Эх сурвалж: Хоучен Лю. LED ургамлын гэрэлтүүлгийн салбарын хөгжлийн байдал ба чиг хандлага [J]. Гэрэлтүүлгийн инженерчлэлийн сэтгүүл, 2018,29(04):8-9.
Өгүүллийн эх сурвалж: Материал Нэгэнт Гүн

Гэрэл бол ургамлын өсөлт хөгжилтийн үндсэн хүрээлэн буй орчны хүчин зүйл юм. Гэрэл нь зөвхөн фотосинтезийн тусламжтайгаар ургамлын өсөлтөд эрчим хүч өгөхөөс гадна ургамлын өсөлт хөгжилтийн чухал зохицуулагч юм. Хиймэл гэрлийн нэмэлт буюу бүрэн хиймэл гэрлийн цацраг нь ургамлын өсөлтийг дэмжиж, ургацыг нэмэгдүүлж, бүтээгдэхүүний хэлбэр, өнгийг сайжруулж, үйл ажиллагааны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сайжруулж, өвчин, хортон шавьжийн гаралтыг бууруулж чадна. Өнөөдөр би та бүхэнтэй ургамлын гэрэлтүүлгийн салбарын хөгжлийн байдал, чиг хандлагыг хуваалцах болно.
Хиймэл гэрлийн эх үүсвэрийн технологи нь ургамлын гэрэлтүүлгийн салбарт улам бүр өргөн хэрэглэгдэж байна. LED нь өндөр гэрлийн үр ашиг, бага дулаан ялгаруулалт, жижиг хэмжээ, урт наслалт гэх мэт олон давуу талтай. Энэ нь ургалтын гэрэлтүүлгийн салбарт илэрхий давуу талтай. Ургамлын гэрэлтүүлгийн салбар аажмаар LED гэрэлтүүлгийн хэрэгслийг ургамал тариалахад нэвтрүүлэх болно.

А. LED гэрэлтүүлгийн салбарын хөгжлийн байдал 

1. Өсөн нэмэгдэж буй гэрэлтүүлгийн LED багц

Өсөн нэмэгдэж буй гэрэлтүүлгийн LED сав баглаа боодлын салбарт олон төрлийн сав баглаа боодлын төхөөрөмж байдаг бөгөөд нэгдсэн хэмжилт, үнэлгээний стандарт систем байдаггүй. Тиймээс дотоодын бүтээгдэхүүнтэй харьцуулахад гадаадын үйлдвэрлэгчид голчлон өндөр хүчин чадал, коб болон модулийн чиглэлд анхаарлаа хандуулдаг бөгөөд цагаан гэрлийн цуврал ургалтын гэрэлтүүлгийг харгалзан үздэг бөгөөд ургамлын өсөлтийн шинж чанар, хүнжүүлсэн гэрэлтүүлгийн орчныг харгалзан үздэг бөгөөд янз бүрийн өсөлтийн мөчлөгт янз бүрийн ургамлын найдвартай байдал, гэрлийн үр ашиг, фотосинтезийн цацрагийн шинж чанарт илүү их техникийн давуу талтай байдаг бөгөөд үүнд янз бүрийн хэмжээтэй өндөр хүчин чадал, дунд хүчин чадал, бага хүчин чадалтай ургамлын төрөл бүрийн бүтээгдэхүүн багтдаг бөгөөд янз бүрийн өсөлтийн орчинд янз бүрийн ургамлын хэрэгцээг хангахын тулд ургамлын өсөлтийг дээд зэргээр нэмэгдүүлэх, эрчим хүч хэмнэх зорилгод хүрэхийг зорьж байна.

Чипний эпитаксиал ваферын олон тооны гол патентууд нь Японы Nichia, American Career зэрэг тэргүүлэгч компаниудын гарт байсаар байна. Дотоодын чип үйлдвэрлэгчид зах зээлд өрсөлдөх чадвартай патентлагдсан бүтээгдэхүүн дутмаг хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ олон компани ургалтын гэрэлтүүлгийн сав баглаа боодлын чипийн салбарт шинэ технологи боловсруулж байна. Жишээлбэл, Osram-ийн нимгэн хальсан чип технологи нь чипүүдийг хооронд нь нягт савлаж, том талбайн гэрэлтүүлгийн гадаргуу үүсгэх боломжийг олгодог. Энэхүү технологид суурилсан 660 нм долгионы урттай өндөр үр ашигтай LED гэрэлтүүлгийн систем нь тариалалтын талбайн эрчим хүчний хэрэглээг 40%-иар бууруулж чадна.

2. Гэрэлтүүлгийн спектр болон төхөөрөмжүүдийг өсгөх
Ургамлын гэрэлтүүлгийн спектр нь илүү нарийн төвөгтэй бөгөөд олон янз байдаг. Өөр өөр ургамал нь өөр өөр өсөлтийн мөчлөг, тэр ч байтугай өөр өөр өсөлтийн орчинд шаардлагатай спектрүүдэд ихээхэн ялгаатай байдаг. Эдгээр ялгаатай хэрэгцээг хангахын тулд одоогоор салбарт дараах схемүүд байдаг: ①Олон монохромат гэрлийн хослолын схемүүд. Ургамлын фотосинтезийн хамгийн үр дүнтэй гурван спектр нь голчлон 450нм ба 660нм оргилтой спектр, ургамлын цэцэглэлтийг өдөөх 730нм зурвас, дээрээс нь 525нм ногоон гэрэл, 380нм-ээс доош хэт ягаан туяаны зурвас юм. Хамгийн тохиромжтой спектрийг бүрдүүлэхийн тулд эдгээр төрлийн спектрийг ургамлын өөр өөр хэрэгцээнд нийцүүлэн нэгтгэнэ. ②Ургамлын эрэлтийн спектрийг бүрэн хамрахын тулд бүрэн спектрийн схем. Seoul Semiconductor болон Samsung-ийн төлөөлдөг SUNLIKE чиптэй тохирох энэ төрлийн спектр нь хамгийн үр дүнтэй биш байж болох ч бүх ургамалд тохиромжтой бөгөөд өртөг нь монохромат гэрлийн хослолын шийдлээс хамаагүй бага байдаг. ③Спектрийн үр нөлөөг сайжруулахын тулд бүрэн спектрийн цагаан гэрлийг гол болгон ашиглахаас гадна 660нм улаан гэрлийг хослуулан ашиглах. Энэ схем нь илүү хэмнэлттэй бөгөөд практик юм.

Ургамлын гэрэлтүүлгийн монохромат гэрлийн LED чип (гол долгионы урт нь 450нм, 660нм, 730нм) сав баглаа боодлын төхөөрөмжийг дотоодын болон гадаадын олон компаниуд хамруулдаг бол дотоодын бүтээгдэхүүнүүд нь илүү олон янз бөгөөд илүү олон үзүүлэлттэй байдаг бөгөөд гадаадын үйлдвэрлэгчдийн бүтээгдэхүүнүүд илүү стандартчилагдсан байдаг. Үүний зэрэгцээ фотосинтезийн фотоны урсгал, гэрлийн үр ашиг гэх мэт хувьд дотоодын болон гадаадын сав баглаа боодлын үйлдвэрлэгчдийн хооронд том ялгаа байсаар байна. Ургамлын гэрэлтүүлгийн монохромат гэрлийн сав баглаа боодлын төхөөрөмжийн хувьд 450нм, 660нм, 730нм гол долгионы урттай бүтээгдэхүүнээс гадна олон үйлдвэрлэгчид фотосинтезийн идэвхтэй цацраг (PAR) долгионы урт (450-730нм)-ийг бүрэн хамрахын тулд бусад долгионы урттай шинэ бүтээгдэхүүн боловсруулж байна.

Монохромат LED ургамлын өсөлтийн гэрэл нь бүх ургамлын өсөлтөд тохиромжгүй. Тиймээс бүрэн спектртэй LED-ийн давуу талыг онцолсон болно. Бүрэн спектр нь эхлээд харагдах гэрлийн бүрэн спектрийг (400-700нм) бүрэн хамрах ёстой бөгөөд цэнхэр-ногоон гэрэл (470-510нм), гүн улаан гэрэл (660-700нм) гэсэн хоёр зурвасын гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх ёстой. "Бүрэн" спектрт хүрэхийн тулд ердийн цэнхэр LED эсвэл фосфортой хэт ягаан туяаны LED чипийг ашиглах бөгөөд түүний фотосинтезийн үр ашиг нь өөрийн гэсэн өндөр ба доод хэмжээтэй байдаг. Ургамлын гэрэлтүүлгийн цагаан LED сав баглаа боодлын төхөөрөмжийн ихэнх үйлдвэрлэгчид бүрэн спектрт хүрэхийн тулд цэнхэр чип + фосфор ашигладаг. Цагаан гэрлийг бий болгохын тулд монохромат гэрэл болон цэнхэр гэрэл эсвэл хэт ягаан туяаны чип болон фосфорын сав баглаа боодлын горимоос гадна ургамлын гэрэлтүүлгийн сав баглаа боодлын төхөөрөмжүүд нь улаан арван цэнхэр/хэт ягаан туяа, RGB, RGBW зэрэг хоёр ба түүнээс дээш долгионы чип ашигладаг нийлмэл сав баглаа боодлын горимтой. Энэхүү сав баглаа боодлын горим нь бүдгэрүүлэхэд маш их давуу талтай.

Нарийн долгионы урттай LED бүтээгдэхүүний хувьд ихэнх сав баглаа боодлын нийлүүлэгчид хэрэглэгчдэдээ 365-740нм зурвасын янз бүрийн долгионы урттай бүтээгдэхүүн нийлүүлж чаддаг. Фосфороор хөрвүүлсэн ургамлын гэрэлтүүлгийн спектрийн хувьд ихэнх сав баглаа боодлын үйлдвэрлэгчид хэрэглэгчдэд сонгох боломжтой олон төрлийн спектртэй байдаг. 2016 онтой харьцуулахад 2017 онд борлуулалтын өсөлт мэдэгдэхүйц өссөн байна. Эдгээрээс 660нм LED гэрлийн эх үүсвэрийн өсөлтийн хурд 20%-50% хооронд төвлөрсөн бөгөөд фосфороор хөрвүүлсэн ургамлын LED гэрлийн эх үүсвэрийн борлуулалтын өсөлтийн хурд 50%-200% хүрдэг, өөрөөр хэлбэл фосфороор хөрвүүлсэн ургамлын LED гэрлийн эх үүсвэрийн борлуулалт илүү хурдан өсч байна.

Бүх сав баглаа боодлын компаниуд 0.2-0.9 Вт болон 1-3 Вт-ын ерөнхий сав баглаа боодлын бүтээгдэхүүн нийлүүлж чадна. Эдгээр гэрлийн эх үүсвэрүүд нь гэрэлтүүлгийн үйлдвэрлэгчдэд гэрэлтүүлгийн дизайн хийхэд уян хатан байх боломжийг олгодог. Үүнээс гадна зарим үйлдвэрлэгчид өндөр хүчин чадалтай нэгдсэн сав баглаа боодлын бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг. Одоогийн байдлаар ихэнх үйлдвэрлэгчдийн тээвэрлэлтийн 80 гаруй хувь нь 0.2-0.9 Вт эсвэл 1-3 Вт байна. Эдгээрээс олон улсын тэргүүлэгч сав баглаа боодлын компаниудын тээвэрлэлт 1-3 Вт-д төвлөрсөн бол жижиг, дунд хэмжээний сав баглаа боодлын компаниудын тээвэрлэлт 0.2-0.9 Вт-д төвлөрсөн байна.

3. Ургамлын ургалтын гэрэлтүүлгийн хэрэглээний талбарууд

Хэрэглээний салбараас харахад ургамлын гэрэлтүүлгийг голчлон хүлэмжийн гэрэлтүүлэг, ургамлын үйлдвэрүүдийн хиймэл гэрэлтүүлэг, ургамлын эдийн өсгөвөр, гадаа тариалангийн талбайн гэрэлтүүлэг, өрхийн хүнсний ногоо, цэцэг тарих, лабораторийн судалгаанд ашигладаг.

1 Нарны хүлэмж болон олон хүрээтэй хүлэмжинд нэмэлт гэрэлтүүлгийн хиймэл гэрлийн эзлэх хувь бага хэвээр байгаа бөгөөд металл галоген чийдэн болон өндөр даралттай натрийн чийдэн нь гол нь юм. LED ургалтын гэрэлтүүлгийн системийн нэвтрэлтийн хурд харьцангуй бага боловч өртөг буурах тусам өсөлтийн хурд хурдасч эхэлдэг. Гол шалтгаан нь хэрэглэгчид металл галоген чийдэн болон өндөр даралттай натрийн чийдэнг ашиглах урт хугацааны туршлагатай бөгөөд металл галоген чийдэн болон өндөр даралттай натрийн чийдэнг ашиглах нь хүлэмжийн дулааны энергийн 6%-8%-ийг хангаж, ургамлыг түлэгдэхээс сэргийлдэг. LED ургалтын гэрэлтүүлгийн систем нь тодорхой, үр дүнтэй заавар, мэдээллийн дэмжлэг үзүүлээгүй тул өдрийн болон олон хүрээтэй хүлэмжинд хэрэглэх хугацаа хойшлогдсон. Одоогийн байдлаар жижиг хэмжээний туршилтын хэрэглээ нь гол тулгуур хэвээр байна. LED нь хүйтэн гэрлийн эх үүсвэр тул ургамлын оройд харьцангуй ойрхон байж, температурын нөлөөллийг багасгадаг. Өдрийн болон олон хүрээтэй хүлэмжинд LED ургалтын гэрэлтүүлгийг ургамал хоорондын тариалалтад илүү өргөн ашигладаг.

2 Гадаа тариалангийн талбайд ашиглах. Байгууламжийн хөдөө аж ахуйд ургамлын гэрэлтүүлгийн нэвтрэлт, хэрэглээ харьцангуй удаан байгаа бол эдийн засгийн өндөр ач холбогдолтой гадаа урт өдрийн ургац (жишээлбэл, луу жимс)-д LED ургамлын гэрэлтүүлгийн систем (фотопериодын хяналт)-ийг ашиглах нь хурдацтай хөгжиж байна.

③Ургамлын үйлдвэрүүд. Одоогоор хамгийн хурдан бөгөөд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг ургамлын гэрэлтүүлгийн систем бол хиймэл гэрлийн ургамлын үйлдвэр бөгөөд ангиллаар нь төвлөрсөн олон давхаргат болон тархсан хөдөлгөөнт ургамлын үйлдвэрүүдэд хуваагддаг. Хятадад хиймэл гэрлийн ургамлын үйлдвэрүүдийн хөгжил маш хурдацтай явагдаж байна. Төвлөрсөн олон давхаргат хиймэл гэрлийн ургамлын үйлдвэрийн гол хөрөнгө оруулалтын байгууллага нь уламжлалт хөдөө аж ахуйн компаниуд биш, харин Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong зэрэг хагас дамжуулагч болон хэрэглээний электрон бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг компаниуд, мөн COFCO, Si Cui болон бусад шинэ орчин үеийн хөдөө аж ахуйн компаниуд юм. Тархсан болон зөөврийн ургамлын үйлдвэрүүдэд тээвэрлэлтийн контейнер (шинэ контейнер эсвэл хуучин савыг сэргээн засварлах) стандарт тээвэрлэгч болгон ашиглагдсаар байна. Бүх хиймэл ургамлын ургамлын гэрэлтүүлгийн систем нь ихэвчлэн шугаман эсвэл хавтгай самбартай массив гэрэлтүүлгийн системийг ашигладаг бөгөөд тарьсан сортуудын тоо нэмэгдсээр байна. Төрөл бүрийн туршилтын гэрлийн томъёоны LED гэрлийн эх үүсвэрүүд өргөн хэрэглэгдэж эхэлсэн. Зах зээл дээрх бүтээгдэхүүнүүд нь голчлон ногоон навчит ногоо юм.

④Ахуйн ургамал тарих. LED гэрлийг гэр ахуйн ургамлын ширээний чийдэн, гэр ахуйн ургамал тарих тавиур, гэр ахуйн хүнсний ногоо тариалах машин гэх мэтт ашиглаж болно.

⑤Эмийн ургамал тариалах. Эмийн ургамал тариалахад Anoectochilus болон Lithospermum зэрэг ургамлууд оролцдог. Эдгээр зах зээл дээрх бүтээгдэхүүнүүд нь эдийн засгийн өндөр үнэ цэнэтэй бөгөөд одоогоор ургамлын гэрэлтүүлгийн хэрэглээ илүү ихтэй салбар юм. Үүнээс гадна Хойд Америк болон Европын зарим хэсэгт каннабис тариалахыг хуульчилсан нь каннабис тариалах салбарт LED ургалтын гэрэлтүүлгийг ашиглахад түлхэц болсон.

⑥Цэцэглэлтийн гэрэл. Цэцэглэлтийн салбарт цэцгийн цэцэглэлтийн хугацааг тохируулах зайлшгүй хэрэгсэл болохын хувьд Цэцэглэлтийн гэрлийг хамгийн түрүүнд улайсдаг чийдэн, дараа нь эрчим хүч хэмнэдэг флюресцент чийдэн хэрэглэсэн. LED аж үйлдвэржилт хөгжихийн хэрээр улам олон LED төрлийн цэцэглэлтийн гэрэлтүүлэг уламжлалт чийдэнг аажмаар орлож байна.

⑦Ургамлын эдийн өсгөвөр. Уламжлалт эдийн өсгөвөрийн гэрлийн эх үүсвэрүүд нь голчлон цагаан флюресцент чийдэн бөгөөд гэрлийн үр ашиг багатай, дулаан их ялгаруулдаг. LED нь бага эрчим хүч зарцуулдаг, бага дулаан ялгаруулдаг, удаан эдэлгээтэй зэрэг онцгой шинж чанаруудынхаа ачаар үр ашигтай, хяналттай, авсаархан ургамлын эдийн өсгөвөрт илүү тохиромжтой. Одоогийн байдлаар цагаан LED чийдэн нь цагаан флюресцент чийдэнг аажмаар орлож байна.

4. Өсөн нэмэгдэж буй гэрэлтүүлгийн компаниудын бүс нутгийн тархалт

Статистик мэдээллээр манай улсад одоогоор 300 гаруй ургалтын гэрэлтүүлгийн компани байдаг бөгөөд Сувдан голын дельта мужийн ургалтын гэрэлтүүлгийн компаниуд 50 гаруй хувийг эзэлж байгаа бөгөөд тэд аль хэдийн томоохон байр суурь эзэлж байна. Янцзы голын дельта мужийн ургалтын гэрэлтүүлгийн компаниуд 30 орчим хувийг эзэлж байгаа бөгөөд энэ нь ургалтын гэрэлтүүлгийн бүтээгдэхүүний чухал үйлдвэрлэлийн бүс нутаг хэвээр байна. Уламжлалт ургалтын чийдэнгийн компаниуд голчлон Янцзы голын дельта, Сувдан голын дельта, Бохайн эрэгт тархсан бөгөөд үүнээс Янцзы голын дельта 53%, Сувдан голын дельта, Бохайн эрэг тус тус 24%, 22% -ийг эзэлж байна. LED ургалтын гэрэлтүүлгийн үйлдвэрлэгчдийн гол түгээлтийн бүс нутаг нь Сувдан голын дельта (62%), Янцзы голын дельта (20%), Бохайн эрэг (12%) юм.

B. LED гэрэлтүүлгийн салбарын хөгжлийн чиг хандлага

1. Мэргэшсэн байдал

LED ургалтын гэрэлтүүлэг нь тохируулж болох спектр болон гэрлийн эрчим, нийт дулаан бага ялгаруулалт, ус нэвтэрдэггүй сайн үзүүлэлттэй тул янз бүрийн нөхцөлд ургалтын гэрэлтүүлэгт тохиромжтой. Үүний зэрэгцээ байгалийн орчны өөрчлөлт болон хүмүүсийн хүнсний чанарыг эрэлхийлэх нь байгууламжийн хөдөө аж ахуй, ургалтын үйлдвэрүүдийн эрчимтэй хөгжлийг дэмжиж, LED ургалтын гэрэлтүүлгийн салбарыг хурдацтай хөгжлийн үе рүү хөтөлсөн. Ирээдүйд LED ургалтын гэрэлтүүлэг нь хөдөө аж ахуйн үйлдвэрлэлийн үр ашгийг дээшлүүлэх, хүнсний аюулгүй байдлыг сайжруулах, жимс, хүнсний ногооны чанарыг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэх болно. Ургамлын гэрэлтүүлгийн LED гэрлийн эх үүсвэр нь салбарын аажмаар мэргэшсэний дагуу цаашид хөгжиж, илүү зорилтот чиглэлд шилжих болно.

2. Өндөр үр ашигтай

Гэрлийн үр ашиг, эрчим хүчний үр ашгийг сайжруулах нь ургамлын гэрэлтүүлгийн ашиглалтын зардлыг эрс бууруулах гол түлхүүр юм. Уламжлалт чийдэнг солихын тулд LED ашиглах, суулгацын үе шатнаас ургац хураалтын үе шат хүртэл ургамлын гэрлийн томъёоны шаардлагын дагуу гэрлийн орчныг динамик оновчлол, тохируулга хийх нь ирээдүйн цэвэршүүлсэн газар тариалангийн зайлшгүй чиг хандлага юм. Ургацыг нэмэгдүүлэхийн тулд үе шат, бүс нутгаар ургамлын хөгжлийн онцлогт тохирсон гэрлийн томъёотой хослуулан тариалж, үйлдвэрлэлийн үр ашиг, ургацыг үе шат бүрт сайжруулж болно. Чанарыг сайжруулахын тулд тэжээллэг чанар, гэрлийн зохицуулалтыг шим тэжээл болон бусад эрүүл мэндийн үйлчилгээний орц найрлагын агууламжийг нэмэгдүүлэхэд ашиглаж болно.

Тооцооллын дагуу хүнсний ногооны суулгацын улсын хэрэгцээ 680 тэрбум байгаа бол үйлдвэрийн суулгацын үйлдвэрлэлийн хүчин чадал 10%-иас бага байна. Суулгацын үйлдвэрлэл нь байгаль орчны өндөр шаардлага тавьдаг. Үйлдвэрлэлийн улирал нь ихэвчлэн өвөл, хавар байдаг. Байгалийн гэрэл сул бөгөөд хиймэл нэмэлт гэрэл шаардлагатай. Ургамлын ургалтын гэрэлтүүлэг нь харьцангуй өндөр оролт, гаралттай бөгөөд оролтыг хүлээн авах өндөр түвшинтэй байдаг. LED нь өвөрмөц давуу талтай, учир нь жимс, хүнсний ногоо (улаан лооль, өргөст хэмх, амтат гуа гэх мэт)-ийг залгах шаардлагатай бөгөөд өндөр чийгшилтэй нөхцөлд гэрлийн нэмэлт тэжээлийн тодорхой спектр нь залгагдсан суулгацын эдгэрэлтийг дэмждэг. Хүлэмжийн хүнсний ногоо тарих нэмэлт гэрэл нь байгалийн гэрлийн дутагдлыг нөхөж, ургамлын фотосинтезийн үр ашгийг сайжруулж, цэцэглэлт, жимс ургалтыг дэмжиж, ургацыг нэмэгдүүлж, бүтээгдэхүүний чанарыг сайжруулж чадна. LED ургалтын гэрэлтүүлэг нь хүнсний ногооны суулгац, хүлэмжийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг.

3. Ухаалаг

Ургамлын гэрэлтүүлэг нь гэрлийн чанар болон гэрлийн хэмжээг бодит цагийн хяналтад ихээхэн эрэлт хэрэгцээтэй байдаг. Ухаалаг хяналтын технологи сайжирч, Эд зүйлсийн интернетийг ашигласнаар олон төрлийн монохромат спектр болон ухаалаг хяналтын системүүд цаг хугацааны хяналт, гэрлийн хяналтыг хэрэгжүүлж, ургамлын өсөлтийн байдлаас хамааран гэрлийн чанар болон гэрлийн гаралтыг цаг тухайд нь тохируулах нь ургамлын гэрэлтүүлгийн технологийн ирээдүйн хөгжлийн гол чиг хандлага болох нь дамжиггүй.