Джерело світла у теплиці
Сьогодні теплична галузь зазнає суттєвих змін. Економічні умови диктують цьому напрямку необхідність швидкої та кваліфікованої модернізації, основою для якої мають бути нові теплиці та обладнання іншого формату.
Сучасні тепличні комплекси – технічно складні підприємства, на яких використовуються передові агротехнології та інженерні рішення. Ця сфера АПК є однією з найенергоємніших з погляду питомих електричних показників та найбільш енергоефективною за рахунок активного використання штучного освітлення. Тому питання збереження енергії, у тому числі за допомогою якісного освітлення, важливі та актуальні для кожного тепличного комплексу.
ВІДСТАТИ ВІД ЧАСУ
У собівартості агрокультур витрати на енергію сягають 65 відсотків, тому оптимізація навіть частини цих витрат допомогла істотно підняти рентабельність тепличного бізнесу. Одне з найефективніших рішень цієї проблеми — застосування сучасних енергозберігаючих технологій.
Сьогодні в українських теплицях для освітлення рослин використовуються переважно світильники із натрієвими лампами. Подібні джерела світла мають високу світлову віддачу – до 150 лм/Вт, тривалий термін служби – до 20 тис. годин, а також збільшену частку випромінювання у жовто-червоній області спектру. Однак у цій частині спектр натрієвих ламп вельми обмежений, і вони можуть забезпечити достатніх результатів як у зростанні рослин, і у енергозбереженні на агропромисловому підприємстві. Незважаючи на високу загальну світловіддачу цих світильників і гарний ефект у вирощуванні культур при збільшенні потужності, інтенсивність світла на питомих значеннях, не будучи базовою для рослин, втрачається і навіть може шкодити їм.
Якщовраховувати якість електричної енергії, що постачається до місцевих електромереж, звідки постачаються і теплиці, натрієві лампи мають дуже обмежений спектр застосування. При збільшенні напруги мережі щодо номінального значення потужність і світловий потік цього виду світильників зростають більш ніж лінійно, а при зниженні його відносно номіналу спостерігається зменшення цих двох параметрів. Наприклад, при ослабленні напруги мережі на дозволені 10 відсотків, наприклад до 200 В, світловий потік лампи знизиться на 20-22 відсотки в порівнянні з його величиною при номінальному значенні мережного показника. Навпаки, при напрузі, що перевищує номінал на 10 відсотків, потік світла збільшиться на 23-24 відсотки, а споживана потужність зросте на 27-28 відсотків.
ВДАЛЕ ПОЄДНАННЯ
Більш сучасне рішення для тепличних комплексів – світлодіодні джерела, які працюють навіть у нестабільних мережах, не знижуючи свої ключові показники. Вони поєднують у собі переваги як люмінесцентних, і натрієвих ламп, оскільки характер випромінювання світлодіоду багато чому визначається складом люмінофора, а світловіддача в сучасних моделей сягає 130–150 лм/Вт. У світильник можна закласти світлодіоди з різним спектром, що забезпечить необхідний спектральний склад загального світлового потоку та збереже високу світловіддачу. Така вибіркова досвітка рослини зменшує витрати на електроенергію та підвищує ефективність впливу світла на рослину.
Ще одна важлива перевага світлодіодного освітлення - можливість регулювати як інтенсивність загального світлового потоку, так і зміни спектрального складу за рахунок першого регулювання в різних колірних діапазонах. Цей напрямок роботи - важливий крок у застосуванні світлодіодних світильників.підвищення енергоефективності освітлення та збільшення товарного виробництва у теплиці. Для будь-якого керівника тепличного комплексу приємним доповненням стане низька вартість володіння подібними освітлювальними приладами - їхня світлова віддача значно більша, ніж у аграрного обладнання з натрієвими лампами. При цьому термін служби світлодіодних світильників, зібраних з якісних комплектуючих, перевищує аналогічний параметр ламп високого тиску і може досягати 50 тис. годин.
ЛІНІЇ СВІТЛА
Найбільш суттєвий критерій вибору світлодіодних джерел світла — їхня доступність у різних кольорах, що важливо для зростання та розвитку культур. Можна підібрати комбінацію світлодіодів, що найбільш повно відповідає всім потребам рослин. При цьому коефіцієнт використання світлової енергії у цих світильників може наближатися до одиниці, тоді як у традиційних газорозрядних ламп цей показник не перевищує 0,35.
Ефективність джерела світла можна оцінити за кількістю люменів випромінюваного світлового потоку, що припадають на один ват споживаної ним потужності. Враховуючи той факт, що не всі довжини хвиль клітини рослин сприймають однаково, різні діапазони випромінювання впливають на перебіг процесів фотосинтезу по-різному. Тому використання світильників однієї і тієї ж потужності, але неоднакових за спектральним складом, призводить до діаметрально протилежних результатів. Сільгоспвиробникам слід пам'ятати, що не всі світлодіодні світильники мають однакову ефективність. Фотони різних хвиль мають різну енергоємність. Знаючи це, а також керуючись кривою фотосинтезу, можна зробити певні висновки — важлива не кількість мікромолів на поверхні, а те, з якого спектру воно складається. Чим ближче світлова кривалампи до спектральної кривої фотосинтезу, тим вищий її ККД.
ІДЕЙНЕ ВПЛОЩЕННЯ
Після проведення низки досліджень одна з українських компаній спільно з Інститутом біофізики СВ РАН розробили новий рослинницький світлодіодний опромінювач, спеціально створений для використання в агропромисловому комплексі. Він відрізняється спектром, який найкраще відповідає кривій фотосинтезу. В основу розробки лягла ідея про збільшення ваги рослин салату та коригування його морфологічних характеристик за допомогою світлового обладнання. Експерименти проводили в Інституті біофізики СО РАН, де є спеціальні герметичні камери. Вони були змодельовані всі умови тепличного вирощування салату за всіма параметрами, включаючи просторові характеристики, систему поливу, температурний режим, вологість, концентрацію вуглекислого газу, світлове розміщення. У цих умовах було виконано серію фотобіологічних досліджень щодо підбору спектральних та енергетичних характеристик нової розробки для вирощування рослин салату із заданими фізіологічними нормами. За результатами цих дослідів було сформульовано вимоги до необхідних параметрів світлодіодних опромінювачів. На їх основі створили експериментальну партію обладнання, яке пройшло успішні дослідження в науковій установі та дозволило отримати рослини салату із заданими характеристиками. Надалі нові світлодіодні опромінювачі були випробувані у виробничих тепличних умовах та підтвердили свою фотобіологічну ефективність. При досвічуванні новими світильниками салат виходив щільнішим і жорсткішим, ніж при використанні натрієвих ламп. Також завдяки світлодіодам вдалося значно зменшити витрату електроенергії, оскільки замість 600- та 800-ватних натрієвих лампвикористовувалися світильники потужністю 230 Вт. Наразі нову розробку планується використовувати в одній із теплиць Московської області для вирощування салату у зимовий період.
Текст: А. Тихомиров, проф. Інституту біофізики СВ РАН, Е. Богданов, ТОВ «АтомСвітло», А. Губін, консультант-технолог ТОВ «Весна»