көздейді.

Чип эпитаксиалды пластиналарына арналған көптеген негізгі патенттер әлі күнге дейін Жапонияның Nichia және American Career сияқты алғашқы жетекші компаниялардың қолында. Отандық чип өндірушілерінде әлі де нарықтық бәсекеге қабілетті патенттелген өнімдер жетіспейді. Сонымен қатар, көптеген компаниялар чиптерді өсіруге арналған жарықтандыруды қаптау саласында жаңа технологияларды дамытып жатыр. Мысалы, Osram компаниясының жұқа пленкалы чип технологиясы чиптерді бір-біріне тығыз орап, үлкен аумақты жарықтандыру бетін жасауға мүмкіндік береді. Осы технологияға негізделген, толқын ұзындығы 660 нм болатын жоғары тиімді жарықдиодты жарықтандыру жүйесі өсіру аймағында энергия тұтынуды 40%-ға азайта алады.

2. Жарықтандыру спектрін және құрылғыларын өсіру
Өсімдіктерді жарықтандыру спектрі күрделірек және алуан түрлі. Әртүрлі өсімдіктердің әртүрлі өсу циклдарында және тіпті әртүрлі өсу орталарында қажетті спектрлерде үлкен айырмашылықтары бар. Осы әртүрлі қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін қазіргі уақытта салада келесі схемалар бар: ①Бірнеше монохроматикалық жарық комбинациясы схемалары. Өсімдік фотосинтезі үшін ең тиімді үш спектр - негізінен 450 нм және 660 нм шыңдары бар спектр, өсімдіктердің гүлденуін тудыратын 730 нм жолағы, сонымен қатар 525 нм жасыл жарық және 380 нм-ден төмен ультракүлгін жолақ. Ең қолайлы спектрді қалыптастыру үшін осы спектр түрлерін өсімдіктердің әртүрлі қажеттіліктеріне сәйкес біріктіріңіз. ②Өсімдіктерге деген сұраныс спектрін толық қамтуға қол жеткізу үшін толық спектр схемасы. Seoul Semiconductor және Samsung ұсынған SUNLIKE чипіне сәйкес келетін бұл спектр түрі ең тиімді болмауы мүмкін, бірақ ол барлық өсімдіктерге жарамды және құны монохроматикалық жарық комбинациясы шешімдеріне қарағанда әлдеқайда төмен. ③Спектрдің тиімділігін арттыру үшін негізгі көз ретінде толық спектрлі ақ жарықты, ал аралас схема ретінде 660 нм қызыл жарықты пайдаланыңыз. Бұл схема үнемді және практикалық.

Өсімдіктерді жарықтандыруға арналған монохроматикалық жарықдиодты чиптер (негізгі толқын ұзындығы 450 нм, 660 нм, 730 нм) орау құрылғыларын көптеген отандық және шетелдік компаниялар қамтиды, ал отандық өнімдер алуан түрлі және көбірек сипаттамаларға ие, ал шетелдік өндірушілердің өнімдері стандартталған. Сонымен қатар, фотосинтетикалық фотон ағыны, жарық тиімділігі және т.б. тұрғысынан отандық және шетелдік орау өндірушілері арасында әлі де үлкен алшақтық бар. Өсімдіктерді жарықтандыруға арналған монохроматикалық жарық орау құрылғылары үшін, 450 нм, 660 нм және 730 нм негізгі толқын ұзындығы жолақтары бар өнімдерден басқа, көптеген өндірушілер фотосинтетикалық белсенді сәулеленудің (PAR) толқын ұзындығын (450-730 нм) толық қамтуды жүзеге асыру үшін басқа толқын ұзындығы жолақтарында жаңа өнімдерді де әзірлеуде.

Монохроматикалық жарықдиодты өсімдік өсіру шамдары барлық өсімдіктердің өсуіне жарамайды. Сондықтан толық спектрлі жарықдиодтардың артықшылықтары атап өтілген. Толық спектр алдымен көрінетін жарықтың толық спектрін (400-700 нм) толық қамтуға қол жеткізуі және осы екі диапазонның өнімділігін арттыруы керек: көк-жасыл жарық (470-510 нм), қою қызыл жарық (660-700 нм). «Толық» спектрге жету үшін кәдімгі көк жарықдиодты немесе фосфоры бар ультракүлгін жарықдиодты чипті пайдаланыңыз, оның фотосинтетикалық тиімділігінің өзіндік жоғары және төмен деңгейі бар. Өсімдіктерді жарықтандырудың ақ жарықдиодты қаптама құрылғыларын өндірушілердің көпшілігі толық спектрге жету үшін көк чип + фосфорды пайдаланады. Ақ жарықты жүзеге асыру үшін монохроматикалық жарық пен көк жарық немесе ультракүлгін чип пен фосфорды қаптама режимінен басқа, өсімдікті жарықтандыру қаптама құрылғыларында қызыл он көк/ультракүлгін, RGB, RGBW сияқты екі немесе одан да көп толқын ұзындығындағы чиптерді пайдаланатын композиттік қаптама режимі де бар. Бұл қаптама режимінің күңгірттеуде үлкен артықшылықтары бар.

Тар толқынды жарықдиодты өнімдерге келетін болсақ, қаптама жеткізушілерінің көпшілігі тұтынушыларға 365-740 нм диапазондағы әртүрлі толқын ұзындығындағы өнімдерді ұсына алады. Фосформен түрлендірілген өсімдіктерді жарықтандыру спектріне келетін болсақ, қаптама өндірушілерінің көпшілігі тұтынушыларға таңдау жасай алатын әртүрлі спектрлерді ұсынады. 2016 жылмен салыстырғанда, 2017 жылы оның сатылымының өсу қарқыны айтарлықтай өсті. Олардың ішінде 660 нм жарықдиодты жарық көзінің өсу қарқыны 20%-50% аралығында шоғырланған, ал фосфорға түрлендірілген өсімдік жарықдиодты жарық көзінің сатылымының өсу қарқыны 50%-200% жетеді, яғни фосфорға түрлендірілген өсімдік жарықдиодты жарық көздерінің сатылымы тез өсуде.

Барлық қаптама компаниялары 0,2-0,9 Вт және 1-3 Вт жалпы қаптама өнімдерін ұсына алады. Бұл жарық көздері жарықтандыру өндірушілеріне жарықтандыруды жобалауда жақсы икемділікке мүмкіндік береді. Сонымен қатар, кейбір өндірушілер жоғары қуатты интеграцияланған қаптама өнімдерін де ұсынады. Қазіргі уақытта көптеген өндірушілердің жөнелтілімдерінің 80%-дан астамы 0,2-0,9 Вт немесе 1-3 Вт құрайды. Олардың ішінде жетекші халықаралық қаптама компанияларының жөнелтілімдері 1-3 Вт-қа шоғырланған, ал шағын және орта қаптама компанияларының жөнелтілімдері 0,2-0,9 Вт-қа шоғырланған.

3. Өсімдіктерді өсіруге арналған жарықтандыруды қолдану салалары

Қолдану саласы бойынша, өсімдік өсіруге арналған жарықтандыру құрылғылары негізінен жылыжай жарықтандыруында, өсімдік зауыттарын жасанды жарықтандыруда, өсімдік тіндерін өсіруде, сыртқы ауыл шаруашылығы дақылдарын жарықтандыруда, үй шаруашылығындағы көкөністер мен гүлдер отырғызуда және зертханалық зерттеулерде қолданылады.

①Күн энергиясымен жұмыс істейтін жылыжайларда және көп аралықты жылыжайларда қосымша жарықтандыру үшін жасанды жарықтың үлесі әлі де төмен, ал металл галогенді шамдар мен жоғары қысымды натрий шамдары негізгі болып табылады. Жарықдиодты өсу жарықтандыру жүйелерінің ену жылдамдығы салыстырмалы түрде төмен, бірақ құны төмендеген сайын өсу қарқыны артады. Негізгі себебі, пайдаланушылардың металл галогенді шамдар мен жоғары қысымды натрий шамдарын пайдалануда ұзақ мерзімді тәжірибесі бар, ал металл галогенді шамдар мен жоғары қысымды натрий шамдарын пайдалану өсімдіктердің күйіп қалуын болдырмай, жылыжай үшін жылу энергиясының шамамен 6%-дан 8%-ға дейін қамтамасыз ете алады. Жарықдиодты өсу жарықтандыру жүйесі нақты және тиімді нұсқаулар мен деректерді қамтамасыз етпеді, бұл оны күндізгі және көп аралықты жылыжайларда қолдануды кешіктірді. Қазіргі уақытта шағын көлемді демонстрациялық қолдану әлі де негізгі болып табылады. Жарықдиод суық жарық көзі болғандықтан, ол өсімдіктердің шатырына салыстырмалы түрде жақын орналасуы мүмкін, бұл температураның әсерін азайтады. Күндізгі және көп аралықты жылыжайларда жарықдиодты өсу жарықтандыруы өсімдіктер аралық өсіруде жиі қолданылады.

2 Ашық ауада өсіру. Өсімдіктерді жарықтандырудың нысандардағы ауыл шаруашылығына енуі мен қолданылуы салыстырмалы түрде баяу болды, ал жоғары экономикалық құндылығы бар ашық ауадағы ұзақ күндік дақылдар (мысалы, айдаһар жемісі) үшін жарықдиодты өсімдіктерді жарықтандыру жүйелерін (фотопериодты басқару) қолдану жылдам дамуға қол жеткізді.

③Өсімдік зауыттары. Қазіргі уақытта ең жылдам және кеңінен қолданылатын өсімдік жарықтандыру жүйесі - жасанды жарықтандыру зауыты, ол санат бойынша орталықтандырылған көп қабатты және таратылған жылжымалы өсімдік зауыттарына бөлінеді. Қытайда жасанды жарықтандыру зауыттарының дамуы өте жылдам. Орталықтандырылған көп қабатты жасанды жарықтандыру зауытының негізгі инвестициялық құрылымы дәстүрлі ауыл шаруашылығы компаниялары емес, Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong сияқты жартылай өткізгіш және тұтынушылық электроника өнімдерімен айналысатын компаниялар, сондай-ақ COFCO және Xi Cui және басқа да жаңа заманауи ауыл шаруашылығы компаниялары. Таратылған және жылжымалы өсімдік зауыттарында стандартты тасымалдаушылар ретінде тасымалдау контейнерлері (жаңа контейнерлер немесе екінші қолданылған контейнерлерді қайта құру) әлі де қолданылады. Барлық жасанды өсімдіктердің өсімдік жарықтандыру жүйелері негізінен сызықтық немесе жалпақ панельді жарықтандыру жүйелерін пайдаланады және отырғызылған сорттардың саны артып келеді. Әртүрлі эксперименттік жарық формуласы бар жарықдиодты жарық көздері кеңінен және кеңінен қолданыла бастады. Нарықтағы өнімдер негізінен жасыл жапырақты көкөністер.

④Тұрмыстық өсімдіктерді отырғызу. Жарықдиодты шамдарды тұрмыстық өсімдіктерге арналған үстел шамдарында, тұрмыстық өсімдіктерді отырғызуға арналған сөрелерде, тұрмыстық көкөніс өсіру машиналарында және т.б. пайдалануға болады.

⑤Дәрілік өсімдіктерді өсіру. Дәрілік өсімдіктерді өсіруге Anoectochilus және Lithospermum сияқты өсімдіктер жатады. Бұл нарықтардағы өнімдердің экономикалық құндылығы жоғары және қазіргі уақытта өсімдіктерді жарықтандыруды көбірек қолданатын сала болып табылады. Сонымен қатар, Солтүстік Америкада және Еуропаның кейбір бөліктерінде каннабис өсіруді заңдастыру каннабис өсіру саласында жарықдиодты жарықтандыруды қолдануға ықпал етті.

⑥Гүлдеу шамдары. Гүл өсіру индустриясында гүлдердің гүлдеу уақытын реттеудің таптырмас құралы ретінде гүлдеу шамдарының ең алғашқы қолданылуы қыздыру шамдары, содан кейін энергия үнемдейтін люминесцентті шамдар болды. Жарықдиодты индустрияландырудың дамуымен дәстүрлі шамдарды біртіндеп LED типті гүлдеу жарықтандыру құрылғылары алмастыра бастады.

⑦Өсімдік тіндерін өсіру. Дәстүрлі тіндерді өсіруге арналған жарық көздері негізінен ақ люминесцентті шамдар болып табылады, олардың жарық тиімділігі төмен және жылу өндіруі жоғары. Жарықдиодты шамдар төмен қуат тұтыну, төмен жылу өндіру және ұзақ қызмет ету мерзімі сияқты ерекше ерекшеліктеріне байланысты тиімді, басқарылатын және ықшам өсімдік тіндерін өсіруге қолайлы. Қазіргі уақытта ақ жарықдиодты шамдар ақ люминесцентті шамдарды біртіндеп алмастыруда.

4. Өсімдіктерді жарықтандыру компанияларының аймақтық таралуы

Статистикаға сәйкес, қазіргі уақытта менің елімде 300-ден астам өсіру жарықтандыру компаниялары бар, ал Інжу-маржан атырауы аймағындағы өсіру жарықтандыру компаниялары 50%-дан астамды құрайды және олар қазірдің өзінде маңызды орынға ие. Янцзы атырауындағы өсіру жарықтандыру компаниялары шамамен 30%-ды құрайды және ол әлі де өсіру жарықтандыру өнімдерін өндірудің маңызды аймағы болып табылады. Дәстүрлі өсіру шамдарын шығаратын компаниялар негізінен Янцзы өзенінің атырауында, Інжу-маржан атырауында және Бохай жағалауында орналасқан, оның ішінде Янцзы өзенінің атырауы 53%-ды, ал Інжу-маржан атырауы мен Бохай жағалауы сәйкесінше 24% және 22%-ды құрайды. Жарықдиодты өсіру жарықтандыру өндірушілерінің негізгі тарату аймақтары - Інжу-маржан атырауы (62%), Янцзы өзенінің атырауы (20%) және Бохай жағалауы (12%).

B. Жарықдиодты жарықтандыру индустриясының даму үрдісі

1. Мамандану

Жарықдиодты өсу жарықтандыруы реттелетін спектр мен жарық қарқындылығы, жалпы жылудың төмен генерациясы және жақсы су өткізбейтін өнімділік сипаттамаларына ие, сондықтан ол әртүрлі көріністерде өсу жарықтандыруына жарамды. Сонымен қатар, табиғи ортадағы өзгерістер және адамдардың азық-түлік сапасына ұмтылуы ауыл шаруашылығы мен өсу фабрикаларының қарқынды дамуына ықпал етті және жарықдиодты өсу жарықтандыру индустриясын қарқынды даму кезеңіне алып келді. Болашақта жарықдиодты өсу жарықтандыруы ауыл шаруашылығы өндірісінің тиімділігін арттыруда, азық-түлік қауіпсіздігін жақсартуда және жеміс-жидек пен көкөніс сапасын жақсартуда маңызды рөл атқарады. Өсу жарықтандыруына арналған жарықдиодты жарық көзі саланың біртіндеп мамандануымен одан әрі дамиды және мақсатты бағытта жылжиды.

2. Жоғары тиімділік

Жарық тиімділігі мен энергия тиімділігін арттыру өсімдіктерді жарықтандырудың пайдалану шығындарын айтарлықтай төмендетудің кілті болып табылады. Дәстүрлі шамдарды ауыстыру үшін жарықдиодты шамдарды пайдалану және көшет кезеңінен бастап егін жинау кезеңіне дейінгі өсімдіктердің жарық формуласының талаптарына сәйкес жарық ортасын динамикалық оңтайландыру және реттеу болашақта тазартылған ауыл шаруашылығының сөзсіз үрдістері болып табылады. Өнімділікті арттыру тұрғысынан оны өсімдіктердің даму ерекшеліктеріне сәйкес жарық формуласымен біріктіріп, әр кезеңде өндіріс тиімділігі мен өнімділігін арттыру үшін кезең-кезеңмен және аймақтармен өсіруге болады. Сапаны жақсарту тұрғысынан қоректік заттардың және денсаулық сақтаудың басқа да функционалды ингредиенттерінің мөлшерін арттыру үшін тамақтануды реттеу мен жарықты реттеуді пайдалануға болады.

Бағалау бойынша, көкөніс көшеттеріне қазіргі ұлттық сұраныс 680 миллиардты құрайды, ал зауыт көшеттерінің өндірістік қуаты 10%-дан аз. Көшет өнеркәсібінің қоршаған ортаға қойылатын талаптары жоғары. Өндіріс маусымы көбінесе қыс пен көктемге келеді. Табиғи жарық әлсіз және жасанды қосымша жарық қажет. Өсімдіктерді өсіруге арналған жарықтандыру салыстырмалы түрде жоғары кіріс пен шығысқа ие және кірісті қабылдау деңгейі жоғары. Жарықдиодты шамдардың бірегей артықшылықтары бар, себебі жемістер мен көкөністерді (қызанақ, қияр, қауын және т.б.) егуді қажет етеді, ал жоғары ылғалдылық жағдайында жарық қоспасының нақты спектрі егілген көшеттердің жазылуына ықпал ете алады. Жылыжайда көкөніс отырғызуға арналған қосымша жарық табиғи жарықтың жетіспеушілігін өтей алады, өсімдіктердің фотосинтез тиімділігін жақсартады, гүлдену мен жеміс беруді ынталандырады, өнімділікті арттырады және өнім сапасын жақсартады. Жарықдиодты өсіруге арналған жарықтандыру көкөніс көшеттері мен жылыжай өндірісінде кеңінен қолданылады.

3. Ақылды

Өсімдіктерді өсіруге арналған жарықтандыру жарық сапасы мен мөлшерін нақты уақыт режимінде басқаруға үлкен сұранысқа ие. Ақылды басқару технологиясының жетілдірілуімен және Заттар интернетінің қолданылуымен әртүрлі монохроматикалық спектрлер мен ақылды басқару жүйелері уақытты басқаруды, жарықты басқаруды жүзеге асыра алады, ал өсімдіктердің өсу жағдайына сәйкес жарық сапасы мен жарық шығысын уақтылы реттеу өсімдік өсіруге арналған жарықтандыру технологиясының болашақтағы дамуындағы негізгі үрдіске айналады.