為了節約能源，電源行業不斷提出許多創新方法來提高效率，包括電子到電子的轉換。能量轉換比正在接近物理極限，同時也在鼓勵研究和發明，并實現了以前無法做到或至少是在成本上行不通的應用。在照明領域，新的應用需要電源設計人員探索新的方向，而電子到光子的有效轉換開辟了未來的照明。
1860年，英國發明家Joseph Wilson Swan爵士創造了首個電燈泡概念。繼而，1879年，Thomas Edison和他的團隊在經過無數次的嘗試后，完善了碳絲白熾燈并獲得專利，這就是后來被世界各地普遍使用的“愛迪生燈泡”。自那以后，照明行業一直在不斷的發展。從1932年飛利浦引進鈉燈，1938年通用電氣公司將熒光燈商業化，到“照明節能”概念的引入，這個領域變得極具創新，也為健康、安全和可持續發展方面的關鍵技術做出了貢獻。
照明領域這一系列驚異的創新，不僅能減少能源的消耗，還使我們的生活變得更加美好，但在大規模應用時，真正的好處并不總是顯而易見。從“如何節省大型體育場照明消耗的3/4的能源，到如何為2050年預計達到100億的人口種植糧食”，能源效率和智能照明是解決方案的一部分！那么這又怎么實現呢？
照明市場非常多樣化，但是基于LED的固態照明（SSL）已經突破了傳統的燈泡，使得愛迪生燈泡變得過時，SSL同樣也在侵占熒光燈市場。SSL提供的可能性不僅為道路、停車場、體育場和舞臺等工業應用帶來了照明優勢（圖1），也為城市農業、園藝、水凈化、醫療照明和光療法帶來了這類優勢。
在電子與光子相遇處，電源設計人員與LED制造商需要密切合作。所謂的“氮化鎵（GaN）照明”就是一個例子，即在電源級使用氮化鎵晶體管，在LED元件內使用硅基氮化鎵工藝。雖然這是一件趣事，但它反映了GaN在電源和照明行業中使用的行業成熟度。作為一名電源設計工程師，關注這兩種技術非常有必要，而且可以預知這兩種技術結合將會帶來巨大的好處。
SSL照明目前在照明市場的某些領域占據優勢——在這些領域，更換一個燈泡會產生非常高昂的費用，而可能使最終用戶花費的成本超過燈泡本身。例如，燈桿太高可能需要使用升降機才能夠到燈具。又例如，在橋上或在隧道中更換燈泡必須要暫停或者改變交通路線。SSL的持久特性可使這些類型的應用受益。此外，SSL比起它們將要替代的典型高壓燈來說，效率會高很多，因此在提供相同亮度時，功耗可以顯著降低，這通常會為最終用戶帶來非常好的投資回報率，同時也會對降低能耗做出很大貢獻。
另一個例子是美國休斯頓的NRG體育場，它在2015年成為第一個使用LED節能燈的專業場館之一。現場照明由65000個LED燈全部提供，滿功率情況下消耗337kW！盡管這看上去是個很大的能耗，但它比以前使用傳統體育場照明的系統節省了約60%的電量，預計未來將達到節省75%能耗的目標。盡管節能非常顯著，但這只是SSL技術和高效電源管理相結合實現無限可能的開始。越來越多的大型基礎設施和城市正在用數字控制的SSL替換老舊的照明系統，再加上可再生能源的使用，我們正在接近零排放照明過程（從發電到用電）的神話。
現在世界上大約有76億人口，每年世界人口又以8300萬的數量增加。到2050年，這個數字將接近100億。為100億人口提供糧食要求農業擁有非常高效的生產模式，同時通過減少有害化學物質生成和優化水資源來保護環境。
在最近的一份資料中，世界銀行很好地描繪了世界各地糧食供應的情況和對未來的預期。“到2050年，至少需要多生產50%的糧食才能養活100億人。但是氣候變化會使農作物減產25%以上。土地、生物多樣性、海洋、森林和其他形式的自然資源正以前所未有的速度枯竭。除非我們改變種植糧食和管理自然資源的方式，否則糧食安全——尤其是對世界上最貧窮的國家而言——將面臨風險。”
考慮到食物生產中的參數和要求對環境的影響，1999年，Dickson Despommier博士和他的學生們提出了現代室內農業的概念，振興了1915年美國地質學家Gilbert Ellis Bailey創造的術語“立體農業”。我們都聽說過它, 讀過很多關于將工業建筑轉變為立體農場的文章, 但是從早期使用熒光燈或鹵素燈到SSL，大量的技術創新有助于優化為植物提供的能量，以便實現最優生長并實現室內農業效益的倍增。從空間利用率來看，與常規農業相比，室內農業每平方米生產的食物增加了100倍，而水的使用降低了90%，有害化學物質減少到零，因此非常有吸引力，但要做到真正高效，這種農業需要有非常高效的照明系統(圖2)。
不是所有的蔬菜都能在有限的土壤和營養條件下生長，但是對于適用于這種耕作方法的蔬菜來說，效果令人震驚，而當使用計算機控制的現代照明技術（這對電源設計人員來說是一個非常有趣的探索領域），并結合高級電力電子技術和現代農業以及軟件時，效果則更令人震驚。
自此概念引進以來，室內農業工程師進行研究，驗證了不同植物高效生長所需的光譜和能量。從廣譜熒光燈或鹵素燈到窄譜燈，傳統照明行業進行了大量的創新，但這些技術的靈活性和效率都不足以滿足需求。
繼2005-2008年在日本進行的實驗后，農藝學研究人員研究了不同的照明方法，調節光譜和能量來適應特定的植物。研究人員得出結論，種植植物和蔬菜的特定光譜通常從450nm（藍光）開始，直到730nm（遠紅光）（圖3）。光合光子通量密度（PPFD）要求的范圍從蘑菇的50微摩爾（μmol），到番茄等植物的2000μmol，以及一些花可以在全日光下茁壯生長（圖4）。農業專家告訴我們，為了達到最佳效果，從幼苗到成熟階段，不同的植物種類可能需要不同的光譜，以及不同的光平衡和強度。這通常要求人造光具有許多不同的光譜通道，并且可以單獨調節強度。
圖 3：種植植物和蔬菜的光譜通常從450nm（藍光）開始，直到730nm（遠紅光）。（來源：PRBX）
圖4：不同植物所需光能范圍，從蘑菇的50微摩爾（μmol）到強光植物的2000μmol。（來源：PRBX）
城市農場正漸漸轉向現代SSL照明，特別是在光源能效穩步增加的時候。這種增效還可降低冷卻成本，因為過高的空氣或土壤溫度會對產量產生負面影響。LED照明使種植者可以僅使用植物所需光譜能量的光（通常為紅色和藍色），而不必提供全光譜照明而浪費掉植物無法利用的大多數光，從而節省能源。這可能使你回想到你在小學的時候，問老師“為什么植物是綠色的？”（如果你從未問過這個問題，那告訴你答案是因為大多數植物不吸收（使用）綠光，因此它反射到你的眼睛，就使植物看起來是綠色。）
如今，多種LED燈被廣泛應用于蔬菜的高效生長，而將智能電源集成到LED模塊中則可以取得更大的進步。其中一個研究領域是創造具有生長指數監測的微型LED面板，而能夠局部調節光線（1/2m2面積）。這需要提供非常有效的分布式電源解決方案，能夠針對“蔬菜生長”調整所有參數。這里，電子和光子有了新方向：“為我們及后代提供可持續的食物”。
盡管各會議上發表了大量的文章和論文，但室內農業仍處于起步階段；要求農業生產更多，對環境影響又更小，是發展“城市農業”的重要因素。結合SSL、電源管理和軟件控制的環境等最新技術，將有助于改進現代農民的生產力和工具，為2050年100億人口種植糧食。
這是所有電源研發工程師的好機遇！
