Анализ движущих факторов, возможностей и вызовов в развитии отрасли оборудования для дополнительного освещения растений

01 Обзор отрасли оборудования для досвечивания растений

Фитосветильники — это искусственные источники света, которые стимулируют рост растений, излучая электромагнитные спектры, подходящие для фотосинтеза. Фитосветильники обычно используются в условиях отсутствия естественного освещения или при необходимости дополнительного освещения, обеспечивая спектр, аналогичный солнечному свету, или более подходящий для потребностей выращиваемых растений.

Как один из основных факторов, влияющих на рост и развитие растений, спектр, сила света и фотопериод влияют на рост и развитие растений.

Оборудование для дополнительного освещения растений обычно применяется в теплицах, вертикальном земледелии, растительных фабриках и домашнем садоводстве. В настоящее время высокодоходные сельскохозяйственные продукты, такие как овощи, фрукты и цветы, в развитых странах выращиваются преимущественно в теплицах с использованием искусственных источников света для регулирования световой среды. Например, такие страны Европы, как Нидерланды, уже применяют дополнительное освещение растений в современном сельскохозяйственном производстве, достигая значительных экономических выгод.

В последние годы, благодаря быстрому технологическому развитию и государственной политике, многие светотехнические компании вышли на рынок освещения для растений, что сделало сегмент оборудования для досветки растений одним из наиболее быстро растущих.

02 Глобальные драйверы рынка оборудования для дополнительного освещения растений

А. Рост мирового спроса на фрукты и овощи в сочетании с постепенным сокращением площади пахотных земель на душу населения

Население стран с развивающимися рынками продолжает сохранять высокие темпы роста, а общая численность населения мира сохраняет устойчивую тенденцию к росту, что также способствует постоянному росту рыночного спроса на сельскохозяйственную продукцию, такую как фрукты и овощи. В то же время повышение уровня жизни людей способствовало внедрению здоровых и научно обоснованных диетических концепций и улучшению структуры питания. Доля потребления таких культур, как овощи и фрукты, постепенно растет, что стимулирует развитие отрасли фруктов и овощей, а также отрасли досветки растений.

Мировое и китайское производство овощей демонстрировало стабильный рост в последние годы, увеличившись с 1,05 млрд тонн и 530 млн тонн в 2015 году до 1,09 млрд тонн и 560 млн тонн в 2019 году, со средними годовыми темпами роста (CAGR) 0,9% и 1,2% соответственно. В будущем, благодаря продолжающемуся росту мирового населения и повышению уровня жизни, мировое и китайское производство и спрос на фрукты и овощи будут продолжать демонстрировать устойчивую тенденцию к росту. Однако площадь пахотных земель на душу населения в мире имеет устойчивую нисходящую тенденцию, сократившись с 0,188 гектара на человека в 2015 году до 0,182 гектара на человека в 2019 году, и, как ожидается, будет снижаться со средним годовым темпом роста -0,6% до 0,177 гектара на человека к 2024 году.

Рост населения и сокращение пахотных земель требуют более высокой урожайности с единицы площади, что существенно стимулирует спрос на оборудование для досветки растений, ускоряющее рост и повышающее продуктивность. Оборудование для досветки растений способствует фотосинтезу в условиях слабого освещения или его отсутствия, эффективно ускоряя рост растений, сокращая цикл выращивания фруктов и овощей, улучшая их качество, урожайность и вкус, содействуя развитию отрасли производства фруктов и овощей, удовлетворяя растущий потребительский спрос и помогая решать такие проблемы, как продовольственное снабжение и безопасность пищевых продуктов.

Б. Растущий спрос на домашнее садоводство

По мере роста доходов домохозяйств и улучшения уровня жизни домашнее садоводство постепенно набирает популярность, а зеленая экология становится неотъемлемой частью жизни людей. В Соединенных Штатах, где много энтузиастов садоводства, почти 80% домохозяйств выращивают еду или цветы дома, тратя в среднем более 550 долларов в год на садоводство. Доля молодых людей младше 35 лет в этой группе постепенно увеличивается, превышая 30%. Помимо посадки различных растений во дворах, все больше американцев готовы инвестировать больше денег в оборудование для внутреннего выращивания. С другой стороны, вспышка пандемии COVID-19 в начале 2020 года также способствовала развитию рынка домашнего садоводства.

Из-за пандемии люди проводят больше времени дома и занимаются домашними делами, такими как домашнее садоводство. Балконы, задние дворы и крыши стали популярными местами для выращивания овощей и зеленых растений. Выращивание простых овощей дома не только приносит радость и позволяет наслаждаться прелестями сельской жизни, но и помогает снизить риск заражения, связанный с выходом за покупками. Для любителей садоводства часто необходимо обеспечить подходящие светильники для роста растений, чтобы способствовать лучшему росту растений. Это особенно важно в условиях внутреннего выращивания с относительно слабым освещением. Светильники LED для роста, характеризующиеся низким энергопотреблением, высокой световой отдачей, низким тепловыделением и компактными размерами, широко используются в приложениях освещения для домашнего садоводства. Их можно использовать в настольных лампах для домашних растений, домашних стеллажах для выращивания растений и домашних машинах для выращивания овощей. С ростом глобального домашнего садоводства и повышением осведомленности о потреблении в области садоводства перспективы применения освещения для домашнего садоводства являются многообещающими.

C. Быстрое развитие современного тепличного хозяйства

С быстрым развитием науки и технологий содержание защищенного земледелия становится все более богатым. Различные модели и концепции, такие как теплицы, заводы растений, вертикальное земледелие и беспочвенное выращивание, постепенно созревают. Защищенное земледелие отличается высоким технологическим содержанием, интенсивным управлением и высокой экономической эффективностью, став одним из важных символов современного сельского хозяйства. Мировая площадь выращивания овощей в теплицах увеличилась с 415 000 гектаров в 2014 году до 497 000 гектаров в 2018 году. Кроме того, быстрое развитие заводов растений в последние годы принесло новый импульс современному сельскому хозяйству. Заводы растений считаются важным способом решения таких проблем, как нехватка ресурсов, недостаточность рабочей силы нового поколения, растущий спрос на продовольствие и злоупотребление химическими удобрениями и пестицидами. Они также являются ключевым средством достижения самообеспечения продовольствием в процессе будущего освоения аэрокосмической инженерии, привлекая широкое внимание стран мира.

В современных системах сельского хозяйства с контролируемой средой световая среда является одним из незаменимых физических факторов окружающей среды для роста и развития растений. Регулирование морфогенеза растений путем настройки качества света является ключевой технологией в тепличном выращивании. Когда такие условия окружающей среды, как углекислый газ, вода, питательные вещества, температура и влажность, фиксированы, плотность потока фотосинтетических фотонов между точкой светонасыщения и точкой светокомпенсации конкретного растения напрямую определяет его относительную скорость роста. Благодаря углубленным исследованиям спектра было обнаружено, что свет в разных диапазонах длин волн по-разному влияет на различные стадии роста растений. Оборудование для досветки может продлевать время эффективного освещения в качестве дополнительного освещения, полностью заменять естественный свет для стимулирования роста растений в растительных фабриках и полностью решать проблему зависимости от погоды на этапе выращивания рассады, позволяя разумно планировать сроки в соответствии со сроками поставки рассады. Благодаря использованию оборудования для досветки можно лучше контролировать скорость фотосинтеза растений и эффективность источников света, тем самым управляя скоростью и качеством роста растений. Таким образом, быстрое развитие современного сельского хозяйства с контролируемой средой невозможно без поддержки технологии досветки растений, а все более разнообразные сценарии сельскохозяйственного выращивания и постоянно повышающиеся требования к выращиванию также способствуют дальнейшему развитию отрасли досветки растений.

03 Возможности, стоящие перед отраслью

А. Сценарии применения оборудования для дополнительного освещения растений постоянно расширяются

С точки зрения областей применения, оборудование для дополнительного освещения растений в настоящее время достигло масштабного применения в теплицах. Применение в заводах по выращиванию растений с полностью искусственным освещением, домашнем садоводстве, многослойном/вертикальном земледелии, растительных зеленых стенах, открытом полеводстве и культуре тканей растений находится на начальной стадии. В связи с быстрым развитием новых отраслей и постоянным повышением требований к освещению и дополнительному освещению в различных секторах, оборудование для дополнительного освещения растений будет иметь более разнообразные способы и сценарии применения в будущем.

В настоящее время теплицы являются наиболее широко применяемой областью для оборудования досветки растений. В теплицах часто используются мощные и сильно нагревающиеся лампы HID в качестве верхнего освещения для обеспечения основного источника дополнительного света. В настоящее время всё больше теплиц также оснащаются светодиодными лампами LED, относящимися к источникам холодного света, в качестве светильников для междурядной досветки, чтобы ещё больше ускорить рост растений. Заводы по выращиванию растений с полностью искусственным освещением являются наиболее быстро развивающейся областью применения оборудования для досветки растений. Заводы по выращиванию растений включают различные типы, такие как централизованные многоярусные и распределённые мобильные системы. Их системы освещения для растений в большинстве случаев используют линейные или плоские матричные системы светильников и, как правило, позволяют интеллектуально регулировать световую среду, благоприятную для роста растений.

В последние годы проекты растительных фабрик быстро развиваются по всему миру, особенно в Японии, Нидерландах, Китае и других странах. По мере того как растительные фабрики постепенно достигают крупномасштабного коммерческого применения в будущем, применение оборудования для дополнительного освещения растений в этой области будет еще больше проникать. В открытом грунте также постепенно увеличивается использование светильников для роста растений, например, для культур с длинным световым днем высокой экономической ценности (например, драконий фрукт). С постепенным снижением стоимости дополнительного освещения растений ожидается, что применение оборудования для дополнительного освещения растений в этой области будет еще больше проникать. Кроме того, сценарии стереоскопической/вертикальной посадки нуждаются в оснащении оборудованием для дополнительного освещения для многоуровневого (особенно нижнего уровня) дополнительного освещения при максимальном использовании пространства вертикальной посадки. С дальнейшим продвижением и применением технологии стереоскопической посадки перспективы спроса на оборудование для дополнительного освещения растений широки.

Б. Непрерывное развитие технологии дополнительного освещения растений

В последние годы благодаря совместным усилиям участников отрасли, научно-исследовательских институтов и конечных рынков технологический уровень индустрии дополнительного освещения для растений продолжает расти. Благодаря НИОКР, инновациям в процессах и накопленному опыту предприятия по дополнительному освещению для растений могут предоставлять комплексные решения под ключ для световой среды растений, от проектирования спектра до готовой продукции. Они могут точно комбинировать различные источники света разного качества для формирования массивов дополнительного освещения в соответствии с фотосинтетическими потребностями различных растений, предлагая индивидуальную настройку «по мерке» для удовлетворения потребностей различных растений в разных условиях выращивания, тем самым максимизируя рост растений и достигая целей энергосбережения. Динамическая оптимизация и регулирование световой среды в соответствии с требованиями светового рецепта от стадии рассады до стадии уборки урожая также являются важной тенденцией будущего точного земледелия. Для повышения урожайности выращивание можно проводить поэтапно и по зонам в сочетании со световыми рецептами на основе характеристик развития растения, повышая производственную эффективность и урожайность на каждом этапе; для улучшения качества можно использовать такие методы, как регуляция питания и регуляция света, чтобы увеличить содержание питательных веществ и других функциональных компонентов, полезных для здоровья.

В будущем, по мере усиления рыночного спроса на регулирование качества и количества света в реальном времени, использование достижений в области интеллектуальных технологий управления и широкого внедрения Интернета вещей (IoT) для сочетания нескольких монохроматических спектров с интеллектуальными системами управления станет ключевой тенденцией в дополнительном освещении растений. Этот подход позволяет своевременно корректировать качество и выходную мощность света в зависимости от состояния роста растений и потребностей выращивания.

C. Дальнейшее расширение категорий применения оборудования для досвечивания растений

По мере созревания технологии досветки оборудование для досветки растений всё шире применяется к более широкому спектру биологических категорий. Помимо овощей, фруктов, цветов и декоративных растений, которые в настоящее время широко используются, оно также постепенно применяется для выращивания лекарственных растений, грибов и микроорганизмов, а также для аквакультуры и птицеводства. Лекарственные растения относятся к сектору высококлассного выращивания; такие лекарственные материалы, как кордицепс, аноэктохилус роксбурги и дендробиум оффицинале, имеют высокую экономическую ценность, что делает эту отрасль с широким применением досветки растений и обширными перспективами развития. Кроме того, спрос на оборудование для досветки растёт с каждым днём по мере перехода грибного выращивания к промышленному производству. В условиях закрытого промышленного культивирования световая стимуляция необходима для формирования плодовых тел большинства съедобных грибов, а качество света также влияет на качество грибов и общий урожай. С индустриализацией производства съедобных грибов рынок досветки, связанный со съедобными грибами, имеет значительные перспективы развития.

В настоящее время оборудование для дополнительного освещения достигло определенного масштаба применения в аквакультуре и птицеводстве, при этом технология является относительно зрелой. Для животноводства можно использовать устройства дополнительного освещения с определенными длинами волн для повышения продуктивности животных и снижения использования кормовых добавок и гормонов, в зависимости от целей разведения. В будущем постоянное обогащение категорий разведения и устойчивое расширение рынка разведения будут дополнительно стимулировать рост спроса в отрасли дополнительного освещения. В области культивирования микроорганизмов можно использовать оборудование для дополнительного освещения с определенными длинами волн, способствующее размножению и росту полезных микроорганизмов, для достижения высокоэффективных и плотных процессов микробных реакций. По мере углубления микробиологических исследований и расширения размера рынка оборудование для дополнительного освещения будет иметь более богатые возможности применения в будущем.

С углублением исследований в области оптики и ботаники/зоологии, а также постоянным развитием технологий дополнительного освещения, использование индивидуального контроля световой среды для регулирования роста большего числа организмов станет важной тенденцией в индустрии дополнительного освещения. Ожидается, что оборудование для дополнительного освещения будет иметь более широкие перспективы применения и более богатое техническое содержание в будущем.

04 Проблемы, с которыми сталкивается отрасль

А. Отрасль находится на ранней стадии развития, уровень зрелости рынка низкий.

В настоящее время отечественная отрасль оборудования для дополнительного освещения растений находится на ранней стадии развития, а уровень зрелости рынка низок. Особенно в сегменте маломощных продуктов для дополнительного освещения растений конкурентная среда остается неясной. Маломощные продукты для дополнительного освещения растений предъявляют относительно более низкие требования к производственным процессам и техническому уровню. Некоторые производители небольшого масштаба применяют стратегии низких цен для увеличения доли рынка, пренебрегая стандартами качества продукции, что может спровоцировать недобросовестную ценовую конкуренцию и затруднить долгосрочное развитие соответствующих отечественных отраслей.

B. Отсутствие единых отраслевых стандартов

Отрасль досветки растений находится в периоде быстрого развития, и относительно единые отраслевые стандарты ещё не сформированы. Поэтому производители должны разрабатывать целевые продуктовые решения с учётом различных спецификаций продукции производителей светильник, что приводит к появлению на рынке множества разновидностей LED-драйвер / источник питания и светильник, что, в свою очередь, вызывает определённую растрату ресурсов на НИОКР и производство. Отсутствие единых отраслевых стандартов стало неблагоприятным фактором, влияющим на развитие отрасли.

05 Барьеры входа для традиционных производителей светильников

А. Технические барьеры

В отличие от традиционных светильников для внутреннего освещения, общественного освещения и ландшафтного освещения, оборудование для освещения роста растений требует высокого фотосинтетического потока фотонов для удовлетворения потребностей фотосинтеза растений, поэтому его LED-драйвер / источник питания обычно имеет большую мощность. Чем выше мощность LED-драйвера / источника питания, тем сложнее проектирование структуры схемы и тепловой структуры. Кроме того, оборудование для освещения роста растений используется в условиях с большими перепадами температур, высокой влажностью, высокой коррозией, импульсными перенапряжениями от молний, электромагнитными помехами и значительными колебаниями напряжения сети. Оно должно соответствовать специальным требованиям к освещению, таким как высокая стабильность, высокая надежность, специализированное светораспределение и высокий фотосинтетический поток фотонов, а также соответствовать требованиям энергосбережения, безопасности и охраны окружающей среды. Конструкция светильников для роста растений значительно отличается от традиционных светильников. Поэтому производители традиционных светильников сталкиваются с определенными техническими барьерами, если хотят выйти на рынок освещения для роста растений.

Б. Барьеры клиентских ресурсов

В настоящее время основные рынки применения дополнительного освещения для растений сосредоточены в развитых странах, таких как Европа и США. Конечными потребителями являются в основном крупные бренды продукции для тепличного сельского хозяйства, а бизнес-модель преимущественно основана на ODM. Эти клиенты в первую очередь ценят такие преимущества, как качество продукции, долгосрочная стабильность поставок и помощь в модернизации продукции для конечных потребителей. Как правило, клиентам необходимо проводить тщательную оценку перед выбором поставщиков. Они будут добавлять или менять поставщиков только в том случае, если у первоначального поставщика возникнут серьезные проблемы с качеством или он не сможет удовлетворить потребности в поставках с точки зрения объема производства и цены. Процесс сертификации поставщиков конечными потребителями требует значительных затрат времени и средств. Новым участникам трудно преодолеть коммерческую репутацию и привычки сотрудничества, сложившиеся за многие годы. Поэтому традиционные производители светильников часто сталкиваются с высокими барьерами доступа к клиентской базе при попытке выйти на рынок дополнительного освещения для растений.

C. Барьеры дифференциации продукции

Досветка растений относится к специализированному освещению. Технологии производства и применения, характеристики продукции, области применения и каналы сбыта существенно отличаются от традиционного освещения. Досветка растений делает больший акцент на сценарии применения; они различаются в зависимости от региона выращивания и стадии роста растения. Команды НИОКР и продукта должны обладать значительным отраслевым опытом в сфере досветки растений и глубоким пониманием полного цикла роста растений, чтобы разрабатывать продукцию с учётом потребностей нижестоящих звеньев цепочки. Традиционные производители светильников имеют ограниченное понимание сценариев применения досветки растений и вынуждены нести высокие временные и исследовательско-конструкторские затраты для выхода на этот рынок.