一、LED光源——植物照明核心装备
植物照明削弱了自然光环境对农业生产活动的制约，高效的植物光控方法能够促进植物 生长发育，达到增产、高效、优质、抗病、无公害的目的，增强农业产出能力。光环境 在植物生长和发育过程中起到能量源和信号源的双重重要作用。传统农业主要依赖于太 阳光，使得植物生长容易受自然环境影响，植物照明生产的植物不受限于自然环境，并 可以通过接受优化的光照、温度、湿度、二氧化碳浓度以及培养液成分等，实现高质量 作物的产出。
植物照明灯具的应用领域主要包括温室补光、全人工光植物工厂、植物组织培养、大田 补光、家庭蔬菜及花卉种植等。根据中国农业科学院智能植物工厂首席科学家杨其长， 生菜的生长一般要 70 天，植物工厂仅需 21-25 天，种植时间为天然的三分之一，植物 工厂可以建十层以上，相同土地面积的产能是露地的 40-100 倍以上。
光谱分布、光密度以及光周期是植物照明技术发展的三个关键因素，对植物的生长和发 育有重要影响。
红光和蓝光是植物照明光谱中较为重要的组成部分。研究表明植物并不是利用太阳光的 全部成分来进行光合作用的，红光和蓝光是植物生长较为重要的两种光谱。
a) 叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素的主要吸收光谱集中在 450 nm 和 660 nm，因而 为了促进光合作用，主要采用 450 nm 的深蓝光 LED 和 660 nm 的超红光 LED；
b) 远红光（730 nm）可控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程，诱导开花；
c) 各种组合光谱对植物的生长和生物量也具有重要的影响，因此通常需要再加部分白 光 LED 的组合来实现高效的 LED 植物补光照明；
由于不同植物在不同生长周期甚至不同环境下，所需光谱存在较大差异，为满足差异化 需求，目前业内的方案主要有：
1) 多种单色光组合方案，以对植物光合作用最有效的峰值为 450nm、660 nm 的光谱 和对植物开花诱导的 730 nm 波段这三段光谱为主，再加 525 nm 的绿光以及低于 380 nm 的紫外波段，几种光谱依照植物的不同需求组合出最适宜的光谱；
2) 全光谱方案，实现植物需求光谱全覆盖，以首尔半导体、三星为代表的 SUNLIKE， 此类光谱未必高效，但适用于所有植物，且成本较单色光组合低很多；
3) 以全光谱白光为主，加660nm 红光的组合方案，提高光谱有效性，较为经济实用。
光密度影响光合速率及花芽分化和果实产量。随着光照度增大，光合速率将不上升，直 至光饱和点。光密度减弱可能使产量降低，果实品质下降。且阳生植物、阴生植物及中 生植物对光密度需求不同，需要合适的光密度才能良好生长。
光周期对植物生长发育的影响主要体现在，不同生长阶段对光谱的需求不同，调节光周 期能够诱导与促进营养生长并抑制与生殖生长有关基因的表达。
LED 作为植物照明灯具光源相比传统光源具有光电转换效率高、光谱易于调控组合的优 势，占 2020 年植物照明市场 60%。传统荧光灯、高压钠灯和金属卤化物灯等光源大 多存在光效低、能耗大等缺点，能耗费用可达全部运行成本的 50%～60%。此外这些光 源的光谱相对固定，对植物无效波长较多、产生的热量大，无法近距离照射植物。LED 光 源相比传统光源，具有光电转换效率高、体积小、寿命长、耗能低等优势，且光谱（红/ 蓝光比例或红/远红光比例等）易于组合与调控，能够根据植物需要进行任意组合光源。 根据 TrendForce，2020 年植物照明市场中 LED 光源营收占 60%。
植物照明解决方案丰富、植物工厂建设、LED 光源加速渗透，植物照明有望成为LED 照 明快速发展的一大利基市场。随着国内外厂商如欧司朗（AMS）、昕诺飞（原飞利浦照明）、 Lumigrow、中科三安等不断推出植物照明解决方案，以及植物工厂建设持续，中国 LED 产业发展壮大，LED 应用性价比已大幅提升，LED 植物照明市场有望迎来需求放量。
二、植物照明市场扩容动能充足
植物照明孕育百亿级新空间，未来几年开启高速渗透。目前全球 LED 植物照明渗透仍处 较低阶段。据 Yole 数据，2017 全球植物照明系统级市场仅约 38 亿美元；然而 2022， 2027 将分别快速增至 86 亿美元，170 亿美元；2017-2027 CAGR 16%。其中 LED 装置 级市场将由 2017 的 1 亿美元分别扩容至 2022，2027 的 4 亿美元，7 亿美元；2017-2027 CAGR 21%。
我国植物照明市场仍属成长初期，有望开启增长快车道。据 GGII 预测，2020 植物照明 灯具产值约 28 亿元，同比增速 33%；植物照明系统产值约 95 亿元，同比增速 25%。 根据高工产研 LED 研究所的数据显示 2021 年 1-3 月中国灯具、照明装置及其零件出 口金额为 103.08 亿美元，同比增长 100.3%。
分地区看：市场仍主要集中在日本、美国、荷兰等少数国家和地区。1）欧洲：在 2017 年占全球 LED 植物照明市场的 35%，且继续增长中。众多欧洲国家积极推动植物工厂 并提供补贴以刺激当地需求；欧洲 LED 供应商开发了全系列的园艺产品，并扩大了与不同合作伙伴的合作。2）北美：许多初创农场和食品供应商一直在采用 LED 园艺照明来 应对天气障碍。长冬短日光一直是农业的限制因素，LED 照明已成为解决问题的可持续 且有效的选择。许多 LED 供应商因此与本地和国际食品生产商合作。3）我国：发展进程较缓慢，主要系国内植物工厂存在投入产出比率低、输出产品价格昂贵等问题。与传统植物照明产品相比，LED 植物照明产品也存在价格偏贵、验证周期长等问题。不过， LED 植物照明的高效节能特点代表着未来绿色农业光照的发展方向，在种植领域极为广 泛，已经得到国内农业部门的大力支持。
分应用看：植物工厂引领需求。LED 照明在植物种植领域应用极为广泛，包括植物组培、 叶菜种植、植物工厂、育苗工厂、食用菌工厂、藻类培养、植物保护、花卉种植等。植 物照明是一个专业的细分市场，时下很多终端应用还是专业的植物工厂以及正在逐步替 换 HID 的大棚种植者。
植物照明市场扩容动能充足：1）北美医疗大麻商用合法化贡献增量需求。2）疫情暴露 食品供应链及安全问题等，植物工厂积极融资扩产，催化植物照明需求爆发。3）全球人 口持续增长与耕地减少的矛盾使粮食需求危机日益深化。由 LED 植物照明协助的垂直农业 为提高作物单位面积产量的关键方案。
2.1 北美医用大麻合法化，驱动植物照明快速增长
大麻的医用价值已获充足学术证明，多重效用可对抗多种疾病。大麻中已发现了上百种 特殊化合物（统称“大麻素”），其中 THC 和 CBD 为主要大麻素。根据 THC 含量，大麻 可被划分为工业大麻（<0.3%），中间型大麻（0.3%~1%），娱乐性大麻（>1%）。其中 医用大麻可帮助增强食欲，缓解艾滋病患者和处于化疗期间患者的呕吐症状；可以帮助 患有失眠、精神压力大、和慢性痛的患者。同时，大麻可作为一种有效抗炎药，对癫痫、 图雷特氏综合征具有疗效。
全球大麻医疗大麻合法化持续推进。以色列是全球范围内允许大麻医用的先锋国家，其 1996 年制定以医用大麻为重点国家计划。2018 年 11 月 26 日，韩国成为东亚首个实现医疗大麻 合法化的国家。韩国国民议会投票批准修改《麻醉品管制法》，根据新法案规定：经食品药品 安全部部长批准，允许医疗目的大麻进出口、制造、运输、买卖或者食用，为非致幻剂量的 医用大麻处方铺平了道路。2019-2018 年间，加拿大、乌拉圭、澳大利亚、德国、泰国、英国等陆续实现医用大麻合法化。从全球范围来看，截止 2019 年 1 月，全球有 34 个国家宣布 医疗用大麻合法，超过 50 个国家宣布 CBD 合法。
随上游限制逐步解除，医用大麻市场迎强劲增长。2018 年底，美国通过新的农业法案， 将工业大麻种植在联邦层面合法化，北美大麻市场迅速扩容，2019年美国工业大麻合法 种植面积激增，达到 45.3 万英亩，比 2018 年的 7.81万英亩，增长了 479%。据 NewFrontierData 数据，2019-2025 美国合法大麻市场规模将由 136 亿美元增至 297 亿 美元，CAGR 13.90%；其中，医用大麻市场将由 60 亿美元增至 131 亿美元，CAGR 13.89%。
工业大麻下游应用空间广阔，未来有望向运动饮料、疼痛缓解、酒精饮料等等领域渗透。 目前，可口可乐、百事可乐、红牛、雀巢等公司已公开宣布会对工业大麻进行研发使用。 根据 Canopy Growth 测算，潜在的全球工业大麻市场规模超过 3000 亿美元。
植物照明可大幅提高医用大麻种植效率，属于高确定性受益环节。标准化的高质量产品 是在医用大麻种植领域获得成功的关键。大麻种植方式主要分室内种植、室外种植两种。
室外种植：THC 产品稳定性差且含量低，可以省去建造成本，但 THC 含量只有 15%左 右，并且种植过程高度依赖于天气的稳定性，一年收成一次，产品质量也难保持一致性。
室内种植：24 小时运作，植物生长环境因素可优化控制，避免天气、害虫等影响，且室内种植含量高（室内种植产品 THC 含量能高达 26%-30%），种植利润率是可观；但相 对于室外种植，设施建设的固定成本，以及照明、供暖等的运行成本较高。
加拿大监管机构要求室内种植。加拿大目前的种植方式是室内种植或温室种植，加拿大的监管机构要求医用大麻在室内种植，防止被盗，并确保产品符合加拿大卫生部制定的 标准。
室内种植将是美国大麻种植主流方式。室外种植和室内种植最大的区别在于 THC 产品 的稳定性和含量高低。在美国如果是以州合法的提取 THC 为主的，基本上都会在室内 种植，也有部分州在室外种植。如果不是以提取 THC 为主的会选择在室外种植，因为 室内种植 THC 含量能达到 26-30%，但是 CBD 含量只能达到 6-8%之间，室内种植性 价比低。根据 New Frontier Data，2019年美国合法大麻市场规模为 136 亿美元，其中 娱乐大麻市场为 76 亿美元，医用大麻市场为60 亿美元。合法大麻市场消费仍然以娱乐大麻为主，娱乐大麻对THC 要求在大麻品种中最高，故室内种植仍然是美国大麻种 植方式的主流。
2.2 疫情催化需求爆发，垂直农场积极融资扩产
疫情背景下供应链运输+食品安全忧虑显现，催化植物照明需求爆发。新冠疫情使复杂 食品供应链中的主要问题得以暴露，例如运输延误和市场需求预测不足，以前所未有的 方式要求当地的垂直和室内农场（在城市或农村地区也称为受控环境温室）的产品来填 补空白。疫情促使全球增强粮食危机意识等多重因素影响，各大垂直农场企业积极融资 和扩充产能。垂直农场建设驱动植物照明在 2020 年开启了需求爆发期。
疫情背景下，我国植物照明 LED 相关设备出口高增。因设备替换和新增需求上扬，自 2020 年二季以来植物照明 LED 企业订单快速增长，根据崧盛股份招股书提到中国照明 电器协会的统计数据，在全球新冠疫情引发的食物和医疗物资供应短缺及居家隔离增多 等多重因素的促进下，2020年前三季度植物照明出口同比增长 5 倍以上，根据高工产 研 LED 研究所的数据显示 2021 年 1-3月中国灯具、照明装置及其零件出口金额为 103.08 亿美元，同比增长 100.3%。
2.3 人口增长&耕地减少，垂直农业为必然趋势
过去 60 年来，全球人口增长与人均耕地面积下滑形成鲜明对比。1960 年-2019 年，全球人口规模由约 30 亿人增至 77 亿人，增加一倍以上；与此同时，1961-2018 全球人均 耕地面积由 0.36 降至约 0.18；我国人均耕地面积由 0.16 降至 0.09。
当前耕地开发率已较高，现有耕作设计无法支撑未来日益增长的粮食需求，各国农业用 地占土地面积比重已非常平稳，部分国家不升反降。随城市建设进程不断推进，发达国家农业用地占比缩减等问题涌现，美国、英国、法国、德国、韩国等当前农业用地占比 较上世纪 60 年代均出现了约 4~10pct 的下降。据联合国《世界人口展望》2017年修订版报告显示，世界人口数量预计 2030 年将达 86 亿，2050 年达 98 亿，2100 年达 112亿。现有耕地设计仍无法规避耕地面积有限的终极矛盾，然而垂直农业可在空间上纵向 延展，打开单位面积耕作量的天花板。综上，人口增长将成为垂直农业/植物照明市场最重要的增长动力。
垂直农业大幅提升单位面积农作物产量。植物工厂机架可高达 10 余层，如欧洲最大农场北欧丰收(Nordic Harvest)，配备 14 层机架。另外，该植物工厂可年均收获15 次，较 传统种植通常一年两次大幅提高农作物产量。
同时，垂直农业可在配送，养分，水资源利用等多维度上降本增效。垂直农业可位于城 市中心，实现更短食物里程，与病原体隔离，减少土壤退化，重新捕获和循环利用养分 和水分。另外，垂直农业的农产品更具一致性、价格稳定，并在某些气候恶劣地域（如 沙漠或北极）进行种植。由于在室内，垂直农场可以对所有条件进行“完美微调”，所以 能全年生产高品质的食物，而不必担心虫害、霜冻、干旱或其他通常会影响农作物的问题。垂直农场技术创新的一个驱动力是最大限度地降低运营成本，同时最大限度地提高生产率，使得对生物学基础研究的投资具有重要作用。
美国率先提出植物工厂概念，2020年中国植物工厂超过 220 座。美国在 1950 年代率 先提出植物工厂的概念，植物工厂在欧美起步，但由于日本人多地少，在日本得到了充 分发展。1974年，日立制作所建成了一座采用计算机调控的花卉蔬菜工厂，通过计算机 分析植物工厂的温度、光照强度、二氧化碳浓度等对植物生长影响的数据，获得较大成功。1980 年以来，我国设施园艺发展进入快车道，杨其长在第一财经采访中预计，截至 2020年底我国植物工厂数量超过 220 座。
未来三年，垂直农业开启增长快车道，美国市场领衔。据 BCC research 数据，2020-2023 全球垂直农业市场规模将由 20 亿美元增至 64 亿美元， CAGR 47.36%。全球规模由 2013-2023，由 4 亿美元至 64 亿美元，其中近一半将源于美国市场的增长。
三、技术标准陆续推出，产业发展加速
与传统 LED 光源设计不同，LED 植物照明系统采用光量子理论，设计具有切合植物实际 需求、光源可重复性高等优点。灯珠比相同时，由于 LED 封装及散热能力不同、LED 芯 片不同、光谱漂移等原因，传统 LED 光源会出现差异较大的光谱，而光量子理论通过对 光谱的详细描述能有效提高灯具光谱的可重复性。
光合光子效能（PPE）是植物照明领域评判光源出光特性的重要指标。传统照明中常用 光度学量表示人眼对光的响应。但人眼与植物的响应不同，在植物照明领域中，通常使 用光量子通量密度（PPFD，单位时间内通过单位面积的光子数），来评价光源的照明效果，单位为μmol/m2·s，使用光量子通量（PPF，单位时间内光源所发射的光子数目）， 评判光源的出光特性，单位为μmol/s。光子通量效能（PPE，相当于 PPF/w，单位功率 单位时间内发出的光子数量），即每耗电1 瓦所产生的的 PPF。
国内外植物照明产业标准陆续推出。2020 年 9 月美国 DLC 发布了植物灯 V2.0 标准的正 式版，其中在对 PPE≥1.9μmol/J 要求不变基础上，新增 280-800nm的光子通量参数 和效率参数两个可选的报备参数，还更新了必须使用相同的 LED、必须电学、光学和散热等结构相同、可以包含不同的驱动、不影响散热条件下可以包含不同的安装支架等内 容。
2020 年 11 月，中国农业农村部组织制定的《温室植物补光灯质量评价技术规范》正式实施，对温室植物补光灯质量评价的性能指标及其检测方法进行了规范。性能方面，标 准对电气特性、光学特性、寿命做出了明确要求。其中光学特性要求植物补光灯的 PPF 初始值不能低于标称值的90%，高压钠灯的 PPE 不低于 1.0μmol/(s·W)，LED 灯的 PPE 不低于 1.5 μmol/(s·W)。（1J=1W·s）
产业标准化推动行业发展有序加速。尽管植物照明产业需求高速发展，但与欧美国家相 比，国内曾因缺乏温室植物补光灯质量评价标准，导致用户难以比较各照明技术，致使 市场混乱行业发展受阻。我们认为此次植物补光灯行业标准的推出和实施将助力国内植 物照明产业加速发展。
四、LED龙头联手植物业者，LED驱动电源商率先受益
植物照明用 LED 技术向光谱配方设计、低能耗高效化、高出光均匀性等几个方向发展。 光谱配方方案由单一植物生长，朝普遍适用性更强的方向发展，从单色光 LED 逐渐发 展到多色 LED 或全光谱 LED。同时，降低植物系统成本是提高 LED 植物照明市场渗透率的最重要方法，驱动 LED 器件将往高效化方向发展，通过透镜化、微纳散射结构等技术路线提高器件的光量子通量效率。为了实现农产品品质一致性，器件的出光均匀性也是 LED 封装技术的关键。
LED 植物照明壁垒在于多领域研究应用交叉协同。LED 植物照明产业链与传统 LED 产 业链相似，主要由上游 LED 芯片及外延厂商、中游 LED 封装、下游 LED 应用构成。行 业壁垒在于 LED 植物照明是生物学、LED 照明（半导体）、智能控制技术（智能化系统） 等多学科交叉和有机结合发展的产物，需要多领域研究应用协同，研发生产出的植物 LED 植物光源或灯具，能够满足植物生长发育优质高产。
LED 龙头联手植物业者打造植物照明解决方案。昕诺飞（原飞利浦照明）等国际巨头凭借资源资金优势，十多年前就开始与植物业者合作积累植物照明方案。欧司朗 2018 年 收购 LED 植物照明灯供应商 Fluence，借助其在植物照明领域多年研发经验积累，快速 切入植物照明解决方案。三安集团与中科院植物研究所联手，发挥各自在光电技术与植 物学领域特长成立合资企业中科三安，2015 年成立至今发展迅速，已建成多个万平米级别植物工厂、开拓多国市场。
国内 LED 驱动电源领跑者率先受益。LED 驱动电源在 LED整灯成本中占比约 30%。国内英飞特、崧盛股份等传统 LED 驱动电源厂商前瞻性布局植物照明 LED 驱动电源，受益2020 年市场需求爆发，植物照明业务快速放量。英飞特 2020 年业绩增长主要受植物照 明业务拉动，投资 Agrify 进一步切入垂直农业系统性电源解决方案；崧盛股份 2021 年仅Q1 LED 植物照明驱动电源营收就超过 2020 年全年。
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详见报告原文。
精选报告来源：【未来智库官网】。