定制植物照明，使用合适的光源让植物生长大大受益，同时降低能源消耗，从而缩减种植成本。当今最高效的照明来自于LED灯具。创新研发的植物照明LED精准光谱，使光照更均匀地分布在植物上，进一步扩展了LED在植物照明中的优势。Cree LED凭借其在高性能LED领域的独特地位，一贯致力于植物照明领域的发展。在讨论植物照明LED产品之前，让我们先了解一些植物照明的背景知识。
植物照明的发展历程
根据专注于照明控制系统的非营利组织DesignLights Consortium (DLC)的调查显示，北美对当地生产食品需求的不断增长，加上大麻在医疗和娱乐领域的合法化，以及对弹性供应链的强烈需求，大力推动了受控环境农业(CEA)的发展[1]。
对于这些应用，LED灯具比以前使用的金属卤素灯、荧光灯，高压钠灯(HPS)或霓虹灯，光效更高、通用性更广泛。这意味着在既定的电力负荷下，光能利用率更高。此外，植物照明可以根据不同类型植物的特定需求进行定制和优化，降低种植成本，种植者获得更高收益。
凭借精确光谱控制的经验，LED技术开创了CEA照明的新时代。无与伦比的光效水平意味着通过节能来实现新的商业模式。植物照明研究人员一直在积极探索改进方案和可行性措施。
研究人员努力改进了光谱控制，发现不同植物对不同类型的照明做出不同的反应。一些植物在高光效、窄光谱照明下可茁壮成长，而另一些则需要宽谱照明来使产量最大化。
有研究显示，单色红光(R)和蓝光(B)不适合罗勒植物的生长、色素沉积和电子传输链的生物物理特性[2]。然而，在紫色和绿色罗勒品种中，红光和蓝光的组合(尤其是70R30B)有利于其生长和色素沉淀，并改善了罗勒植株的荧光参数。
农作物产量提高会一定程度上刺激经济增长。截至2026年，北美地区黄瓜、西红柿、辣椒、绿叶蔬菜和草莓的价值估计将高达80亿美元[3]。
2021年，温室种植农业产值仅占北美总产值（50亿-60亿美元）的20%。因此，投资农业发展市场的时机已经成熟。
植物照明的独特需求
当今，大多数LED器件都是为人类需求设计的，根据人眼对它们的感知来衡量标准的——从厨房里的灯、到电视/手机屏幕，再到音乐活动现场的显示屏。然而，植物对光照的反应机制与人眼完全不同。因此通用照明的光波对植物生长不太适宜，同时也会消耗过多的能量，效率低下。
在过去的10年里，许多生产商机智地开发了新系统，将人类视觉所提供的LED性能转换为植物照明性能。然而，这种转换实施起来比较费力，结果也不精确。
随着植物照明成为LED 一大重要应用领域，新的植物照明技术应运而生。不同的农作物在不同的生长环境、不同的植物生长周期中，可以使用不同颜色LED或不同颜色LED组合的光照来刺激其生长。
新一代高光效植物照明LED
Photophyll™Select LED是Cree LED在植物照明领域的突破性产品，不同于传统照明指标如色温（CCT）和显色指数（CRI）等，Photophyll™Select LED使用植物照明指标来衡量产品性能，例如光合光子通量(PPF)和红色PPF %，成为首个可以精确控制绿蓝比(GBR)的植物照明LED。
图1：Cree LED Photophyll™Select LEDs 专为植物照明优化光谱图例
图1显示了不同GBR对应的光谱图例。绿色波长(500- 600nm)经过优化，可分为三个GBR级别，红色值都已减少到典型的20%红色PPF。Photophyll™Select LED中的红色含量最小，可以最大限度地利用高效的660nm Photo red LED，与普通的白光＋红光方案相比，基于Photophyll™Select LED的白光＋红光，其系统PPF 与PPF/W值可提高6%左右。
图2：基于标准LED和Photophyll™ Select LED模组的性能参数对比
图2显示了两个不同LED灯具的参考性能数据对比，一个使用标准LED，另一个使用Photophyll™ Select LED。图中列出了与植物吸收光能和光谱息息相关LED的参数，包括PPF、PPE以及蓝绿比，其中PPF是表明有多少光合有效辐射量(PAR)产生，PPE是衡量灯具的效率。由图2可以看出，二维设计方法减少了复杂的光谱分析，简化了植物照明系统的设计。
参考设计(如图3和图4所示)采用双通道照明系统，由Photophyll™ Select LED加 660 nm Photo Red LED组成，光效性能提高6%， LED数量减少33%，从而降低了灯具系统成本，同时在相同的光输入功率下，保持相同的GBR和红色比例。Photophyll™ Select LED的更高性能意味着植物照明灯具可获得以下优势:
-
相同LED成本条件下，改善光输出和光效，提高光照性能
-
通过使用更少的LED降低成本，并保持相同的性能(光输出和光效不变)
图3：Photophyll™ Select LED 参考设计模组示意图
图4：Photophyll™ Select LED 参考设计灯具实际安装效果示例
LED植物照明的持续创新
Cree LED持续创新其他植物照明LED产品，除了Photophyll™ Select LED系列，新推出的J Series 系列JB3030C 和 JR5050C 白光LEDs，采用 3030和5050封装尺寸，光效也属业界领先水平。此外，大功率660nm陶瓷XLamp®XP-G3 Photo Red S Line产品电压更低，光输出更高，从而光效大大提高。
Cree LED植物照明LED系列也表现出了更高的抗硫性，包括XLamp®XP-G3 S Line白光和Royal Blue产品系列，以及XLamp®XP-E2 Far Red LED。根据植物生长所需的光谱或波长范围，Cree LED都能量“植”而制，满足其需求(见图5)。
图5：Cree LED 植物照明系列产品可选光谱分布和波长范围
Cree LED推出的XLamp®Horizon LED，拥有“蝙蝠翼”发光角，光源安装高度降低40%。与标准LED相比，农作物密度大大提高，光照更加均匀，同时抗硫性、耐腐蚀性也得到增强。目前XLamp®Horizon LED系列有5个光谱可供选择：White/Photophyll™ Select/Royal Blue/ Photo Red 和Far Red。