高光效低能耗LED智能植物工廠關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成

　　“高光效低能耗LED智能植物工廠關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成”是由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊其長(zhǎng)教授團(tuán)隊(duì)完成的項(xiàng)目。前段時(shí)間，該項(xiàng)目已通過(guò)初評(píng)，有望摘得2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

　　項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　近年來(lái)，LED在植物生長(zhǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力市場(chǎng)逐步得到重視，國(guó)內(nèi)的植物工廠越來(lái)越受關(guān)注，楊其長(zhǎng)教授團(tuán)隊(duì)申報(bào)的項(xiàng)目針對(duì)植物工廠規(guī)?；瘧?yīng)用亟待解決的光效低、能耗大、多因子協(xié)同管控難等關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成瓶頸，經(jīng)過(guò)12年的潛心研究，在植物工廠光源適配理論與方法、光效與能效提升、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控以及多因子協(xié)同管控技術(shù)等方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。奠定了我國(guó)在國(guó)際上的優(yōu)勢(shì)地位。所突破的關(guān)鍵技術(shù)包括：

　　先提出植物“光配方”概念并闡明其理論依據(jù)，創(chuàng)制出基于光配方的LED節(jié)能光源及其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)?；谥参锕夂蠈?duì)不同光譜的響應(yīng)特征，率先提出了植物“光配方”概念，構(gòu)建了典型作物不同生育期的光配方優(yōu)化參數(shù)。創(chuàng)制出基于光配方的紅光(660nm)與藍(lán)光(450nm)芯片組合式、藍(lán)光芯片與熒光粉激發(fā)式多光譜組合 (R/G/B/FR) LED節(jié)能光源;研發(fā)出基于植株發(fā)育特征的移動(dòng)式LED光源及其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)，顯著降低光源能耗。與熒光燈相比，節(jié)能率達(dá)62%以上。

　　首次提出植物工廠光-溫耦合節(jié)能調(diào)溫方法，發(fā)明了基于室外冷源與空調(diào)協(xié)同調(diào)溫的節(jié)能調(diào)控技術(shù)?；谝雇硎彝饪諝夂欣湓础⒐馄诳照{(diào)降溫能耗高的現(xiàn)實(shí)，首次提出將光期置于夜晚、引進(jìn)室外自然冷源降溫的“光-溫耦合節(jié)能調(diào)溫”方法，發(fā)明了基于室外冷源與空調(diào)協(xié)同調(diào)溫的植物工廠節(jié)能環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備，顯著降低空調(diào)能耗。與傳統(tǒng)空調(diào)降溫相比，節(jié)能率達(dá)24.6-63.0%。

　　發(fā)明了UV-納米TiO2營(yíng)養(yǎng)液協(xié)同處理技術(shù)和采收前短期連續(xù)光照提升蔬菜品質(zhì)方法，研發(fā)了基于光-營(yíng)養(yǎng)協(xié)同調(diào)控的蔬菜品質(zhì)提升技術(shù)。發(fā)明了UV-納米TiO2協(xié)同處理營(yíng)養(yǎng)液自毒物質(zhì)的技術(shù)方法，首次提出采收前短期連續(xù)光照調(diào)控蔬菜品質(zhì)新技術(shù)，探明了提升蔬菜品質(zhì)的光環(huán)境優(yōu)化參數(shù)及調(diào)控策略，降低葉菜硝酸鹽含量達(dá)30%以上，并顯著提高了Vc和可溶性糖含量。

　　研發(fā)出植物工廠光效、能效與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升的環(huán)境-營(yíng)養(yǎng)多因子協(xié)同技術(shù)，集成創(chuàng)制出3個(gè)系列的智能LED植物工廠成套產(chǎn)品。探明了基于光配方、光-溫耦合與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升等多因子協(xié)同調(diào)控的邏輯控制策略及算法，研制出基于物聯(lián)網(wǎng)的植物工廠智能化管控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物工廠溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營(yíng)養(yǎng)液EC、pH、DO等要素的在線檢測(cè)、遠(yuǎn)端訪問(wèn)、程序更新及網(wǎng)絡(luò)化智能管控。集成創(chuàng)制出3個(gè)系列的智能LED植物工廠成套技術(shù)產(chǎn)品：規(guī)模量產(chǎn)型、可移動(dòng)型、家庭微型植物工廠。

　　成果獲授權(quán)專利86件，其中發(fā)明專利42件(美國(guó)等國(guó)際發(fā)明專利4件)，發(fā)表論文112篇(其中SCI和EI收錄38篇)，出版專著5部，并創(chuàng)制出規(guī)模生產(chǎn)型、移動(dòng)型、家庭微型植物工廠等多個(gè)系列產(chǎn)品。

　　2016年6月“智能LED植物工廠技術(shù)”作為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重大科技成果代表，參加國(guó)家“十二五”科技創(chuàng)新成就展，受到社會(huì)各界廣泛贊譽(yù)，被譽(yù)為“土地利用和農(nóng)作方式的顛覆性技術(shù)”。

　　世界著名植物工廠專家、日本植物工廠學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、日本千葉大學(xué)前校長(zhǎng)古在豐樹(shù)教授給予該項(xiàng)目成果高度的評(píng)價(jià)：“中國(guó)農(nóng)科院植物工廠技術(shù)在光配方及LED光源、光-溫耦合節(jié)能環(huán)境控制等方面研究處于國(guó)際領(lǐng)先水平?！?/p>

　　完成單位

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)

　　北京大學(xué)東莞光電研究院

　　北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心

　　北京中環(huán)易達(dá)設(shè)施園藝科技有限公司

　　北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司

　　四川新力光源股份有限公司

　　完成人

　　楊其長(zhǎng)、魏靈玲、宋衛(wèi)堂、周增產(chǎn)、劉文科、郭文忠、張國(guó)義、程瑞鋒、李琨、李成宇、仝宇欣、卜云龍、陳曉麗、李濤、張義。

　　項(xiàng)目完成單位和相關(guān)完成人共同獲2016年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。另外，協(xié)同單位和相關(guān)完成人順利通過(guò)了中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)組織的科技成果評(píng)價(jià)“高光效低能耗LED智能植物工廠關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成”。

　　該成果已獲相關(guān)科技獎(jiǎng)勵(lì)見(jiàn)下表