植物生長用LED光照的標準進展和標準體系框架

? ? ? ?LED（LightingEmittingDiode）照明即是發光二極管照明，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠色的光，在此基礎上，利用三基色原理，添加熒光粉，可以發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色等任意顏色的光。

? ? ? ?白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈、高壓汞燈等傳統光源，應用于農業和生物領域，存在低生物光效、高能耗和高運行成本的不足，以人工光植物工廠為例，光源能耗費用約占系統運行成本的40%～60%。相對于傳統照明，LED光源能形成與植物光合作用及其形態建成基本吻合的光譜吸收峰值，具有效率高、耗能小、無汞污染、精準波長、系統智能可控等優點，系統節能達50%以上，在溫室補光、植物組培、植物工廠以及遺傳育種等眾多領域具有廣闊的應用前景。

? ? ? ?本文梳理了植物生長用LED光照的標準進展，并探討植物生長用LED照明標準體系框架。國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）自2012年起開始植物生長用LED光照標準化工作，2013年發布第1項團體標準T/CSA021-2013《植物生長用LED平板燈性能要求》;之后，推動制定國家標準GB/T32655《植物生長用LED 光照術語和定義》、團體標準T/CSA 032-2016《植物光照用LED燈具通用技術規范》等。

團體標準T/CSA 021-2013《植物生長用LED平板燈性能要求》

? ? ? ?植物生長用LED照明產品形式眾多，如平板燈、雙端燈、柔性燈帶等，并將隨著技術的發展而逐步變化。在2013年前后，LED平板燈主要應用在組培育苗。該標準規定了植物生長用LED平板燈的術語和定義、分類與命名、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸和貯存。標準內容上顯示出植物生長用LED光源的基本衡量指標，與生活照明用光的參數差異較大。

? ? ? ?該標準定義了植物生長用LED平板燈的主輻射波長，是指輻射波長范圍為600～700nm的紅- 橙輻射波段和400～500nm的藍- 紫輻射波段，以此為基礎定義藍- 紫輻射照度、紅- 橙輻射照度，進而定義了紅藍輻射照度比;該標準基于物理量定義了總輻射通量（單位：W）、總輻射照度（單位：W/m2），以支撐植物生長LED光照領域的生產、檢測、驗收等工作。標準定義了光合光子通量密度［單位：μmol/（m2·s）］，指是植物進行光合作用時單位時間內單位面積上接收到的燈發射的一定波長范圍內的光子數目，但因為植物進行光合作用接收到的光子數目不好計量，其技術要求并未體現在該標準中。

? ? ? ?該標準提出了植物生長用LED平板燈應該符合的GB7000基本安全要求，控制裝置符合GB19510.14、GB/T 24825要求，電磁兼容性能要求;在電氣特性方面，規定了功率、功率因數要求;在輻射性能方面，規定了初始輻射通量/輻射效率、輻射強度分布、輻射照度和紅藍輻射照度比、輻射照度的均勻性;在輻射光譜特性、壽命特性等方面也作出了要求。

團體標準T/CSA 032-2016《植物光照用LED燈具通用技術規范》

? ? ? ? 該項標準重點關注LED燈具產品通用的技術性能及其評價指標。由于應用于植物光照產業的燈具產品種類繁多，規格型號各有不同，性能質量良莠不齊，亟需建立相對統一的性能指標的判別和評價標準。由于這一產業屬于新興產業，盡早推出相關標準，便于引導產業技術發展及產品定位，但因為有些技術性能的評價不夠成熟，有些參數（如光子通量效能、光源的光譜分布與植物光譜的吻合程度分等）的要求有待進一步完善。

? ? ? ? 該標準根據應用環境的要求，補充了根據植物光合循環模式分類的C3植物、C4植物、CAM植物等術語。按照燈具用途、植物光合作用方式、控制方式對植物光照用LED燈具進行了分類。對植物生長用LED燈具的安全性能、結構外觀、電學性能（功率、功率因數）、光學性能、可靠性、電磁兼容性等進行了規范，對燈具的光子通量效能進行了分級，針對技術要求給出了檢測方法。

? ? ? ? 在結構外觀要求中，對燈具表面的防腐（達到WF2）、抗紫外線老化等提出了要求;在光學性能要求中，規定了光子通量、光子通量效能［實測值不應低于0.7μmol/（s·W）］、光譜分布、配光曲線等參數要求;可靠性部分主要針對光子通量維持率、環境適應性做了要求;在燈具的能效分級中，首先對應高壓鈉燈［1.9μmol/（s·W）］和熒光燈［1.3μmol/（s·W）］的光子通量效能關鍵點，將LED 光源的光子通量效能分為三類：一類［ηP ≥ 1.9μmol/（s·W）］、二類［1.3μmol/（s·W） ≤ηP《1.9μmol/（s·W）］和三類［（0.7μmol/（s·W） ≤ηP《1.3μmol/（s·W）］。其次，按照光源光譜分布的吻合程度將光源按不同緯度可以分成3個類別或3個等級，能效等級的劃分同時考慮光源的光子通量效能和光譜分布的吻合程度2個因素，綜合上述2個因素，將能效分為3等3類共9級。

國家標準GB/T 32655-2016《植物生長用LED光照術語和定義》

? ? ? ? 該項標準定義的術語內容大體上分2個部分：一部分是有關植物生長方面的內容，主要來自我國生產、教學和科研中正在使用的術語，這部分內容是國內外首次制定; 另一部分是有關LED產品和檢測涉及術語的內容，引用IEC 60050和GB/T 24826-2016（IDT IEC62504）標準中的部分術語，以保證標準系統的協調。標準中易混淆的術語解釋對比如下：

輻射度量

（電磁）輻射能相關術語

? ? ? ? 為了描述輻射源的性能，引入了輻射能及相關術語。輻射能定義是以電磁波形式的發射或傳播的能量Φe（單位：J）（圖1）。

植物生長用LED光照的標準進展和標準體系框架

? ? ? 上述術語都是為描寫輻射源性質而引入的，為了描寫輻射能的時間特性就要增加“通量”定義，輻射通量即單位時間內的輻射能量;為了描寫輻射通量的方向特性就要增加“強度”定義，強度是點輻射源的、有方向的、單位立體角的輻射通量;輻射出射度即單位面積發出的輻射通量;輻射亮度即單位立體角單位面積的輻射通量。

? ? ? 唯獨照度描述的是被照物接收到的輻射，輻射照度即為單位面積接收的輻射通量，對植物光照而言，這是一個很重要的物理量，也稱為通量密度，其意義不亞于光照度對人眼的重要性。

光子量

? ? ? 光子量相關的物理量有很多，根據量子力學，光子具有波粒兩象性，光子的能量E為

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