在我國，設施園藝栽培面積高達400萬公頃，包括自然光栽培系統(tǒng)( 拱棚、塑料大棚、日光溫室、玻璃溫室等) 和人工光栽培系統(tǒng)( 植物工廠、組培室、培養(yǎng)箱等) 。溫室是最為重要的自然光栽培系統(tǒng)類型，截止2014年底，溫室面積已有100萬公頃以上，在反季節(jié)蔬菜、花卉、果樹栽培方面起主導作用。溫室主要包括日光溫室和連棟溫室，溫室補光是設施農(nóng)業(yè)半導體照明應用主要場所。國內外研究表明，溫室補光非常必要，對保障作物健康生長發(fā)育具有重要作用。其一，溫室補光是設施農(nóng)業(yè)的本質需求。設施農(nóng)業(yè)的本質是促生生產(chǎn)方式，就是要通過環(huán)境控制促進或延遲農(nóng)業(yè)生物生長發(fā)育與繁殖過程，獲得更高的產(chǎn)量和品質。
光照最為重要環(huán)境因子，認為調控起著關鍵作用，現(xiàn)代溫室生產(chǎn)必需實現(xiàn)光照條件的按需調節(jié)。其二，溫室補光是溫室生產(chǎn)的現(xiàn)實需求。實際生產(chǎn)中，連陰雨雪、霧霾、灰塵污染等導致的弱光寡照脅迫時有發(fā)生，危害嚴重，導致作物減產(chǎn)甚至絕收( 補光)；而且，高緯度地區(qū)日照短，無法滿足長日照園藝作物的光周期需求，需要人工光補充。最后，LED補光裝備是溫室環(huán)控的必需執(zhí)行機構。溫室內光照環(huán)境隨外界自然光照的變化即時變化，加之墻體、溫室橫梁支架結構、以及保溫覆蓋遮陽機構的遮擋，其內部光照條件在光強和光周期上遭到縮減，在光質上也產(chǎn)生了變化。這些改變在弱光寡照天氣條件下尤為嚴重，光環(huán)境脅迫已成為制約我國溫室園藝產(chǎn)業(yè)體質增效的瓶頸障礙，亟待解決。按照因子綜合作用率理論，實施溫室光環(huán)境智能控制不僅可保障溫室作物優(yōu)質高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，也能提高溫室生產(chǎn)資源的利用效率( 水肥、CO2等) ，可提升溫室自動化水平，節(jié)省人力資源。荷蘭作為設施園藝強國，已將補光技術研究推上了較高水平，取得了豐碩的成果，在LED補光方面走在了世界前列，而我國溫室半導體照明則剛剛起步。
1、溫室植物半導體照明智能控制的必要性
通常而言，溫室工廠化生產(chǎn)需要環(huán)境要素甚至生產(chǎn)要素的智能控制，基于智能控制使溫室具有周年生產(chǎn)的能力。溫室智能控制的實現(xiàn)難度與溫室類型有關，取決于外圍護結構及其材料種類，其投入產(chǎn)出比存在溫室類型差別。而且，智能控制系統(tǒng)的性能隨著電力電子技術和計算機網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展而不斷優(yōu)化和提升。實際上，我國塑料大棚、日光溫室遠未實現(xiàn)智能控制管理，只有連棟溫室和玻璃溫室裝備水平較高?，F(xiàn)今，世界范圍內絕大多數(shù)溫室未真正意義上實現(xiàn)智能補光，多數(shù)連棟溫室僅采用HPS 實現(xiàn)了定時補光。LED 光源的出現(xiàn)與技術發(fā)展從根本上解決了溫室智能補光缺乏執(zhí)行機構的難題，正在推進溫室光環(huán)境調控的智能化進程。實際上，溫室補光因溫室類型而存在本質上的不同，也與栽培作物種類、季節(jié)因素有關，這種補光需求的時空變異性導致溫室補光必需實施智能化管控，才能節(jié)能、高效。而且，溫室人工補光是以自然光為主導的調控模式，需要智能化控制才能達到節(jié)能、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質和提高資源利用效率的目標。LED 照明系統(tǒng)的設計與研發(fā)是以最大化提高其光電
轉化效率和時空生物光效為目標的，以確保設施園藝光環(huán)境調控的效益。同時，溫室內溫度不僅受控于環(huán)境溫度、溫室保溫性能，更受控于光照條件，弱光寡照天氣導致的光脅迫常伴隨著低溫脅迫的發(fā)生。此外，與溫室氣溫相比，溫室作物根區(qū)溫度變化具有滯后性，在補光時需要考慮。溫室內光環(huán)境的質量和數(shù)量屬性瞬時間都在發(fā)生日變化和季節(jié)變化，如果采用恒定不變的補光系統(tǒng)進行光環(huán)境調控是不適合的，難以取得很好的生物學效益。所以，溫室補光系統(tǒng)必須采用智能控制，充分考慮利用自然光條件，減少人工光的能耗，按需補光。溫室半導體照明可行性高，在無電力地區(qū)可采納光伏發(fā)電技術供LED 照明使用。
智能控制是指利用計算機、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴頻電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、要尋控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設備的智能化控制。智能控制方式可分為兩類，有線控制無線控制。當前，溫室補光應該采納基于傳感器和PLC 系統(tǒng)構成的智能控制系統(tǒng)，而非基于WiFi 通訊和Zigbee 組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，后者實際應用的必要性尚遠。智能控制除了光照配方智能控制外，更需要關注基于設施植物生產(chǎn)領域、植物的各生長發(fā)育階段的形態(tài)、調控目標和自然光資源利用的照明技術差異，應因地制宜，因溫室類型而變。
2、溫室植物半導體照明智能控制的內涵
現(xiàn)代設施園藝必需發(fā)展實現(xiàn)光環(huán)境智能控制，營造作物適宜的生長條件，保證高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質。溫室植物半導體照明智能控制是指按照生產(chǎn)季節(jié)、設施類型、作物種類和生產(chǎn)優(yōu)先目標主導的設施光環(huán)境時空變化和需求規(guī)律，以LED 光源為光源執(zhí)行機構，按照節(jié)能、高效的原則實施的光源動作自動化管理的運行模式。溫室植物半導體照明智能控制是具有多維、多因素、多目標的管理模式，具有豐富的內涵，其核心要建立光環(huán)境調控的模型，按照模型實施智能控制。其內涵之一，溫室植物半導體照明智能控制的內容包括光質、光強和光周期及其耦合調節(jié)，對LED 光源性能有特殊的要求； 其內涵之二，溫室植物半導體照明智能控制是時間和空間的雙尺度的耦合調控，既要考慮光環(huán)境的日變化，也要考慮季節(jié)變化和作物生長變化，需要統(tǒng)籌安排；其內涵之三，溫室植物半導體照明智能控制是與溫室其他環(huán)境要素、水肥要素耦合的控制過程，要做必要的交互設計； 其內涵之四，溫室植物半導體照明智能控制是要充分利用自然光基礎上，最大程度地發(fā)揮人工光的效用，使自然光和人工光資源有機結合，發(fā)揮疊加效應和互補效用，而不是替代關系。
總之，光環(huán)境智能控制是個復雜的系統(tǒng)工程，而且它僅是溫室智能控制較小的必要組分，如何將溫室補光智能控制合理、有機地嵌套到溫室智能控制系統(tǒng)中是發(fā)揮最大效能的關鍵。
