453LED植物灯技术研究报告.doc
LED植物灯技术研究报告1、研究意义：我国是一个农业大国，农业在我国有着重要的地位。在我国，农业的现状在极大程度上依然按传统方式，高成本，低效率，投入较高，产值较低，这些特征使得农业成为国发经济上亟待发展的一环。科学的植物补光方法提高农产品的产量是解决农业现状的一个有效途径。光合作用是植物生长，合成有的关键环节，的效的提高植物对于光的利用率，有效的增加有机物的合成，则会对改善我国农业发展现状大有裨益。LED补光具有节能性、光谱可调性、冷光源性、良好的防潮性及寿命长等诸多优点，使其作为农业用灯而被看好。LED植物生长灯可以对植物近距离照射和对空间的不同位置进行不同波长的逐点照射，进而实现使用耗能较少的光源从而达到优于传统灯具有照射方式的补光效果。这样不仅可以实现对密集种植物的低矮位置对分层种种植作物的按需补光，还可以实现对同一种作物的不同部位不同种类光的补光。2、技术发展现状和趋势在国外，LED已经成为用于试管苗生长和光形态建设的新型光源，而目前，LED植物生产方面的领域仅仅局限于蔬菜种植、组培等方面且仅用于补光，将LED作为全程控制光源用于种苗工厂的研究尚未见报道。LED用于育苗的优势明显，光源可以贴进种苗，大大提高土地资利用率，同时还可以节约大量能源，可以在非可耕地环境下生产，甚至可以用于未来太空环境下的人工补光实现食物的自给等，所以从光环境与植物的交互作用出发，进行LED植物补光照明的研究非常有必要。迄今为止，中国植物设施栽培领域的LED应用机理研究还处于起步阶段。大量的数据需借鉴国外研究成果，进一步系统深入研究LED应用于中国设施栽培领域的基础理论十分必要。此外，中国虽是植物设施栽培面积大国，但是设施栽培领域具有自主知识产权的LED技术产品的研究基本上还是空白，我们必须努力研制开发出符合中国生产实际的LED植物光源、照明自动控制系统、新型植物生长调控装置和大型植物工厂化育苗设施等。3、预期的应用前景植物组培、育苗、大棚栽培、植物工厂等迫切需要高生物能效的新型LED植物生长灯。植物生长灯组培育苗的必需品和易耗品，以LED组培专用光源具有广阔持久的消费市场。传统电光源的植物能效仅为0.5，电能浪费极大，电费成本约占组培苗总成本的30%40%。高生物能效的新型LED的应用，必将引起植物组培产业的深刻变革，推动组培育苗产业规模的扩大，并以此促进LED的应用规模不断扩展。我国是全球工厂化植物组培育苗的生产基地和出口基地，也是全球最大的组培苗消费市场。据农业部统计，截止2007年底，年产量大于1000万株的组培企业，全国有300多家，植物组培的总面积在2000万平方米以上，总产量大于30亿株，产值200亿元左右。组培每天的光照时间为16h/d，如果一年按300天的生产日、全国2000万平方米的组培总面积计算，则由荧光灯引起的年耗电总量在1075亿KW/h以上；采用LED后，其年耗电总量在518亿KW/h左右，年节电总量在560亿KW/h以上，节能效果显著。还有现在全世界范围内兴起的植物工厂，也是LED植物灯的一个很好应用场所，具有传统补光灯无可比拟的优势，其产业规模更加庞大。4、研究目标： 开发出多款适合于植物生长所需要的LED植物生长灯, 建设植物工厂进行LED灯的应用实验 设计开发植物工厂的补光系统5、主要研究内容：（一）测试选择LED灯光的配比，调试出适合植物生长(叶绿素、花青素、胡萝卜素)所需的光谱能量分布的灯光，还有根据不同的植物，不同生长期控制灯光的配比，让植物得到最佳的光照效果（二）采用非成像二次光学设计，使照射的光均匀分布于植物的表面，提高灯光的利用率。（三）LED植物生长灯的多颗LED集成后的最佳散热结构设计，保证五年以上的使用寿命（四）设计跟植物灯相匹配、高效率、高稳定性的恒定电流驱动电源，将交直流转换LED恒流源的高效率电源驱动，符合CE、UL等电器安全规范（五）建立植物工厂和示范基地，进行试验性植物生产，检验各种LED植物灯的效果（六）设计成套的LED补光系统.6、拟解决的关键技术问题：（一）选择发出适合植物生长所需的光谱的LED芯片前期选择的是波长为660nm红光、440nm蓝光，还有4000K和6000K的白光的LED芯片，选择LED芯片的发光波长浮动小于10nm(二)LED的散热和恒定电流的电源驱动技术由于电流的不稳定和散热的问题解决不好会使LED发出来的光线产生波长漂移，我们将驱动电源的进行恒定电流输出，再采用合理的拓扑结构，将经过每个LED的电流都恒定在20mA,保证LED的波长稳定，保证LED照出的每一部分都能光线都充分利用好设计的驱动电源的技术指标：功率因数大于90% 宽电压输入（AC90265V），取得CCC认证7、项目的特色和创新之处： 研制出适合植物生长的LED植物灯，适合不同植物生长的不同时期生长的LED灯。多种外观和形状设计，方便安装和改装。开发应用于植物工厂培育蔬菜和水果的LED灯。 LED植物生长灯可以提高植物的光合效率，提高农产品的产量，从而可以促进农业的发展。LED灯在可以实现对密集种植作物的低矮位置和对分层种植作物的按需补光，还可以实现对同一植物的不同部位的不同类型光的补光，优于传统灯具有照射方式的补光效果 我们研究生产各种LED植物生长灯，完全能提供适合于植物生长所需的各种光谱，后续的研究中不断完善与改进，不久之后就可以完全用于植物工厂的照明，融入到植物生长灯的这个巨大的市场中并取得丰硕成果。8、采用的方法、技术路线以及工艺流程：（1）本公司增加研究人员反复研究植物的光合作用机理，提出选用产生适合植物生长的光线波长和合适光线的强度要求，再选用适合要求的LED芯片，使植物能够最高效率的能源利用率。（2）自主开发和设计跟植物灯相匹配、高效率、高稳定性的恒定电流驱动电源，将交直流转换LED恒流源的高效率电源驱动，符合CE、UL等电器安全规范。LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源。LED适合采用直流工作，工作电压仅低，但工作电流较大，在驱动电路设计时，既要考虑LED的单管效率，也要考虑电路的整体系统转换效率、复杂程度和成本。毫无疑问，驱动电路的效率会影响灯具的总效率，但追求高的驱动电路的效率会受到成本的限制。好的LED驱动电路设计既需要满足特定的电学要求，也应具有高效率和高可靠性，并且能在较高的温度下进行工作。 （3）设计独特的LED散热技术。LED植物生长灯的多颗LED集成后的最佳散热结构设计，多个LED的串并联线路，必须做有效散热结构优化设计，以免热能分布不均匀导致LED个别亮度及寿命衰减幅度不同，产生光斑及照度骤减之低劣的照射质量，从而保证五年以上的使用寿命。（4）自主开发与设计植物工厂以及植物补光系统。根据植物工厂、大棚等对不同植物、不同的植物生长周期、不同的季节设计可调控的补光系统，使植物得到最佳的光照效果9主要技术指标LED植物生长灯,系采用LED丰富的波长范围,找出对植物最有利的光谱波长,用LED的光波混合照射,去除掉日光中有害光谱,直接给予需要光合作用的光波.如前项所示: 绿叶植物的光波配比为660nm*50%,440nm*20%,3000K白光15%,6000K白光*15%.当此配比的光照强度足够时,再施以CO2肥,绿叶植物便可行光合作用,制造其维生系统所需养分,使植物成长茁壮,于晚间日光无法照射时,采用LED补光系统,可使植物生长更有效率,生长速度及本体根茎叶都有效提升,达到预及效果.经多次系统验证,调整开发出两种LED补光系统,(一). 适用于温室栽种的大功率LED照射补光系统,以及(二). 适用于家庭栽种的中功率LED照射补光系统.10主要经济指标（如技术及产品应用所形成的市场规模、效益等）： 目前在农业生产中使用的补光灯普遍使用传统电光源。但传统电光源的植物能效仅0.5，电能浪费极大，电费成本约占组培苗总成本的30%40%。高生物能效的新型LED光源的应用，必将引起植物组培产业的深刻变革，推动组培育苗产业规模的扩大，并以此促进LED的应用规模不断扩展。 植物工厂化育苗产业一项就为LED光源提供了巨大的消费市场，幼苗仅出口一项就达到近百亿株之巨量，国内年消费量很大，如果在植物工厂化育苗中采用LED替代传统电光源，其一次性总市场规模将达到2000亿元。还有现在全世界范围内兴起的植物工厂，也是LED植物灯的一个很好应用场所，具有传统补光灯无可比拟的优势，其产业规模更加庞大。 LED组培专用光源具有广阔持久的消费市场。我国是全球工厂化植物组培育苗的生产基地和出口基地，也是全球最大的组培苗消费市场。据农业部统计，截止2007年底，年产量大于1000万株的组培企业，全国有300多家，植物组培的总面积在2000万平方米以上，总产量大于30亿株，产值200亿元左右。组培每天的光照时间为16h/d，如果一年按300天的生产日、全国2000万平方米的组培总面积计算，则由荧光灯引起的年耗电总量在1075亿KW/h以上；采用LED后，其年耗电总量在518亿KW/h左右，年节电总量在560亿KW/h以上，节能效果显著。
