LED應用大體分視覺類與非視覺類，視覺類的應用有LED照明技術，非視覺類分植物光合與醫(yī)療保健，其中，LED植物光合應用（我們稱之為植物人工輻射源PARS）將是與LED照明技術一樣成為LED技術最大的應用市場。本文闡述植物工廠的整體概念和技術要點，論證了尖端科技融合的植物工廠的發(fā)展，展示了植物工廠作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新科技的應用，植物工廠從根本上改變農(nóng)業(yè)種植的概念，植物工廠標志著設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，是最具有投資價值的新型產(chǎn)業(yè)。在城市內(nèi)建立以生產(chǎn)蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國競相發(fā)展的新領域。
1、概述
植物工廠PF（Plant Factory）是農(nóng)業(yè)種植工業(yè)化的產(chǎn)物，是21世紀蔬菜種植發(fā)展方向，它標志著設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，是未來10年最具有投資價值的新型產(chǎn)業(yè)。在城市內(nèi)建立以生產(chǎn)蔬菜為目的的植物工廠成為世界各國競相發(fā)展的新領域。
植物工廠最主要的特征是打破傳統(tǒng)蔬菜生產(chǎn)模式，通過對植物光合、溫度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液等實現(xiàn)人工控制的高效率種植，實現(xiàn)訂單化生產(chǎn)，蔬菜的生產(chǎn)周期不會因為天氣等原因而改變，生產(chǎn)的蔬菜是真正的安全型蔬菜，水耕法（即無土培植）是植物工廠的主要手段，層架式結構是主要形式，隨著以LED技術為基礎的植物人工輻射源（PARS）的應用成本進一步降低，植物工廠將迎來發(fā)展的黃金期。
植物工廠成為投資熱點的主要原因：
1) 種植環(huán)境惡化，食品安全，醫(yī)療費用增加等對蔬菜的安全性要求增加。
2) 全球氣候變遷的不確定性增加，水資源減少與土地沙漠化使得傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遇到困境。
3) 城市化進程帶來的城市人口增加，蔬菜供應增大，而土地資源卻不斷減少。
4) 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引發(fā)的環(huán)境負擔不斷增加。
5) 城市蔬菜供給的物流成本增加，城市蔬菜價格上升，提供了產(chǎn)品盈利空間
6) 為追求產(chǎn)量而在蔬菜種植中使用農(nóng)藥和防蟲劑，蔬菜污染憂慮增加。
7) 土地的重金屬污染與澆灌用水的工業(yè)污染問題突出。
8) 太陽能與風能等清潔能源的應用規(guī)模不斷擴大，地熱應用技術也逐步應用。
9）LED技術的應用成本下降，多波段光質(zhì)應用。
2、植物工廠定義
植物工廠的定義：植物工廠是一個采用人工種植環(huán)境，實現(xiàn)全年固定周期量產(chǎn)，實現(xiàn)循環(huán)訂單化生產(chǎn)，穩(wěn)定地提供無公害蔬菜的封閉的清潔生產(chǎn)環(huán)境。在這個環(huán)境里，植物的光合作用（光質(zhì)，光量，光周期）、溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養(yǎng)液成分、生產(chǎn)過程等都可以得到計算機與傳感器的有效控制，是以科學為基礎且獨立于經(jīng)驗和直覺的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
植物工廠的優(yōu)點：
1) 產(chǎn)品是按照訂單生產(chǎn)，生產(chǎn)周期與產(chǎn)量可以穩(wěn)定。
2) 采用植物人工輻射源與溫度控制系統(tǒng)，不受地區(qū)氣候條件的影響。
3) 封閉的立體化種植，節(jié)省土地資源和防止污染。
4) 生產(chǎn)周期短，全年產(chǎn)量高，年產(chǎn)量是露天種植的4到8倍。
5) 可以做到真正的無公害安全蔬菜。
6) 生產(chǎn)人員按照程序規(guī)范生產(chǎn)，無需專業(yè)技術。
7) 工廠設置在城市內(nèi)的購物區(qū)或者工業(yè)園區(qū)，減少供應物流成本。
植物工廠分類：
1) 按照光合作用分為兩類：完全人工輻射方式和太陽與人工輻射互補方式。
2) 按照種植結構又分為平面種植和立體種植。
3) 按照種植方式分為土耕，水耕，霧耕。
4) 按照種植規(guī)模分為小型植物工廠（小于800平方米），大型植物工廠（大于1000平方米）。大部分的植物工廠采用的是立體種植的水耕法。
3、植物工廠與人造光源
植物工廠與人造光源的技術發(fā)展緊密聯(lián)系，植物工廠的概念是在人造光源的基礎上發(fā)展而來的，最早利用人造光源進行的種植是在溫室進行，其理論依據(jù)是植物光合作用的研究成果，在太陽光的可見光范圍內(nèi)（波長范圍：380nm-735nm）太陽光與人造光源的物理原理相同，只是兩者的光譜形狀不同，人造光源可以完全替代太陽光實現(xiàn)植物室內(nèi)種植。白熾燈、HID、熒光燈等人造光源已經(jīng)在溫室種植得到了廣泛的應用，不同的人造光源在植物種植的區(qū)別是對電能的利用效率不同，提高電能利用效率直接導致種植成本的下降，然而，這些早期的人造光源在植物光合作用的吸收光譜方面卻無法有效的調(diào)節(jié)，植物的吸收率低，對電能的利用效率無法進一步提高。
我們這個星球最為神奇的現(xiàn)象是植物創(chuàng)造的，植物是地球上唯一可以把太陽可見光部分的輻射能轉化為有機物的生物，如果沒有植物的光合作用，地球上就不會有動物和人類，植物的光合作用是依靠有機物生存的其他生命的基礎。植物光合作用的研究表明，植物對太陽光不同波長的吸收是不同的，植物的光合作用主要依靠藍光與紅光這兩部分進行，用人造光源代替太陽光時，最佳的人造光源是可以按照植物的吸收光譜配置，目前，只有LED可以做到這一點，因為LED光源本身只能發(fā)出單一波長的光，LED光源發(fā)光波長在380nm到735nm范圍內(nèi)可以人為的控制，而其他光源幾乎無法做到。所以，LED作為植物光合作用的人造光源是最有效的和最節(jié)能的。采用LED技術對植物光合作用的光質(zhì)、光量、光周期的控制性能優(yōu)于其他人造光源。
