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LED生物照明起步艰难

2014-08-26   《中国科学报》   采访专家 严帅

  “给点阳光就灿烂”本是人与人之间一句调侃的话。但是,在生物照明领域,无论是植物,还是动物,甚至是微生物,给对光就能“灿烂”。

  近年来,能促进植物生长的LED照明产品引人注目,这些LED生物照明产品被誉为“植物工厂”。据行业分析机构WinterGreen研究报道,2013年全球植物工厂LED灯具产值高达12亿美元,较2012年增长了27%。而且,LED生物照明还在畜禽与水产养殖、植物组培、食用菌培育、诱鱼灯与诱虫灯应用等方面“一展身手”。

  中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员刘文科在接受《中国科学报》记者采访时认为,对现代农业而言,人工光照明的需求是必要的、迫切的。

  中国科学院半导体照明研发中心副主任、国家半导体照明工程研发及产业联盟副秘书长王军喜更是对《中国科学报》记者强调:“LED作为半导体固态冷光源,具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光强与光质调制便捷,以及节能、环保、长寿命等优势,是农业生产光环境调控的最佳光源。”

  不过,LED生物照明在我国却正在经历一个艰难的起步期。

  颇具压力的起步期

  与传统植物灯相比,LED植物照明灯具有明显节能高效的优势。国际LED大厂如飞利浦、三菱化学、首尔半导体、台湾亿光、昭和电工、日本锅清等纷纷投资生物照明领域,使得产业发展呈快速增长趋势。

  刘文科向记者提供了一份数据,从全球市场来看,初步统计2013年LED生物照明市场已达到千万美元规模,预计2014年将逾3500万美元,2017年可望达3亿美元。

  目前,LED生物照明应用集中在农业土地资源稀少或从事农业人员较少的国家和地区,日本、韩国、美国、欧洲等地是LED生物照明主要销售市场。

  在我国,设施园艺、循环水养殖、远海捕捞、植物保护、城市农业、家庭农业等行业均对LED半导体照明有迫切需求,呈现出全面发展的势头。

  “现代农业照明应用前景非常广阔,据估算其产业规模在千亿元以上,预期在未来5~10年将有较大的发展。”刘文科对LED生物照明寄予厚望。

  但是,赛迪顾问分析师严帅指出,从产业规模来看,LED生物照明应用处于起步阶段。目前中国从事LED植物灯的厂家并不多,以中小企业为主,主要分布在深圳、东莞等地,产品以出口为主,大都没有形成销售规模。并且,LED生物照明灯价格比其他灯源略高,LED生物照明应用前期投入较大,无法与其他灯源竞争。

  高工LED研究所总监张宏标也对《中国科学报》记者表示,起步期内相关技术标准制定尚未跟进,而且用户的使用习惯也未被培养。“最重要的是,现在LED生物照明技术尚不成熟,生产成本也过高。”张宏标说。

  技术和理念有待跟进

  中国科学院半导体照明研发中心高级工程师宋昌斌向《中国科学报》记者证实,虽然当前农业照明占据LED生物照明的主要组成,但LED光源在农业领域的研究还属起步阶段,缺乏系统的研究。

  据悉,LED农业光照系统多为中小功率,主要在园艺组培育苗室使用,大功率光源需要散热等模块,综合成本较高。

  此外,据张宏标介绍,由于国际巨头芯片厂家在发光效率、可靠性方面优于国内厂家,我国LED生物照明的产品芯片仍然主要依靠进口。

  宋昌斌分析,国内半导体芯片外延片行业起步较晚,积累经验少,而且受制于专利问题。“大量的核心专利掌握在日本日亚、美国科瑞等早期领跑企业手中,国内LED企业在芯片外延方面的专利实力相对较为薄弱,已然成为国内LED外延芯片产业发展壮大的瓶颈。”

  与技术不成熟对应的是,目前国内专业生产植物生长光照灯具的厂家规模小,数量少,且绝大部分分散在制造功能性照明厂家中,所以农业主要需要的峰值660纳米红光芯片形不成规模,国内芯片外延片厂家不愿投入人力、物力开发农用红光芯片。

  南京农业大学农学院教授徐志刚则在接受《中国科学报》记者采访时进一步指出,LED生物照明的产业发展一直存在“重LED、轻生物”的问题。

  一直以来,LED产业界、材料和电光源科研界、农业工程界是LED生物照明研发和推广的主力军,实际工作中往往以LED为主体,而缺乏对植物及其栽培原理的深刻认识,没有从植物栽培(或动物养殖)原理的总体性需求综合考量。比如,植物生长需要光、温、水、肥、气的综合协调配合,仅仅考虑光是远远不够的;也没有开展光照对动物生理、生态和行为影响的系统研究。

  作为环境因子之一,人工光照给生物提供了必要生育条件,但却不是充分的,应该以生物为主体,以光照为主线,以生物生产的稳产、优质和高效为目标,耦合其他环境因子,营造出适宜于生物健康生长的环境条件。

  “如果想将LED应用于生物领域,那么现在就应该转变观念和做法了。”徐志刚说。

  如何推动产业发展

  虽然成本、技术、理念等“拦路虎”在前,但是植物光质生物学微观机理尚不清楚,引发对LED生物照明应用潜力和可靠性的疑问,导致其放缓了应用步伐。“因此,LED光质生物学是发展LED生物照明的重中之重,国家和行业必须加以重视。”宋昌斌说。

  除了要加强技术研发,张宏标等人提出,政策要加强引导LED生物照明应用和推广,同时加快LED生物照明标准的编制、发布和贯彻实施。产学研紧密结合促进LED生物照明行业的发展也是专家的共识之一。

  王军喜提出,农业半导体照明研发与产业化发展必须有全国性的交流平台,以加强科研院所、高等院校与照明企业间的对接,促进农业照明技术转移和产品装备的更新换代与推广应用,并逐步建立农业照明产品评价和测量标准体系,提高农业照明对现代农业发展的科技贡献率。

  严帅则认为,LED生物照明产业化的发展需要LED龙头企业加大投入该领域的研发与示范应用,积极与具有植物照明领域核心自主知识产权的厂家合作,推广LED生物照明。

  严帅介绍了某大型LED企业在进军生物照明领域时采取的方式以提供借鉴。

  该企业通过与合作伙伴开展密切合作,逐步开发出符合客户需求的照明方案。在这个过程中,其会鼓励合作伙伴共同提供整体解决方案,根据作物的需要和种植环境而制定特殊LED产品,与种植者以及他们的供应商共同研发和探索。同时他们还会跟踪了解项目的进展,并给出及时的建议,提供负责照明方案的设计、项目的安装顾问以及应用中的支持,确保照明方案的可行性和完整性。

标签:LED,生物照明,半导体
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