创新

植物工厂里的有“阳光”吗？有！“阳光”从哪里来？是从一些专用的植物照明灯里来！

最初被应用于植物工厂的植物灯有白炽灯、高压钠灯、金卤灯、荧光灯等传统灯具，而当前最热门的植物灯光源当属 LED 光源。自从 LED 光源诞生后，因其显著的先天优势，很快便得到科研人员的青睐，成为高效的生产工具。

LED 光源与传统灯具在发光原理上存在本质差别。白炽灯通过对灯丝加热，当灯丝温度达到一定程度的时候像烧红的烙铁一样发出光来，因此白炽灯将大部分电能转化成了热能，只有少数的电能转化成了光能。高压钠灯、金卤灯、荧光灯等均为气体放电灯，通过外界电场加速放电管中的电子，激发气体（包括某些气态金属）放电而导致原子发光，其光谱特性主要由气体成分本身的特性决定。但 LED 为固态光源，其核心是由半导体制成的 PN 结。P 型半导体（含浓度较高的空穴）和 N 型半导体（含浓度较高的自由电子）通常由不同的半导体化合物制成，在它们的交界处形成的空间电荷区被称为 PN 结。通过 PN 结的电子与空穴的迁移与复合而发光。制造 PN 结的化合物不同，其发光特性也不同。

植物灯常用 LED 封装形式

（1）大功率 LED 封装 （2）中小功率 LED 封装

那么 LED 植物灯到底有什么样的先天优势呢？

首先，LED 植物灯光效高、节能。LED 灯具被应用于农业后，因灯具使用密度相对通用照明来说是极高的，特别是光需高的植物，每平方米种植面积的用电功率高达 500-1000 W。这对植物灯的电光转换效率提出了严苛的要求。目前 LED 植物灯的电光转换效率是白炽灯的 20 倍以上、荧光灯的 3 倍、高压钠灯的近 2 倍。因此，应用 LED 植物灯可大幅度降低用电量，从而实现节能。

不同半导体化合物 LED 芯片的发光波长分布

第二，LED 光谱波段覆盖范围广，容易获得单色光及全光谱。目前，LED 可覆盖 200-950 nm 的波长范围，存在数十种单色光 LED 。并且可以通过单色 LED 芯片激发荧光粉扩宽单色光的半波宽，或者单色光复合光谱，或者获得全光谱的白光。这对研究不同植物对光的吸收提供了非常有利的实验条件，并实现了不同植物的光谱定制，为植物提供最佳光配方。

单色光LED芯片激发不同荧光粉的光谱变化

第三，LED 植物灯光强、光谱均可调。LED 属电流驱动型光源，其亮度随电流的增大而增加。因此，对驱动 LED 的电源输出电流进行调整，即得到相对应的亮度。对不同光色的 LED 进行电流大小的分别控制，便可实现光谱可调的功能。目前市场上的可调光谱植物灯主要用于科研，而可调光强的植物灯已大范围应用于生产。

第四，LED 发热少，可近距离接触植物而不产生植物叶片和操作人员灼烧等问题。室内多层种植技术的快速发展也主要得益于 LED 植物灯的这一特点。       

                                              

植物工厂灯具类型

第五，LED 寿命长，光衰小，可靠性高。LED 的理论寿命高达 10 万小时以上。LED 植物灯的设计若能将 LED 的工作温度控制在合适的温度之下，LED 植物灯的寿命便可超过 5 万小时。目前，高端 LED 植物灯质保期 5 年，且工作 36000 小时后的光衰仍然小于 10% 。而荧光灯工作 10000 到 15000 小时后，通常光衰高达 30% 。

第六，LED 可控性强，智能控制潜力大。传统灯具如高压钠灯，从通电到灯具达到稳定工作状态需要 5 分钟以上，而断电后需要冷却 10 分钟左右才能再次启动。而 LED 的响应速度极高，每秒钟 30000 次的快速开关条件下仍能正常工作。

第七，使用安全性高，运输可靠性高。传统灯具多为玻璃外壳，运输及使用过程中难免因玻璃破碎而坏损。而 LED 为固体光源，对震动、跌落、冲击等的耐受程度高，安全可靠。

第八，灯具形式多样化。传统光源一般为灯泡类型，制造成植物灯时，往往会增加一个反射器，使其光线向下照射到目标植物上。而 LED 植物灯不但可以制造成向下发光的顶光灯，还可制造成 360 度发光贴近植物的株间补光灯。不似传统光源灯泡的 360 度发光，LED 封装后一般为 180 度单面发光，可以更容易获得小角度发光的灯具，成为将光线集中照射到植物上的投光灯，还可以被制造成近距离照射时光照仍特别均匀的面板式植物灯。

中科三安植物工厂内种植三色堇

由于它的独特优势，LED 植物灯近几年在农业方面的应用飞速发展。目前，相对传统灯具，LED 植物灯的成本仍然较高，但随着时代的科技进步，植物灯的成本一定会快速地降低，未来 LED 植物灯将为农业生产开创更广阔的天地。