XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

В любом тепличном хозяйстве успех и высокие урожаи зависят от множества разных факторов, но одну из лидирующих позиций здесь занимает правильное освещение. Грамотная система досвечивания позволяет серьезно повысить урожаи. При этом, вместе с отоплением, расходы на искусственное освещение при светокультуре задействуют значительную часть бюджета компаний. Тем важнее становится правильное использование этого ресурса.

Выбор эффективных источников света для растений позволяет решить следующие задачи:

повысить качество и количество урожая;

ускорить цикл роста растений;

снизить энергопотребление системы освещения;

снизить затраты на обслуживание системы освещения.

На современном рынке освещения для растений выделяются три наиболее эффективные технологии:

-ДНаТ (или ДНаЗ) — натриевые газоразрядные лампы;

-LED — светодиодные светильники;

-индукционные лампы  – безэлектродные  ртутные газоразрядные лампы.

Так же существуют люминесцентные лампы, лампы накаливания, ДРЛ и МГЛ, однако за счет недостаточной эффективности данные технологии не могут составить достойной конкуренции ДНаТ (ДНаЗ), светодиодным и индукционным светильникам.

Рис. 1 – Лампа зеркальная ДНаЗ

На сегодняшний день лампы ДНаТ (ДНаЗ) по своим параметрам является самыми популярным источником света для облучения растений. В то же время ДНаТ (ДНаЗ) имеет ряд серьезных недостатков:

- спектр содержит мало синего спектра света, нужного растениям в период вегетации;

- со временем спектр смещается в инфракрасную, бесполезную для растений, область;

- температура лампы 250°С – очень высокая;

-короткий срок службы накладывает дополнительные эксплуатационные и временные расходы

-ДНаТ (ДНаЗ) с электромагнитным балластом потребляет на 10-20% больше номинальной мощности. 

Рис. 2 – Светодиодный светильник для растений

Светодиодные источники света с настроенным спектром (рис.2) показывают хорошие показатели фотонного облучения, но также имеют ряд минусов:

- очень высокая стоимость внедрения качественных светильников;

- при выходе из строя одного компонента (вентилятор, блок питания, led-матрица) приходится заменять весь светодиодный светильник, что приводит к большим эксплуатационным затратам.

Рис.3 – Индукционный светильник роста

Индукционные лампы роста – оптимальное решение с точки зрения пользы для растений, а также с точки зрения эксплуатационных и энергосберегающих параметров для пользователей теплиц и гроубоксов.

Перечислим недостатки индукционных ламп для роста растений:

- из-за геометрии индукционной лампы высота подвеса не может превышать 1,2 м для эффективной досветки;

- стоимость светильника выше чем стоимость ДНаЗ;

 Преимущества индукционных ламп для роста растений:

- спектр удовлетворяет всем требованиям растений, имеет все необходимые для внутренних процессов спектральные пики;

- длительный срок службы (до 50 000 часов) подтверждается 5-летней гарантией, благодаря чему возможна экономия денежных средств и сокращение времени на замену ламп;

- индукционные светильники роста можно подвешивать ближе к растениям за счет низкой температуры ламп, благодаря чему отсутствует угроза ожогов растений;

- за счет высокого КПД происходит экономия электроэнергии.

 Сравнение светового спектра источников света для растений

Свет различного спектра требуется растениям для организации процессов фотосинтеза, синтеза хлорофиллов и фотоморфогенеза.

График ФАР (фотосинтетически активной радиации) показывает границы спектров света (рис.4). Свет, входящий в границы графика, эффективно усваивается растениями, а свет, выходящий за границы графика, практически не влияет на рост растений. Световые источники, излучающие свет вне границ графика ФАР, тратят электроэнергию понапрасну, преобразуя её в тепло. Это означает, что пользователи фитосветильников несут затраты, которые можно избежать.

Рис. 4 – Значимость спектральных диапазонов излучения для растений

 

Визуально свет в пределах ФАР-спектра можно разделить на синюю, зеленую и красную области. У всех этих диапазонов разные функции:

синий свет важен на фазе прорастания и вегетативной стадии роста до начала плодоношения;

зеленый свет наименее востребован для растений, однако полное его отсутствие негативно влияет на синтез хлорофилла;

красный свет важен на всех стадиях. От интенсивности красного света зависит скорость развития цветков, формирование и рост плода.

Растения воспринимают не весь спектр электромагнитного излучения, а только тот, что находится в диапазоне длин волн 380-710 нм. Все, что находится за этим диапазоном не оказывает воздействия на цикл роста.

Рис. 5 – Спектры излучения источников света

Сравним световые спектры этих трёх технологий на примере ламп мощностью 250 Вт (рис.5).

В спектре лампы ДНаЗ полностью отсутствует синий свет, в большем количестве присутствует зелёный, а пики красного света не соответствуют пикам поглощения хлорофилла.

В светодиодном источнике света аналогичной мощности полностью отсутствует зелёный свет. Проблему можно решить добавлением диодов нужного спектра, правда такая модернизация ведёт к удорожанию технологии. Так же у светодиодного источника света зауженный спектр красного, благодаря чему покрываются не все пики поглощения хлорофилла.

Индукционные лампы 250 Вт имеют высокое соответствие ФАР. Учтены все пики поглощения хлорофилла.

Важной эксплуатационной характеристикой источников света является падение светового потока. Падение светового потока выражено в % от номинального. Эффективный источник света показывает низкий процент падения светового потока за максимальный период работы.. Лампы ДНаЗ показывают падение светового потока до 70% от номинального за 5 000 часов работы. Светодиодная технология покажет аналогичный процент падения светового потока (70%) за 50 000 часов. Источники света на индукционных лампах покажут процент падения светового потока до 70% через 60 000 часов.

Таким образом, многообразие предлагаемых для облучения растений источников является предпосылкой применения систем ассимиляционного освещения на базе гибридные установки, в которых натриевое и индукционное освещение совмещается со светодиодным.

Литература

1. Беззубцева М.М. Энергетика технологических процессов в АПК. Лабораторный практикум [Текст] / М.М. Беззубцева, С.В. Тюпин, Д.А. Мазин. – СПб.:СПбГАУ, 2009. – 110 с.

2. Беззубцева М.М. Электротехнология. Практикум по электротехнологическим расчетам [Текст]/ М.М. Беззубцева, В.С. Волков, А.Г. Пиркин, С.А. Фокин. – СПб.: СПбГАУ, 2010. – 142 с.

3. Беззубцева М.М. Энергетика технологических процессов [Текст] /М.М. Беззубцева, В.С. Волков. – СПб.: СПбГАУ, 2012. – 262 с.

4.Загоровская В.В. Тепличная эволюция: инновации на рынке оборудования для закрытого грунта // Агротехника и технологии – 2017, -.№2 – С.17-19.

5. Вейнерт Д. Светодиодное освещение. – Philips, 2010 – 156 с.

6.Гужов С.И. Оценка влияния источников питания светодиодных светильников на питающую сеть // Современная светотехника. – 2009. - №2. – С.130.

Код для цитирования: Скопировать