客製化植物照明，使用合適的光源讓植物生長大大受益，同時降低能源消耗，從而縮減種植成本。現今最高效的照明來自於LED燈具。創新研發的植物照明LED精準光譜，使光照更均勻分佈在植物上，進一步擴展了LED在植物照明中的優勢。 Cree LED憑藉其在高性能LED領域的獨特地位，一貫致力於植物照明領域的發展。在討論植物照明LED產品之前，讓我們先來了解一些植物照明的背景知識。

植物照明的發展歷程

根據專注於照明控制系統的非營利組織DesignLights Consortium (DLC)的調查顯示，北美對當地生產食品需求的不斷增長，加上大麻在醫療和娛樂領域的合法化，以及對彈性供應鏈的強烈需求，大力推動了受控環境農業(CEA)的發展[1]。

對於這些應用，LED燈具比以前使用的金屬鹵素燈、螢光燈，高壓鈉燈(HPS)或霓虹燈，光效更高、通用性更廣泛。這意味著在既定的電力負荷下，光能利用率更高。此外，植物照明可以根據不同類型植物的特定需求進行客製化和優化，降低種植成本，種植者獲得更高收益。

憑藉精確光譜控制的經驗，LED技術開創了CEA照明的新時代。無與倫比的光效水平意味著透過節能來實現新的商業模式。植物照明研究人員一直在積極探索改善方案和可行性措施。
研究人員努力改進了光譜控制，發現不同植物對不同類型的照明做出不同的反應。有些植物在高光效、窄光譜照明下可茁壯成長，而有些則需要寬譜照明來最大化產量。

有研究顯示，單色紅光(R)和藍光(B)不適合羅勒植物的生長、色素沉積和電子傳遞鏈的生物物理特性[2]。然而，在紫色和綠色羅勒品種中，紅光和藍光的組合(尤其是70R30B)有利於其生長和色素沉澱，並改善了羅勒植株的螢光參數。

農作物產量提高會一定程度上刺激經濟成長。截至2026年，北美地區黃瓜、番茄、辣椒、綠葉蔬菜和草莓的價值估計將高達80億美元[3]。
2021年，溫室種植農業產值僅佔北美總產值（50億-60億美元）的20%。因此，投資農業發展市場的時機已經成熟。
植物照明的獨特需求

現今，大多數LED裝置都是為人類需求設計的，根據人眼對它們的感知來衡量標準的——從廚房裡的燈、到電視/手機螢幕，再到音樂活動現場的顯示器。然而，植物對光照的反應機制與人眼完全不同。因此通用照明的光波對植物生長較不適宜，同時也會消耗過多的能量，效率低。
在過去的10年裡，許多生產商機智地開發了新系統，將人類視覺所提供的LED性能轉換為植物照明性能。然而，這種轉換實施起來比較費力，結果也不精確。
隨著植物照明成為LED 一大重要應用領域，新的植物照明技術應運而生。不同的作物在不同的生長環境、不同的植物生長週期中，可以使用不同顏色LED或不同顏色LED組合的光照來刺激其生長。


新一代高光效植物照明LED

Photophyll™Select LED是Cree LED在植物照明領域的突破性產品，不同於傳統照明指標如色溫（CCT）和顯色指數（CRI）等，Photophyll™Select LED使用植物照明指標來衡量產品性能，例如光合光子通量(PPF)和紅色PPF %，成為第一個可以精確控制綠色藍比(GBR)的植物照明LED。

圖1 ：Cree LED Photophyll™Select LEDs專為植物照明優化光譜圖例

圖1顯示了不同GBR對應的光譜圖例。綠色波長(500- 600nm)經過最佳化，可分為三個GBR級別，紅色值都已減少到典型的20%紅色PPF。 Photophyll™Select LED中的紅色含量最小，可以最大限度地利用高效的660nm Photo red LED，與普通的白光＋紅光方案相比，基於Photophyll™Select LED的白光＋紅光，其係統PPF 與PPF/ W值可提高6%左右。

圖2：基於標準LED與Photophyll™ Select LED模組的效能參數對比

圖2顯示了兩個不同LED燈具的參考效能數據對比，一個使用標準LED，另一個使用Photophyll™ Select LED。圖中列出了與植物吸收光能和光譜息息相關LED的參數，包括PPF、PPE以及藍綠比，其中PPF是顯示有多少光合有效輻射量(PAR)產生，PPE是衡量燈具的效率。由圖2可以看出，二維設計方法減少了複雜的光譜分析，簡化了植物照明系統的設計。

參考設計(如圖3和圖4所示)採用雙通道照明系統，由Photophyll™ Select LED加660 nm Photo Red LED組成，光效性能提高6%， LED數量減少33%，從而降低了燈具系統成本，同時在相同的光輸入功率下，保持相同的GBR和紅色比例。 Photophyll™ Select LED的更高效能意味著植物照明燈具可獲得以下優勢:

• 相同LED成本條件下，改善光輸出和光效，提升光照性能
• 透過使用更少的LED降低成本，並保持相同的性能(光輸出和光效不變)

圖3：Photophyll™ Select LED 參考設計模組示意圖

圖4：Photophyll™ Select LED 參考設計燈具實際安裝效果範例

Cree LED持續創新其他植物照明LED產品，除了Photophyll™ Select LED系列，新推出的J Series 系列JB3030C 和JR5050C 白光LEDs，採用3030和5050封裝尺寸，光效也屬於業界領先水準。此外，高功率660nm陶瓷XLamp ® XP-G3 Photo Red S Line產品電壓更低，光輸出更高，從而光效大大提高。

Cree LED植物照明LED系列也展現了更高的抗硫性，包括XLamp ® XP-G3 S Line白光和Royal Blue產品系列，以及XLamp ® XP -E2 Far Red LED。根據植物生長所需的光譜或波長範圍，Cree LED都能量「植」而製，滿足其需求(見圖5)。

圖5：Cree LED 植物照明系列產品可選光譜分佈和波長範圍

Cree LED推出的XLamp ® Horizo​​​​n LED，擁有「蝙蝠翼」發光角，光源安裝高度降低40%。與標準LED相比，農作物密度大大提高，光照更加均勻，同時抗硫性、耐腐蝕性也增強。目前XLamp ® Horizo​​​​n LED系列有5個光譜可供選擇：White/Photophyll™ Select/Royal Blue/ Photo Red 和Far Red。

在垂直農業應用中，XLamp ® Horizo​​​​n LED可實現多層植物生長支架範圍光照，相同面積內種植更多農作物，從而降低農業種植成本，提高種植收益。

目前的溫室種植農業領域，光分佈是由燈具上的二次光學元件（塑膠或玻璃製成的）進行控制的，它降低了光輸出和光效。如果LED裝置本身可以調整發光角，那麼整體燈具成本降低，燈具效率也提高。

圖6：XLamp ® Horizo​​​​n LED 發光角度的不斷改善，使溫室種植&垂直農業皆受益

植物照明的前景

Cree LED以其植物照明系列產品（包括Photophyll™ Select LED和XLamp ® Horizo​​​​n LED系列）的獨特性和創新性，為現代農業提供一站式服務，優化農業投資、助力植物生長。

隨著植物照明研發人員不斷探索新的照明方案來改善植物生長光照條件，Cree LED也將在農業照明領域進一步變革，整體PPE將持續改善。目前植物照明LED光效在50-80%範圍內，仍有進步的空間。

參考文獻：
[1] LED 園藝照明技術要求 3.0 版https://www.designlights.org/news-events/news/final-release-horticulture-technical-requirements-v3/
[2]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6522611/
[3]受控環境農業投資機會已成熟|萊克諮詢。 （2022 年 9 月 23 日）。 Lek.com。 https://www.lek.com/insights/ei/control-environment-agriculture-opportunity-ripe-in​​vestment
*原稿由 Cree LED 美國技術團隊撰寫
*文章刊登在美國AgriTech Tomorrow 雜誌
 

TrendForce 2024 全球車用 LED 市場- 照明與顯示產品趨勢
出刊時間:
1. PDF (144頁)- 2024年6月30日
2. EXCEL- 2024年6月30日、2024年12月31日
語言: 繁體中文 / 英文