LED植物照明燈具的安全和性能測試要求

孔強強，宋慶軍，王美霞，譚 晨，王慶民

(國家半導體及顯示產品質量檢驗中心(山東)， 山東 濟寧 272000)

引言

近年來，由于人類生活水平的日益提高，設施農業的快速發展，正常的溫室生長環境已不足以滿足植物生長的需求，植物照明領域的研究應運而生。通過對植物進行人工補光或全人工光照射，不僅可以促進植物生長，還可提高產量，改善產品形態、色澤、營養成分等[1]。隨著LED技術的不斷發展，LED植物照明燈具以其具有光譜和光量可調、高光效、低發熱、壽命長等優點，逐漸占據整個產品市場。但由于生產廠商技術水平參差不齊，市場產品魚龍混雜，質量良莠不齊，越來越多的不符合安全技術要求的植物照明燈具產品進入市場，存在著巨大的安全隱患，嚴重影響著消費者的安全與利益。本文結合實際檢驗工作，簡要分析LED植物照明燈具產品應關注的問題，并提出相應措施和建議。

1 安全要求

LED植物照明是解決現代農業生產中植物需光和配光矛盾的有效途徑，是生態農業發展的必然趨勢[2]。LED植物照明燈燈具以LED為發光體，滿足植物光合作用所需光照條件，在缺少日光的環境，這種燈具可充當日光，使植物能夠正常或者更好地生長發育。按照燈具安裝分類可分為固定式、嵌入式、可移式等類別[3]。

安全是LED植物照明燈具最基本的的要求，在正常使用時對人或周圍的環境不產生危險，依據的安全檢測標準除GB 7000.1外，還應滿足相應的具體產品標準如GB 7000.201、GB 7000.202、GB 7000.204等，涉及的檢測項目包含標記、結構、防觸電保護、內外部接線、絕緣電阻和電氣強度等。本文僅對最基本卻又最不易合格的標記、結構和防觸電保護三個檢測項目進行論述。

1.1 標記

標記是明示產品實際特征參數的重要信息，能夠最直觀的將產品信息呈現給消費者，是使用者是否決定購買及使用的依據。國標GB7000.1規定，燈具上應清晰、耐久地標有以下強制性標記：來源信息、額定電壓、額定最高環境溫度、產品型號、功率、防護等級、II類燈具或III類燈具符號等，這類強制性標記必須清晰、持久地標記在燈具上，不能輕易被抹除。除此之外，標準還規定了部分補充信息如燈頻率、特定條件、安裝說明等，可在說明書中體現[3]。

應該注意的是， LED植物照明燈具的發射波長僅僅適應于植物生長，并非一般的普通照明用產品，應明確注明不可將其作為普通照明用產品來使用。由于可見光的波長在380～780 nm之間，故當LED植物照明燈輸出光譜低于380 nm或高于780 nm時，還需在燈具外殼或說明書中加貼警告標識。

在日常檢驗工作中發現，有些LED植物照明燈具產品信息錯標、漏標，如漏標產品來源、額定電壓、燈具類型符號等，錯標額定功率、環境溫度等，這些標記的缺失很容易誤導消費者的使用；還有些產品雖然標記信息齊全，但字體和符號較小，不滿足國標規定的大小要求；另外有些產品標記信息經過水和汽油的擦拭試驗后，標記字跡變得不清晰，后期使用中不利用使用者識別。以上看似無足輕重的問題都會在產品的使用過程中埋下安全隱患，生產企業應嚴格按照國標要求，在產品設計生產過程中詳細并清晰地標示產品基本信息和參數。

1.2 結構

一款燈具的結構是否符合標準要求是整個產品檢驗的關鍵所在。產品缺少標記只需進行補充加貼即可，但如果此燈具在結構上存在著缺陷，那后面的檢驗就很難進行，所以在燈具初始設計時就應嚴格按照標準要求進行結構設計和布局。

LED植物照明燈具除滿足GB7000.1規定的結構要求外，固定式的LED植物照明燈應滿足GB7000.201的結構要求；嵌入式LED植物照明燈應滿足GB7000.202的結構要求，可移式LED植物照明燈應滿足GB7000.204的結構要求。值得注意的是，對于嵌入式LED植物照明燈具，其嵌入式部分的機械強度考核與普通燈具有所不同，試驗沖擊能量和壓縮量都有所減小，嚴苛程度有所降低；對于可移式LED植物照明燈具，在移動、調節或把燈具放在支撐物上時，應注意燈具電源線的絕緣層應不能被損壞，在作正常移動時，所有可能與金屬件發生摩擦而變得不安全的接線必須用絕緣材料制成的載線座、線夾或類似裝置固定，還應注意的是可移式LED植物照明燈具應有足夠的平穩度，不易傾倒[3]。

日常檢驗中發現，有些產品內含接線端子座，但接線端子座直接固定在金屬部件上，無絕緣襯墊隔離。電源接線端子的接線多由使用者自己連接，由于用戶的不專業性，經常會發生多股導線中的幾股導體未被完全插入接線端子的情況，游離的導體可能會接觸到可觸及的金屬部件，很容易引發觸電危險。因此電源接線端子必須加大安全防護尺寸，防止游離導體的觸及。日常檢驗中，需要把連接導線端頭的絕緣層的剝去8 mm，用剝離的8 mm游離導體來進行是否觸及金屬部件的檢查，見圖1，如果觸及金屬部件，則需要在燈具上加裝絕緣襯墊，進而引入絕緣襯墊的后續檢驗，如果不觸及金屬部件，則該結構合格。

圖1 8 mm游離導體試驗Fig.1 8 mm free conductor test

對于自鎮流的LED植物照明燈，如LED球泡燈，還應考慮到其燈頭互換性是否滿足GB 24906的要求，互換性合格的產品能保證消費者在使用中隨時對出現故障的LED燈進行互換，保證與原燈座配合使用。互換性的檢驗主要采用IEC 60061—1及IE C60061—3規定的燈頭量規[4]。以常見的E27燈頭為例，日常檢驗工作中，主要考核燈頭螺紋最大尺寸、螺紋外徑最小尺寸及接觸性等指標，常見的不合格情況主要有：螺紋最大尺寸不滿足要求，燈頭螺紋外徑最小尺寸不滿足要求等。究其原因，主要是制造商對產品生產設備參數控制不嚴、未嚴格按標準對產品進行例行的出廠檢查所致。

1.3 防觸電保護

LED植物照明燈具防觸電保護的合格性，能夠保證消費者在安裝和使用過程中的防觸電安全。GB 7000.1中對燈具的防觸電性能有詳細要求：產品應制造成當其按正常使用安裝后或更換可替換光源時，即使不是徒手操作，燈具的帶電部件應不可觸及。基本絕緣部件更不能應用于沒有防止意外接觸措施的燈具外表面[3]。這里的防止意外接觸措施是指是否設有接地保護，是否屬于雙重絕緣或加強絕緣，生產企業應嚴格按照標準要求進行燈具的設計。

另外，對于自鎮流LED植物照明燈，GB 24906對意外接觸帶電部件防護的要求為：燈的防觸電設計應保證當其安裝在相應燈座中時，使用者不能觸及燈頭內或燈體內的金屬部件、基本絕緣的外部金屬部件和帶電金屬部件[4]。對于自鎮流LED植物照明燈，防觸電保護不合格現象主要表現為燈頭電觸點的焊錫高度過高，當燈在旋入燈座安裝好之后，帶電部件裸露易被觸及。

2 性能要求

LED植物照明燈具在應用于植物生長照明時，不僅要考量其安全要求，還應考慮LED光源的功率、光度、色度及輻射度等性能要求。植物的生長速度取決于光照強度，即植物表面吸收光輻射能的量，并非取決于光源數量。考量時，應根據植物的光合作用特性，在光量子系統和植物光度系統中考量植物受照面的光量子密度以及植物光度學參數，從而綜合評價植物照明燈具的光學性能。LED植物照明燈的光譜范圍對植物生理的影響見表1。目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有兩種：光和作用有效輻射(photosynthetically active radiation,PAR)與光量子能效(quantum efficiency，QE)。

表1 不同光譜范圍對植物生理的影響

2.1 功率和功率因數

LED植物照明燈具在額定電壓和頻率下工作時，標準要求其實際消耗的功率與額定功率之差應不大于15%或0.5 W，其實際功率因數應不比制造商的標稱值低0.05[5]。在檢測過程中發現，存在燈具實測功率遠小于標稱功率的情況，進而影響燈的光通量、光效等參數，在實際應用中對植物生長起不到應有的效果。因此，生產企業在產品出廠時應注意燈功率及功率因數的檢定，特別是在測量小功率產品時，應注意儀表的量程范圍對測量的影響[6]。

2.2 光合作用有效輻射

光合作用有效輻射由波長范圍400～780 nm內的可見光組成，常見LED植物照明燈具的光譜分布見圖2。這個范圍的輻射可以驅動植物生長所必須的光合作用，常用PAR來表示。但由于其不是計量單位，通常采用光合光子通量密度(PPFD)表示，單位為μmol/(m2·s)，計算光合光子通量密度，則需要知道光合作用光子通量(PPF)，PPF是指輻射源即LED植物照明燈在PAR范圍內(400～780 nm)每秒有效射出光子的摩爾量，單位為μmol/s。由此可以看出，PPFD即是與PPF結合，用來確定植物冠層相對平面內每平方米有多少PPF。1PPFD即表示400～780 nm波長范圍內每秒有1μmol的光子數量輻射在1 m2的表面。值得注意的是，PPFD僅僅適用于在PAR范圍內的微摩爾密度，對于含有UVR(紫外線輻射)或FR(遠紅光輻射)的光質需要采用其他方式進行表示[7]。

圖2 LED植物照明燈具光譜分布圖Fig.2 Spectrum distribution of LED plant lighting fixtures

PPF的計算公式為

(1)

式中，λi表示波長，PW(λi)表示該波長的輻射功率，n表示1 μmol的光子數，為6.02×1017光子，h為普朗克常量，即6.626×10-34J·s；c為光速，約3×108 m/s，以圖2所示的430 nm波長為例，430 nm出的輻射功率為0.4 W，則該波長的光子數為PPF≈1.44 μmol/s，進而可得此光源在430 nm的光合光子通量密度為1.44 μmol/(m2·s)。當計算出每個波長的光合光子通量后，每個波段的的光子通量即可通過公式計算得出。

2.3 光量子能效

光量子能效(QE)的單位為μmol/J，計算公式為

QE=PPF/Pi

(2)

其中，Pi表示照明燈具的輸入功率。

QE表示LED植物照明燈具在380～780 nm波長范圍內每焦耳電能轉換為光量子數量的能力，QE與輻射效率和波長相關，QE數值越高表示的是照明燈具對光量子轉換能力越強，電能的利用效率越高[7]。值得注意的是，QE適用的對象不僅是燈具，還可包括燈珠和光源。另外，QE存在光譜功率分布(SPD)綠光成分含量大而引起效率失真的問題，還需要基于相同光質下的比較。

3 結束語

隨著LED植物照明受到相關企業越來越多的關注，LED植物照明燈具產品的生產制造技術也會不斷提高，相應地LED植物照明燈具檢測標準的要求也會逐步提高，這就對產品生產企業提出了更高的要求[8]。LED植物照明燈具制造商以及相關檢測機構應根據高標準高要求，以光照對植物的影響為依據，客觀地評價LED植物照明燈具產品的各項性能，規范生產工藝，提高產品質量，進一步推動LED植物照明產業的健康發展。