高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統(tǒng)集成

　　“高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統(tǒng)集成”是由中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊其長教授團隊完成的項目。前段時間，該項目已通過初評，有望摘得2017年國家科技進步二等獎。

　　項目簡介

　　近年來，LED在植物生長領域應用的巨大潛力市場逐步得到重視，國內(nèi)的植物工廠越來越受關注，楊其長教授團隊申報的項目針對植物工廠規(guī)模化應用亟待解決的光效低、能耗大、多因子協(xié)同管控難等關鍵技術及系統(tǒng)集成瓶頸，經(jīng)過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、營養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控以及多因子協(xié)同管控技術等方面取得了多項原創(chuàng)性成果。奠定了我國在國際上的優(yōu)勢地位。所突破的關鍵技術包括：

　　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。基于植物光合對不同光譜的響應特征，率先提出了植物“光配方”概念，構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)與藍光(450nm)芯片組合式、藍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)育特征的移動式LED光源及其光環(huán)境調(diào)控技術，顯著降低光源能耗。與熒光燈相比，節(jié)能率達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?；谝雇硎彝饪諝夂欣湓础⒐馄诳照{(diào)降溫能耗高的現(xiàn)實，首次提出將光期置于夜晚、引進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24.6-63.0%。

　　發(fā)明了UV-納米TiO2營養(yǎng)液協(xié)同處理技術和采收前短期連續(xù)光照提升蔬菜品質(zhì)方法，研發(fā)了基于光-營養(yǎng)協(xié)同調(diào)控的蔬菜品質(zhì)提升技術。發(fā)明了UV-納米TiO2協(xié)同處理營養(yǎng)液自毒物質(zhì)的技術方法，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，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、能效與營養(yǎng)品質(zhì)提升的環(huán)境-營養(yǎng)多因子協(xié)同技術，集成創(chuàng)制出3個系列的智能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，實現(xiàn)對植物工廠溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液EC、pH、DO等要素的在線檢測、遠端訪問、程序更新及網(wǎng)絡化智能管控。集成創(chuàng)制出3個系列的智能LED植物工廠成套技術產(chǎn)品：規(guī)模量產(chǎn)型、可移動型、家庭微型植物工廠。

　　成果獲授權專利86件，其中發(fā)明專利42件(美國等國際發(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、移動型、家庭微型植物工廠等多個系列產(chǎn)品。

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

　　世界著名植物工廠專家、日本植物工廠學會理事長、日本千葉大學前校長古在豐樹教授給予該項目成果高度的評價：“中國農(nóng)科院植物工廠技術在光配方及LED光源、光-溫耦合節(jié)能環(huán)境控制等方面研究處于國際領先水平?！?/p>

　　完成單位

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

　　中國農(nóng)業(yè)大學

　　北京大學東莞光電研究院

　　北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心

　　北京中環(huán)易達設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、魏靈玲、宋衛(wèi)堂、周增產(chǎn)、劉文科、郭文忠、張國義、程瑞鋒、李琨、李成宇、仝宇欣、卜云龍、陳曉麗、李濤、張義。

　　項目完成單位和相關完成人共同獲2016年度北京市科學技術獎二等獎。另外，協(xié)同單位和相關完成人順利通過了中國農(nóng)學會組織的科技成果評價“高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統(tǒng)集成”。

　　該成果已獲相關科技獎勵見下表