Chanzo Asili: Houcheng Liu. Hali ya maendeleo na mwenendo wa tasnia ya taa za mimea ya LED [J]. Jarida la Uhandisi wa Mwangaza, 2018,29(04):8-9.
Chanzo cha Makala: Nyenzo Mara Inapokuwa Kina

Mwanga ndio kipengele cha msingi cha mazingira cha ukuaji na ukuaji wa mimea. Mwanga sio tu hutoa nishati kwa ukuaji wa mimea kupitia usanisinuru, lakini pia ni mdhibiti muhimu wa ukuaji na ukuaji wa mimea. Nyongeza ya mwanga bandia au miale kamili ya mwanga bandia inaweza kukuza ukuaji wa mimea, kuongeza mavuno, kuboresha umbo la bidhaa, rangi, kuongeza vipengele vya utendaji, na kupunguza kutokea kwa magonjwa na wadudu. Leo, nitashiriki nawe hali ya ukuaji na mwenendo wa tasnia ya taa za mimea.
Teknolojia ya chanzo cha mwanga bandia inazidi kutumika katika uwanja wa taa za mimea. LED ina faida nyingi kama vile ufanisi mkubwa wa mwanga, uzalishaji mdogo wa joto, ukubwa mdogo, maisha marefu na faida zingine nyingi. Ina faida dhahiri katika uwanja wa taa za mimea. Sekta ya taa za mimea itachukua hatua kwa hatua taa za LED kwa ajili ya kilimo cha mimea.

A. Hali ya maendeleo ya tasnia ya taa za LED 

1. Kifurushi cha LED cha taa za kukua

Katika uwanja wa taa za ukuaji wa LED, kuna aina nyingi za vifaa vya ufungashaji, na hakuna mfumo wa kawaida wa kipimo na tathmini. Kwa hivyo, ikilinganishwa na bidhaa za ndani, wazalishaji wa kigeni huzingatia zaidi maelekezo ya nguvu ya juu, cob na moduli, kwa kuzingatia mfululizo wa taa nyeupe za ukuaji, kwa kuzingatia sifa za ukuaji wa mimea na mazingira ya taa ya kibinadamu, wana faida kubwa za kiufundi katika kuegemea, ufanisi wa mwanga, sifa za mionzi ya usanisinuru ya mimea tofauti katika mizunguko tofauti ya ukuaji, ikiwa ni pamoja na aina mbalimbali za mimea yenye nguvu ya juu, nguvu ya kati na nguvu ya chini ya bidhaa za ukubwa tofauti, ili kukidhi mahitaji ya mimea mbalimbali katika mazingira tofauti ya ukuaji, wakitarajia kufikia lengo la kuongeza ukuaji wa mimea na kuokoa nishati.

Idadi kubwa ya hati miliki za msingi za wafer za chip epitaxial bado ziko mikononi mwa makampuni ya mapema yanayoongoza kama vile Nichia ya Japani na American Career. Watengenezaji wa chip za ndani bado hawana bidhaa zenye hati miliki zenye ushindani wa soko. Wakati huo huo, makampuni mengi pia yanaendeleza teknolojia mpya katika uwanja wa chips za ufungaji wa taa za kukua. Kwa mfano, teknolojia ya chips nyembamba ya filamu ya Osram huwezesha chips kufungashwa pamoja ili kuunda uso wa taa wa eneo kubwa. Kulingana na teknolojia hii, mfumo wa taa wa LED wenye ufanisi mkubwa wenye urefu wa wimbi la 660nm unaweza kupunguza 40% ya matumizi ya nishati katika eneo la kilimo.

2. Kukuza wigo wa taa na vifaa
Wigo wa mwangaza wa mimea ni mgumu zaidi na wa aina mbalimbali. Mimea tofauti ina tofauti kubwa katika spektra zinazohitajika katika mizunguko tofauti ya ukuaji na hata katika mazingira tofauti ya ukuaji. Ili kukidhi mahitaji haya tofauti, kwa sasa kuna mipango ifuatayo katika tasnia: ①Mipango mingi ya mchanganyiko wa mwanga wa monochromatic. Spektra tatu bora zaidi za usanisinuru wa mimea ni spektra yenye kilele cha 450nm na 660nm, bendi ya 730nm ya kuchochea maua ya mimea, pamoja na mwanga wa kijani wa 525nm na bendi ya urujuanimno chini ya 380nm. Changanya aina hizi za spektra kulingana na mahitaji tofauti ya mimea ili kuunda wigo unaofaa zaidi. ②Mpango kamili wa spektra ili kufikia ufikiaji kamili wa wigo wa mahitaji ya mimea. Aina hii ya spektra inayolingana na chipu ya SUNLIKE inayowakilishwa na Seoul Semiconductor na Samsung inaweza isiwe yenye ufanisi zaidi, lakini inafaa kwa mimea yote, na gharama ni ya chini sana kuliko ile ya suluhisho za mchanganyiko wa mwanga wa monochromatic. ③Tumia mwanga mweupe wa wigo kamili kama msingi, pamoja na mwanga mwekundu wa nanomita 660 kama mpango mchanganyiko ili kuboresha ufanisi wa wigo. Mpango huu ni wa kiuchumi zaidi na wa vitendo.

Vifungashio vya taa za mimea ya kukuza mimea vya chipsi za LED (mawimbi makuu ni 450nm, 660nm, 730nm) vinafunikwa na makampuni mengi ya ndani na nje ya nchi, huku bidhaa za ndani zikiwa na utofauti zaidi na zina vipimo zaidi, na bidhaa za wazalishaji wa kigeni zikiwa na viwango zaidi. Wakati huo huo, kwa upande wa mtiririko wa fotoni ya usanisinuru, ufanisi wa mwanga, n.k., bado kuna pengo kubwa kati ya watengenezaji wa vifungashio vya ndani na nje ya nchi. Kwa vifaa vya vifungashio vya taa za mimea vya taa za monokromu, pamoja na bidhaa zenye bendi kuu za urefu wa wimbi la 450nm, 660nm, na 730nm, wazalishaji wengi pia wanatengeneza bidhaa mpya katika bendi zingine za urefu wa wimbi ili kufikia chanjo kamili ya urefu wa wimbi la mionzi inayofanya kazi kwa usanisinuru (PAR) (450-730nm).

Taa za ukuaji wa mimea za LED zenye mwanga mmoja hazifai kwa ukuaji wa mimea yote. Kwa hivyo, faida za LED zenye wigo kamili zinaangaziwa. Wigo kamili lazima kwanza ufikie ufikiaji kamili wa wigo kamili wa mwanga unaoonekana (400-700nm), na kuongeza utendaji wa bendi hizi mbili: mwanga wa bluu-kijani (470-510nm), mwanga mwekundu mzito (660-700nm). Tumia chip ya kawaida ya LED ya bluu au ultraviolet yenye fosforasi ili kufikia wigo "kamili", na ufanisi wake wa usanisinuru una kiwango chake cha juu na cha chini. Watengenezaji wengi wa vifaa vya ufungashaji vya LED nyeupe vya taa za mimea hutumia chip ya Bluu + fosforasi ili kufikia wigo kamili. Mbali na hali ya ufungashaji wa mwanga wa monokromatic na mwanga wa bluu au chip ya ultraviolet pamoja na fosforasi ili kupata mwanga mweupe, vifaa vya ufungashaji vya taa za mimea pia vina hali ya ufungashaji mchanganyiko ambayo hutumia chip mbili au zaidi za urefu wa wimbi, kama vile nyekundu kumi bluu/ultraviolet, RGB, RGBW. Hali hii ya ufungashaji ina faida kubwa katika kufifia.

Kwa upande wa bidhaa za LED zenye urefu mwembamba wa mawimbi, wasambazaji wengi wa vifungashio wanaweza kuwapa wateja bidhaa mbalimbali za urefu wa mawimbi katika bendi ya 365-740nm. Kuhusu wigo wa taa za mimea unaobadilishwa na fosforasi, watengenezaji wengi wa vifungashio wana aina mbalimbali za spektro ambazo wateja wanaweza kuchagua. Ikilinganishwa na mwaka wa 2016, kiwango cha ukuaji wa mauzo yake mwaka wa 2017 kimepata ongezeko kubwa. Miongoni mwao, kiwango cha ukuaji wa chanzo cha mwanga cha LED cha 660nm kimejikita katika 20%-50%, na kiwango cha ukuaji wa mauzo cha chanzo cha mwanga cha LED cha mimea kinachobadilishwa fosforasi kinafikia 50%-200%, yaani, mauzo ya vyanzo vya mwanga vya LED vya mimea vinavyobadilishwa fosforasi yanaongezeka kwa kasi zaidi.

Makampuni yote ya vifungashio yanaweza kutoa bidhaa za jumla za vifungashio vya 0.2-0.9 W na 1-3 W. Vyanzo hivi vya mwanga huruhusu watengenezaji wa taa kuwa na unyumbufu mzuri katika muundo wa taa. Zaidi ya hayo, baadhi ya wazalishaji pia hutoa bidhaa za vifungashio vilivyounganishwa kwa nguvu ya juu. Kwa sasa, zaidi ya 80% ya usafirishaji wa wazalishaji wengi ni 0.2-0.9 W au 1-3 W. Miongoni mwao, usafirishaji wa kampuni zinazoongoza za vifungashio vya kimataifa umejikita katika 1-3 W, huku usafirishaji wa kampuni ndogo na za kati za vifungashio umejikita katika 0.2-0.9 W.

3. Sehemu za matumizi ya taa za mimea

Kutoka katika uwanja wa matumizi, taa za mimea hutumika zaidi katika taa za chafu, taa bandia za mimea, kilimo cha tishu za mimea, taa za shambani za kilimo cha nje, mboga za nyumbani na upandaji wa maua, na utafiti wa maabara.

①Katika nyumba za kijani za jua na nyumba za kijani zenye nafasi nyingi, uwiano wa mwanga bandia kwa ajili ya taa za ziada bado ni mdogo, na taa za halidi za chuma na taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa ndizo kuu. Kiwango cha kupenya kwa mifumo ya taa za LED ni kidogo, lakini kiwango cha ukuaji huanza kuharakisha kadri gharama inavyopungua. Sababu kuu ni kwamba watumiaji wana uzoefu wa muda mrefu wa kutumia taa za halidi za chuma na taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa, na matumizi ya taa za halidi za chuma na taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa yanaweza kutoa takriban 6% hadi 8% ya nishati ya joto kwa nyumba ya kijani huku ikiepuka kuungua kwa mimea. Mfumo wa taa za LED haukutoa maelekezo maalum na yenye ufanisi na usaidizi wa data, jambo ambalo lilichelewesha matumizi yake mchana na kwenye nyumba za kijani zenye nafasi nyingi. Kwa sasa, matumizi madogo madogo ya maonyesho bado ndiyo msingi. Kwa kuwa LED ni chanzo cha mwanga baridi, inaweza kuwa karibu na dari ya mimea, na kusababisha athari ndogo ya joto. Katika nyumba za kijani zenye nafasi nyingi, taa za LED hutumika zaidi katika kilimo cha mimea kati ya mimea.

②Utumiaji wa shamba la kilimo nje. Upenyaji na utumiaji wa taa za mimea katika kilimo cha kituo umekuwa wa polepole, huku utumiaji wa mifumo ya taa za mimea ya LED (udhibiti wa vipindi vya mwanga) kwa mazao ya nje ya siku ndefu yenye thamani kubwa ya kiuchumi (kama vile matunda ya joka) umepata maendeleo ya haraka.

③Viwanda vya mimea. Hivi sasa, mfumo wa taa za mimea unaotumika kwa kasi zaidi na kwa wingi ni kiwanda cha mitambo ya taa bandia, ambacho kimegawanywa katika viwanda vya mitambo vinavyohamishika vyenye tabaka nyingi na vinavyosambazwa kwa kategoria. Ukuzaji wa viwanda vya mitambo ya taa bandia nchini China ni wa haraka sana. Uwekezaji mkuu wa kiwanda cha mitambo ya taa bandia yenye tabaka nyingi si makampuni ya kilimo ya kitamaduni, bali ni makampuni mengi yanayojihusisha na bidhaa za kielektroniki za nusu-semiconductor na watumiaji, kama vile Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, na pia COFCO na Xi Cui na makampuni mengine mapya ya kisasa ya kilimo. Katika viwanda vya mitambo vilivyosambazwa na vinavyohamishika, vyombo vya usafirishaji (vyombo vipya au ujenzi upya wa vyombo vilivyotumika) bado vinatumika kama wabebaji wa kawaida. Mifumo ya taa za mimea ya mimea yote bandia hutumia mifumo ya taa za mstari au paneli tambarare, na idadi ya aina zilizopandwa inaendelea kupanuka. Vyanzo mbalimbali vya mwanga wa majaribio wa LED vimeanza kutumika sana. Bidhaa zilizo sokoni ni mboga za majani mabichi.

④Kupanda mimea ya kaya. LED inaweza kutumika katika taa za meza za mimea ya kaya, rafu za kupanda mimea ya kaya, mashine za kukuza mboga za kaya, n.k.

⑤Kilimo cha mimea ya dawa. Kilimo cha mimea ya dawa kinahusisha mimea kama vile Anoectochilus na Lithospermum. Bidhaa katika masoko haya zina thamani kubwa ya kiuchumi na kwa sasa ni tasnia yenye matumizi zaidi ya taa za mimea. Zaidi ya hayo, kuhalalishwa kwa kilimo cha bangi Amerika Kaskazini na sehemu za Ulaya kumekuza utumiaji wa taa za LED katika uwanja wa kilimo cha bangi.

⑥Taa za maua. Kama chombo muhimu cha kurekebisha muda wa maua kuota katika tasnia ya bustani ya maua, matumizi ya kwanza ya taa za maua yalikuwa taa za incandescent, ikifuatiwa na taa za fluorescent zinazookoa nishati. Pamoja na maendeleo ya viwanda vya LED, taa zaidi za maua za aina ya LED zimechukua nafasi ya taa za kitamaduni hatua kwa hatua.

⑦Utamaduni wa tishu za mimea. Vyanzo vya mwanga vya kitamaduni vya utamaduni wa tishu ni taa nyeupe za fluorescent, ambazo zina ufanisi mdogo wa kung'aa na uzalishaji mkubwa wa joto. LED zinafaa zaidi kwa utamaduni wa tishu za mimea wenye ufanisi, unaodhibitiwa na mdogo kutokana na sifa zao bora kama vile matumizi ya chini ya nguvu, uzalishaji mdogo wa joto na maisha marefu. Kwa sasa, mirija nyeupe ya LED inachukua nafasi ya taa nyeupe za fluorescent hatua kwa hatua.

4. Usambazaji wa kikanda wa kampuni za taa za mimea

Kulingana na takwimu, kwa sasa kuna zaidi ya kampuni 300 za taa za kilimo nchini mwangu, na kampuni za taa za kilimo katika eneo la Pearl River Delta zinachangia zaidi ya 50%, na tayari ziko katika nafasi kubwa. Kampuni za taa za kilimo katika Delta ya Mto Yangtze zinachangia takriban 30%, na bado ni eneo muhimu la uzalishaji kwa bidhaa za taa za kilimo. Kampuni za taa za kitamaduni za kilimo zinasambazwa zaidi katika Delta ya Mto Yangtze, Delta ya Mto Pearl na Bohai Rim, ambazo Delta ya Mto Yangtze inachangia 53%, na Delta ya Mto Pearl na Bohai Rim zinachangia 24% na 22% mtawalia. Maeneo makuu ya usambazaji wa watengenezaji wa taa za kilimo za LED ni Delta ya Mto Pearl (62%), Delta ya Mto Yangtze (20%) na Bohai Rim (12%).

B. Mwelekeo wa maendeleo ya tasnia ya taa za LED

1. Utaalamu

Taa za LED zina sifa za wigo unaoweza kurekebishwa na nguvu ya mwanga, uzalishaji mdogo wa joto kwa ujumla, na utendaji mzuri wa kuzuia maji, kwa hivyo zinafaa kwa taa za mimea katika matukio mbalimbali. Wakati huo huo, mabadiliko katika mazingira ya asili na harakati za watu za ubora wa chakula zimekuza maendeleo makubwa ya kilimo cha vituo na viwanda vya mimea, na kuiongoza tasnia ya taa za LED katika kipindi cha maendeleo ya haraka. Katika siku zijazo, taa za LED zitachukua jukumu muhimu katika kuboresha ufanisi wa uzalishaji wa kilimo, kuboresha usalama wa chakula, na kuboresha ubora wa matunda na mboga. Chanzo cha taa za LED kwa taa za mimea kitakua zaidi kwa utaalamu wa taratibu wa tasnia na kusonga katika mwelekeo unaolengwa zaidi.

2. Ufanisi mkubwa

Uboreshaji wa ufanisi wa mwanga na ufanisi wa nishati ndio ufunguo wa kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama za uendeshaji wa taa za mimea. Matumizi ya taa za LED kuchukua nafasi ya taa za kitamaduni na uboreshaji wa nguvu na marekebisho ya mazingira ya mwanga kulingana na mahitaji ya fomula ya mwanga ya mimea kuanzia hatua ya miche hadi hatua ya mavuno ni mitindo isiyoepukika ya kilimo kilichosafishwa katika siku zijazo. Kwa upande wa kuboresha mavuno, inaweza kupandwa katika hatua na maeneo pamoja na fomula ya mwanga kulingana na sifa za ukuaji wa mimea ili kuboresha ufanisi wa uzalishaji na mavuno katika kila hatua. Kwa upande wa kuboresha ubora, udhibiti wa lishe na udhibiti wa mwanga unaweza kutumika kuongeza kiwango cha virutubisho na viambato vingine vya utendaji wa afya.

Kulingana na makadirio, mahitaji ya kitaifa ya sasa ya miche ya mboga ni bilioni 680, huku uwezo wa uzalishaji wa miche ya kiwandani ukiwa chini ya 10%. Sekta ya miche ina mahitaji ya juu ya mazingira. Msimu wa uzalishaji ni zaidi ya majira ya baridi na masika. Mwanga wa asili ni dhaifu na mwanga wa ziada bandia unahitajika. Taa za mimea zina pembejeo na uzalishaji wa juu kiasi na kiwango cha juu cha kukubalika kwa pembejeo. LED ina faida za kipekee, kwa sababu matunda na mboga (nyanya, matango, matikiti maji, n.k.) zinahitaji kupandikizwa, na wigo maalum wa nyongeza ya mwanga chini ya hali ya unyevunyevu mwingi unaweza kukuza uponyaji wa miche iliyopandikizwa. Mwanga wa ziada wa kupanda mboga za kijani kibichi unaweza kufidia ukosefu wa mwanga wa asili, kuboresha ufanisi wa usanisinuru wa mimea, kukuza maua na matunda, kuongeza mavuno, na kuboresha ubora wa bidhaa. Taa za mimea za LED zina matarajio mapana ya matumizi katika miche ya mboga na uzalishaji wa chafu.

3. Mwenye akili

Taa za mimea zina mahitaji makubwa ya udhibiti wa ubora wa mwanga na wingi wa mwanga kwa wakati halisi. Kwa uboreshaji wa teknolojia ya udhibiti wa akili na matumizi ya Intaneti ya Vitu, aina mbalimbali za spektromu za monochromatic na mifumo ya udhibiti wa akili zinaweza kutambua udhibiti wa muda, udhibiti wa mwanga, na kulingana na hali ya ukuaji wa mimea, marekebisho ya wakati unaofaa ya ubora wa mwanga na utoaji wa mwanga yatakuwa mwelekeo mkuu katika maendeleo ya baadaye ya teknolojia ya taa za mimea.