Світлодіоди для електродосвечіванія в теплицях
Перші світлодіоди з'явилися на початку 60-х років минулого століття, але їх використання в якості джерел світла різко зросла тільки в останнє десятиліття. Світлодіодні світильники економічні, довговічні, екологічні. Динаміка їх застосування настільки інтенсивна, що світлодіодні освітлювальні прилади витісняють традиційні джерела світла на багатьох об'єктах - дорогах, в торгових центрах, виробничих цехах, спортивних залах, школах, лікарнях і т.п. Їх енергоспоживання в 3-5 разів нижче в порівнянні зі світильниками на газорозрядних лампах, при однаковій освітленості на робочих поверхнях. Світлова ефективність світлодіодів виробництва провідних компаній вже перевершує таку натрієвих ламп високого тиску (НЛВД) мінімум в 1,5 рази.
Ефективність випромінювання світлодіодів пропонованих ТОВ "Промгідропоніка" в світильнику Аgro доходить до 500 мВт і продовжує рости, а межа ефективності НЛВД 350 мВт на 1 Вт споживаної енергії. Широкому застосуванню світлодіодів заважала висока ціна, але сьогодні компанія ТОВ "Промгідропоніка" поставляє світлодіодні світильники практично за цінами світильників зі звичайними лампами.
Світлодіоди дозволяють конструювати агросветільнікі зі спеціальним спектром випромінювання для збільшення ефективності електродосвечіванія рослин в захищеному грунті.
Величезний внесок у вивчення впливу окремих ділянок сонячного спектру на ріст рослин ще півстоліття тому внесла відомий светофізіолог Ніна Миколаївна Протасова (1922-2005). В її роботі «Светокультура як спосіб виявлення потенційної продуктивності рослин» дано чіткі вказівки, які довжини хвиль, в яких пропорціях, з якою енергією і яка кількість фотонів дають максимальний результат - гармонійно розвинене рослина і великий урожай. Нижче наведені цитати з її роботи:
- «При використанні спеціальних ламп в умовах фітотронах були отримані врожаї в кілька разів більше, ніж в теплицях і в поле, причому за більш короткі (майже в 2 рази) терміни».
- «Найбільш сприятлива для вирощування світлолюбних рослин інтенсивність фотосинтетичний активній радіації (ФАР) в межах 150-220 Вт / м2».
Ще в 60-х роках минулого століття було визначено, що для нормального росту рослин в захищеному грунті з урахуванням ККД ламп необхідно 300-600 Вт / м2 електроенергії. Такі потужності в ряді регіонів просто недоступні, не кажучи вже про вартість електродосвечіванія.
Останні півстоліття в нашій країні безперервно вели дослідження, що підтверджують переваги спеціального червоно-синього спектра для досвічування рослин.
1987 рік. У лабораторії електрифікації захищеного грунту ВНДІ електрифікації сільського господарства (ВІЕСХ) відчували лампи дослідного заводу ВНІСИ (розробка інституту Гиредмет).
Під час експерименту з розсадою огірка сорту Успіх, при досвічування 16 год / добу, відчували 6 типів ламп з різним спектром випромінювання. Встановлено, що застосування люмінесцентних ламп ЛБ-30 зі спеціальним червоно-синім спектром для додаткового опромінення розсади огірка дозволило скоротити витрату електроенергії майже в 2 рази в порівнянні з лампами ДРЛ-125.
1993-1995 роки. У лабораторії культури тканин ННЦ Інститут виноградарства і віноелія імені В.Є. Таїрова (ІВіВ) Нац іональной академії аграрних наук України випробувані спеціальні люмінесцентні лампи червоно-синього спектра при вирощуванні мікроклонів винограду різних сортів. Встановлено, що інтенсивність розвитку мікр оклонов залежить від співвідношення смуг синього і червоного області спектра. Експериментальні лампи ЛФУ-30 зі спеці-альних червоно-синіми люминофорами мали перевагу в порівнянні з контрольними лампами (ЛБ-36).
2001 год. У лабораторії квітництва Московської с.г. академії імені К.А. Тімірязєва вивчено вплив спектрального складу випромінювання ламп на розвиток розсади квіткових культур. Було відзначено, що в фазі сходів (січень) необхідно уникати нагрівання листя рослин. Лампи НЛВД нагрівали поверхню сіянців майже на 2 ° С щодо температури зовнішнього середовища, що при включенні-виключенні ламп негативно позначалося на стані рослин і провокувало захворювання борошнистою росою. При використанні ламп ЛФУ-30 зі спеціальним червоно-синім спектром вихід сіянців збільшувався, подальший розвиток розсади відбувалося швидше, і рослини зацвітали раніше.
2011 рік. В інституті фундаментальних проблем біології РАН досліджували характеристики фотосинтетичного апарату рослин в залежності від спектру випромінювання базової лампи ДРЛФ-400 і лампи ЛФУ-30 спеціального червоно-синього спектра. Встановлено, що листя рослин, вирощених під лампою ЛФУ-30, мали велику щільність і високий вміст хлорофілу А. Квантовий вихід фотосистеми 2 у листя рослин, вирощених під спеціальної червоно-синьої лампою ЛФУ-30 вище, ніж у рослин під контрольною лампою. Таким чином, застосування ламп з червоно-синім спектром дозволило отримувати рослини з кращими характеристиками фотосинтетичного апарату, високим вмістом хлорофілу і більшою щільністю листя.
2012 рік. У лабораторії штучного клімату Російського державного аграрного університету (РГАУ-МСХА імені К.А. Тімірязєва) досліджували вплив світлодіодних світильників компанії «Системи освітлення Кодо» на рослини різних сортів салату. Для проведення експерименту були обладнані дві теплиці, що відрізняються тільки за характером досвічування. В одній з них досвічувати натрієвими лампами « Рефлакс », В іншій - світлодіодними світильниками (СІД). Тривалість досвічування 18 ч. Світлодіодні світильники компанії «Системи освітлення Кодо» при приблизно однаковому врожаї салату забезпечили скорочення споживання електроенергії майже в 2 рази в порівнянні з лампами «Рефлакс».
2013 рік. У тій же лабораторії РГАУ-МСХА імені К.А. Тімірязєва досліджували вплив світлодіодних світильників Agro-30 на розвиток рослин 9 сортів салату. Теплиці, в яких ставили досліди, відрізнялися тільки за характером досвічування: в одній досвічувати натрієвими лампами Рефлакс , В інший - світлодіодним системою досвітки Agro-30 (Рис. 2). Тривалість досвічування в січні і лютому становила 18 ч.
Світлодіодні світильники Agro-30 при вирощуванні салату без втрат у врожаї забезпечили скорочення споживання електроенергії в 3-3,5 рази по срав рівняно зі світильниками «Рефлакс».
У дослідженнях з вивчення впливу світлодіодних світильників Agro-30 на розвиток рослин базиліка для проведення досвіду були обладнані дві теплиці. В одній з них досвічувати натрієвими лампами «Рефлакс» з питомою споживаної потужністю 280 Вт / м2, в іншій - світлодіодним системою досвічування Agro-30 з питомою споживаної потужністю 75 Вт / м2. Тривалість досвічування 16 ч.
Фото демонструє попередні результати експерименту (на момент підготовки статті).
Вищепереліченими експериментами було підтверджено важливість синього і червоного світла для рослин. Світло певних довжин хвиль і в конкретному співвідношенні впливає на ріст рослин, щільність листя, кількісний і якісний склад пігментів, роботу фотосинтетичного апарату і, відповідно, на термін вегетації і продуктивність рослин.
Компанія в світильниках Agro-30 застосувала накопичені за останні 50 років знання в своїх розробках світлодіодів для теплиць. ККД випромінювання ФАР світлодіодного світильника Agro-30 становить 35-45%, що теоретично в 4-7 разів вище ККД звичних натрієвих світильників (реальний ККД світильників з НЛВД по виходу ФАР становить 3-5%).
На практиці, за результатами численних експериментів, ми переконалися, що за різними оцінками при електродосвечіванія рослин світлодіодні світильники в 3-11 разів перевершують світильники з лампами НЛВД по економії електроенергії.
У 2009 році компанія ТОВ "Промгідропоніка" почала випускати агросветільнікі для теплиць. З тих пір в різних спорудах захищеного грунту вже встановлені десятки тисяч таких виробів, проведено велику кількість випробувань в умовах виробництва.
Ще одна перевага світлодіодів для підвищення ефективності тепличного виробництва - можливість застосування стелажних конструкцій. Робоча температура світлодіодних світильників Agro-30 для теплиць - 50-60 ° С, що дозволяє розташовувати світильники близько до рослин, а рослини висаджувати кількома ярусами, для кожного ярусу може бути встановлена своя система досвічування на світлодіодах.
Як завжди, не дивлячись на багатий російський і міжнародний досвід і те, що з досвічуванням світильниками Agro-24 з 2009 ро ку в сотнях приватних господарств уже вирощували практично всі культури, співробітникам компанії нерідко ставлять запитання, чи ростуть під світлодіодами рослини взагалі і огірки зокрема і, що з цього приводу кажуть голландці.
З використанням Agro-30 було проведене ряд експериментів з трояндами, цибулею, солодким перцем, газонними травами, томатами і огірками. Завдяки світлодіодним продукції «КТЛ» їх багаторічна робота втілилася в конкретні результати: все культури тепер швидше ростуть, дозрівають за короткі терміни, а овочі мають більш натуральні смак, колір і аромат. У теплиці компанії «Воля» в Дубні з досвічуванням світлодіодами виростили зеленню культури, томати, баклажани, перці, огірки, суницю та ін. Детальна інформація на сайті компанії «Воля».
Демонстраційні досліди зі світлодіодними світильниками в ТОВ «агротипу» підтвердили, що зеленню культури цілком успішно ростуть при досвічування світлодіодами.
Треба додати, що агросветільнікі Agro-30 в експерименті ТОВ «агротипу», на 1 м2 освітлюваної площі споживали в 2 рази менше електроенергії, ніж світлодіодні світильники інших компаній, які брали участь в експерименті, і в 3-3,5 рази менше, ніж світильники з НЛВД.
Агросветільнікі Agro-30 вже майже 4 роки працюють в теплиці ТОВ «Нова Голландія» під Санкт-Петербургом, де вирощують троянди. На невеликій ділянці зі світлодіодами при однаковому врожаї витрати електроенергії були в 9 разів менше.
Більш показовим є досвід в ТОВ «СХП Агроіндустрія» в Оренбурзі. У 2011 році там була переобладнана теплиця площею 300 м2 з виділенням трьох зон по 100 м2 кожна з різним типом досвічування: ділянка з освітленням лампами «Рефлакс», ділянка зі змішаним освітленням лампами «Рефлакс» і світлодіодними світильниками Agro-30 і ділянку тільки зі світлодіодними світильниками Agro-30
У зоні з досвічуванням лампами «Рефлакс» питома споживана потужність була 120 Вт / м2, в змішаній зоні - 78 Вт / м2 (63 Вт / м2 лампи «Рефлакс» + 15 Вт / м2 фітосветільнікамі Agro-30 ), В світлодіодним зоні були встановлені світильники AGRO з питомою потужністю 30 Вт / м2.
Така освітленість навіть в зоні з натрієвими світильниками недостатня для ефективного вирощування огірка. Проте було вирішено провести випробування на огірку. Урожай почали знімати вже 15 грудня і отримали додатковий прибуток завдяки поставкам до новорічного свята.
Були отримані наступні результати: в зоні змішаного досвічування зареєстрована економія електроенергії 35% при однаковому врожаї з урожаєм в лампової зоні, що в масштабах виробничих теплиць дає значний економічний ефект.
В світлодіодним зоні в силу недостатньої енергії досвічування (навіть з урахуванням високого ККД світлодіодів) урожай був у півтора рази нижче, але при цьому і споживання електроенергії було в 4 рази менше в порівнянні з НЛВД. Треба відзначити, що в лампової зоні температура повітря була вищою через високу робочої температури ламп (400 ° С), що теж позначилося на врожайності в різних зонах.
Перерахунок витраченої електроенергії на 1 кг отриманого врожаю дає наступне: ефективність досвічування огірків світлодіодним системи Agro-30 в 11 з гаком разів вище ефективності досвічування лампами «Рефлакс».
Досвід підказує, що якщо підняти в лампової зоні кількість світильників до прийнятих 200 Вт / м2 споживаної потужності і пропорційно підняти його в світлодіодним зоні до 50 Вт / м2, а також вирівняти температурні режими, то простим підрахунком отримаємо, що врожаї практично зрівняються при економії електроенергії в світлодіодним зоні в 4 рази в порівнянні з лампової. Але для поліпшення показників компанія рекомендує ставити світлодіодні світильники Agro-30 з питомою споживаної потужністю в 3 рази менше, ніж знадобилося б для світильників з НЛВД, тобто 75 Вт / м2.
Щодо того, що говорять голландці. Сьогодні вже по всьому світу працюють тепличні комплекси з електродосвечіванія світлодіодами - в Голландії, Норвегії, Америці, Японії, навіть в Україні під містом Умань вже 2 роки експлуатують теплицю з досвічуванням рослин світлодіодними світильниками. Скрізь спостерігається скорочення термінів дозрівання, зниження витрат на електроенергію, збільшення врожайності і поліпшення якості продукції.
Таким чином, вже сьогодні застосування світлодіодних світильників може забезпечити тепличним комбінатам економію електроенергії мінімум в 3 рази. При практично зрівнялися ціною на світлодіодну систему досвічування Agro-30 і світильники з НЛВД поступово починається масове переоснащення існуючих теплиць.
Додатковий економічний ефект від застосування світлодіодів більш значний при проектуванні нових тепличних комплексів. Для досвічування знадобиться в 3 рази менше електроенергії і, відповідно, в 3 рази менше коштів на підключення необхідних потужностей. Коштів, зекономлених на закупівлю електричних потужностей, цілком вистачить на придбання світлодіодним системи електродосвечіванія, а значить, вже до початку експлуатації теплиці інвестиції окупляться, далі вона буде в 3 рази більш економічною по споживанню електрики за ті ж гроші, які знадобилися б при будівництві теплиці з звичайною системою електродосвечіванія.
Крім економії електроенергії світлодіоди спрощують регулювання мікроклімату в теплицях, сприяють активному розвитку рослин і поліпшення якості продукції.
Таким чином, світлодіодні фітосветільнікі Agro-30 мають цілий ряд переваг в порівнянні з вживаними сьогодні технологіями електродосвечіванія на об'єктах захищеного грунту.
Засновники компанії і основний інженерний склад - випускники Московського інституту електронної техніки (МІЕТ), нині Державний дослідницький університет МІЕТ, інженери-фізики, що працюють за своєю основною спеціальністю - фізика і технологія виробництва напівпровідникових пристроїв, в тому числі світлодіодів.
Розроблені інженерами світлодіоди за технічними характеристиками перевершують більшість роізводімих в країні і що імпортуються, а деякі моделі світлодіодів до сих пір не мають аналогів в світі. Це відноситься і до cветодіодам для світлодіодних світильників, призначених для досвічування рослин на об'єктах захищеного грунту.
