Светодиоды для электродосвечивания в теплицах

Первые светодиоды появились в начале 60-х годов минувшего века, но их использование в качестве источников света резко возросло только в последнее десятилетие. Светодиодные светильники экономичны, долговечны, экологичны. Динамика их применения настолько интенсивна, что светодиодные осветительные приборы вытесняют традиционные источники света на многих объектах — дорогах, в торговых центрах, производственных цехах, спортивных залах, школах, больницах и т.п. Их энергопотребление в 3-5 раз ниже по сравнению со светильниками на газоразрядных лампах, при одинаковой освещенности на рабочих поверхностях. Световая эффективность светодиодов производства ведущих компаний уже превосходит таковую натриевых ламп высокого давления (НЛВД) минимум в 1,5 раза.

Эффективность излучения светодиодов предлагаемых ООО "Промгидропоника" в светильнике Аgro доходит до 500 мВт и продолжает расти, а предел эффективности НЛВД 350 мВт на 1 Вт потребляемой энергии. Широкому применению светодиодов мешала высокая цена, но сегодня компания ООО "Промгидропоника" поставляет светодиодные светильники практически по ценам светильников с обычными лампами.

Светодиоды позволяют конструировать агросветильники со специальным спектром излучения для увеличения эффективности электродосвечивания растений в защищенном грунте.

Огромный вклад в изучение влияния отдельных участков солнечного спектра на рост растений еще полвека назад внесла известный светофизиолог Нина Николаевна Протасова (1922-2005). В ее работе «Светокультура как способ выявления потенциальной продуктивности растений» даны четкие указания, какие длины волн, в каких пропорциях, с какой энергией и какое количество фотонов дают максимальный результат — гармонично развитое растение и большой урожай. Ниже приведены цитаты из ее работы:

«При использовании специальных ламп в условиях фитотрона были получены урожаи в несколько раз больше, чем в теплицах и в поле, причем за более короткие (почти в 2 раза) сроки».
«Наиболее благоприятна для выращивания светолюбивых растений интенсивность фотосинтетически активной радиации (ФАР) в пределах 150-220 Вт/м2».

Еще в 60-х годах прошлого века было определено, что для нормального роста растений в защищенном грунте с учетом КПД ламп необходимо 300-600 Вт/м2 электроэнергии. Такие мощности в ряде регионов просто недоступны, не говоря уже о стоимости электродосвечивания.

Последние полвека в нашей стране непрерывно вели исследования, подтверждающие преимущества специального красно-синего спектра для досвечивания растений.

1987 год. В лаборатории электрификации защищенного грунта ВНИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) испытывали лампы опытного завода ВНИСИ (разработка института Гиредмет).

В опыте с рассадой огурца сорта Успех, при досвечивании 16 ч/сут, испытывали 6 типов ламп с различным спектром излучения. Установлено, что применение люминесцентных ламп ЛБ-30 со специальным красно-синим спектром для дополнительного облучения рассады огурца позволило сократить расход электроэнергии почти в 2 раза по сравнению с лампами ДРЛ-125.

1993-1995 годы. В лаборатории культуры тканей ННЦ Институт виноградарства и виноелия имени В.Е. Таирова (ИВиВ) Нац иональной академии аграрных наук Украины испытаны специальные люминесцентные лампы красно-синего спектра при выращивании микроклонов винограда различных сортов. Установлено, что интенсивность развития микр оклонов зависит от соотношения полос синей и красной области спектра. Экспериментальные лампы ЛФУ-30 со специ-альными красно-синими люминофорами имели преимущество по сравнению с контрольными лампами (ЛБ-36).

2001 год. В лаборатории цветоводства Московской с.х. академии имени К.А. Тимирязева изучено влияние спектрального состава излучения ламп на развитие рассады цветочных культур. Было отмечено, что в фазе всходов (январь) необходимо избегать нагрева листьев растений. Лампы НЛВД нагревали поверхность сеянцев почти на 2 °С относительно температуры внешней среды, что при включении-выключении ламп негативно сказывалось на состоянии растений и провоцировало заболевание мучнистой росой. При использовании ламп ЛФУ-30 со специальным красно-синим спектром выход сеянцев увеличивался, дальнейшее развитие рассады происходило быстрее, и растения зацветали раньше.

2011 год. В институте фундаментальных проблем биологии РАН исследовали характеристики фотосинтетического аппарата растений в зависимости от спектра излучения базовой лампы ДРЛФ-400 и лампы ЛФУ-30 специального красно-синего спектра. Установлено, что листья растений, выращенных под лампой ЛФУ-30, имели большую плотность и высокое содержание хлорофилла А. Квантовый выход фотосистемы 2 у листьев растений, выращенных под специальной красно-синей лампой ЛФУ-30 выше, чем у растений под контрольной лампой. Таким образом, применение ламп с красно-синим спектром позволило получать растения с лучшими характеристиками фотосинтетического аппарата, высоким содержанием хлорофилла и большей плотностью листьев.

2012 год. В лаборатории искусственного климата Российского государственного аграрного университета (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) исследовали влияние светодиодных светильников компании «Системы освещения КОДО» на растения различных сортов салата. Для проведения эксперимента были оборудованы две теплицы, отличающиеся только по характеру досвечивания. В одной из них досвечивали натриевыми лампами «Рефлакс», в другой — светодиодными светильниками (СИД). Продолжительность досвечивания 18 ч. Светодиодные светильники компании «Системы освещения КОДО» при примерно одинаковом урожае салата обеспечили сокращение потребления электроэнергии почти в 2 раза по сравнению с лампами «Рефлакс».

2013 год. В той же лаборатории РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева исследовали воздействие светодиодных светильников Agro-30 на развитие растений 9 сортов салата. Теплицы, в которых ставили опыты, отличались только по характеру досвечивания: в одной досвечивали натриевыми лампами Рефлакс, в другой — светодиодной системой досветки Agro-30 (рис. 2). Продолжительность досвечивания в январе и феврале составляла 18 ч.

Светодиодные светильники Agro-30 при выращивании салата без потерь в урожае обеспечили сокращение потребления электроэнергии в 3-3,5 раза по срав нению со светильниками «Рефлакс».

В исследованиях по изучению влияния светодиодных светильников Agro-30 на развитие растений базилика для проведения опыта были оборудованы две теплицы. В одной из них досвечивали натриевыми лампами «Рефлакс» с удельной потребляемой мощностью 280 Вт/м2, в другой — светодиодной системой досвечивания Agro-30 с удельной потребляемой мощностью 75 Вт/м2. Продолжительность досвечивания 16 ч.

Фото демонстрирует предварительные результаты эксперимента (на момент подготовки статьи).

Вышеперечисленными экспериментами была подтверждена важность синего и красного света для растений. Свет определенных длин волн и в конкретном соотношении влияет на рост растений, плотность листьев, количественный и качественный состав пигментов, работу фотосинтетического аппарата и, соответственно, на срок вегетации и продуктивность растений.

Компания в светильниках Agro-30 применила накопленные за последние 50 лет знания в своих разработках светодиодов для теплиц. КПД излучения ФАР светодиодного светильника Agro-30 составляет 35-45%, что теоретически в 4-7 раз выше КПД привычных натриевых светильников (реальный КПД светильников с НЛВД по выходу ФАР составляет 3-5%).

На практике, по результатам многочисленных экспериментов, мы убедились, что по разным оценкам при электродосвечивании растений светодиодные светильники в 3-11 раз превосходят светильники с лампами НЛВД по экономии электроэнергии.

В 2009 году компания ООО "Промгидропоника" начала выпускать агросветильники для теплиц. С тех пор в различных сооружениях защищенного грунта уже установлены десятки тысяч таких изделий, проведено большое количество испытаний в условиях производства.

Еще одно преимущество светодиодов для повышения эффективности тепличного производства — возможность применения стеллажных конструкций. Рабочая температура светодиодных светильников Agro-30 для теплиц — 50-60 °С, что позволяет располагать светильники близко к растениям, а растения высаживать несколькими ярусами, для каждого яруса может быть установлена своя система досвечивания на светодиодах.

Как всегда, несмотря на богатый российский и международный опыт и то, что с досвечиванием светильниками Agro-24 с 2009 го да в сотнях частных хозяйств уже выращивали практически все культуры, сотрудникам компании нередко задают вопросы, растут ли под светодиодами растения вообще и огурцы в частности и, что по этому поводу говорят голландцы.

С использованием Agro-30 было проведенно ряд экспериментов с розами, луком, сладким перцем, газонными травами, томатами и огурцами. Благодаря светодиодной продукции «КТЛ» их многолетняя работа воплотилась в конкретные результаты: все культуры теперь быстрее растут, созревают за короткие сроки, а овощи имеют более натуральные вкус, цвет и аромат. В теплице компании «Воля» в Дубне с досвечиванием светодиодами вырастили зеленные культуры, томаты, баклажаны, перцы, огурцы, землянику и др. Подробная информация на сайте компании «Воля».

Демонстрационные опыты со светодиодными светильниками в ООО «Агротип» подтвердили, что зеленные культуры вполне успешно растут при досвечивании светодиодами.

Надо добавить, что агросветильники Agro-30 в эксперименте ООО «Агротип», на 1 м2 освещаемой площади потребляли в 2 раза меньше электроэнергии, чем светодиодные светильники других компаний, участвовавших в эксперименте, и в 3-3,5 раза меньше, чем светильники с НЛВД.

Агросветильники Agro-30 уже почти 4 года работают в теплице ООО «Новая Голландия» под Санкт-Петербургом, где выращивают розы. На небольшом участке со светодиодами при одинаковом урожае затраты электроэнергии были в 9 раз меньше.

Более показателен опыт в ООО «СХП Агроиндустрия» в Оренбурге. В 2011 году там была переоборудована теплица площадью 300 м2 с выделением трех зон по 100 м2 каждая с разным типом досвечивания: участок с освещением лампами «Рефлакс», участок со смешанным освещением лампами «Рефлакс» и светодиодными светильниками Agro-30 и участок только со светодиодными светильниками Agro-30

В зоне с досвечиванием лампами «Рефлакс» удельная потребляемая мощность была 120 Вт/ м2, в смешанной зоне — 78 Вт/м2 (63 Вт/м2 лампы «Рефлакс» + 15 Вт/м2 фитосветильниками Agro-30), в светодиодной зоне были установлены светильники AGRO с удельной мощностью 30 Вт/м2.

Такая освещенность даже в зоне с натриевыми светильниками недостаточна для эффективного выращивания огурца. Тем не менее было решено провести испытания на огурце. Урожай начали снимать уже 15 декабря и получили дополнительную прибыль благодаря поставкам к новогоднему празднику.

Были получены следующие результаты: в зоне смешанного досвечивания зарегистрирована экономия электроэнергии 35% при одинаковом урожае с урожаем в ламповой зоне, что в масштабах производственных теплиц дает значительный экономический эффект.

В светодиодной зоне в силу недостаточной энергии досвечивания (даже с учетом высокого КПД светодиодов) урожай был в полтора раза ниже, но при этом и потребление электроэнергии было в 4 раза меньше по сравнению с НЛВД. Надо отметить, что в ламповой зоне температура воздуха была выше из-за высокой рабочей температуры ламп (400 °С), что тоже сказалось на урожайности в разных зонах.

Перерасчет затраченной электроэнергии на 1 кг полученного урожая дает следующее: эффективность досвечивания огурцов светодиодной системы Agro-30 в 11 с лишним раз выше эффективности досвечивания лампами «Рефлакс».

Опыт подсказывает, что если поднять в ламповой зоне количество светильников до принятых 200 Вт/м2 потребляемой мощности и пропорционально поднять его в светодиодной зоне до 50 Вт/м2, а также уровнять температурные режимы, то простым подсчетом получим, что урожаи практически сравняются при экономии электроэнергии в светодиодной зоне в 4 раза по сравнению с ламповой. Но для улучшения показателей компания рекомендует ставить светодиодные светильники Agro-30 с удельной потребляемой мощностью в 3 раза меньше, чем понадобилось бы для светильников с НЛВД, т.е. 75 Вт/м2.

Относительно того, что говорят голландцы. Сегодня уже по всему миру работают тепличные комплексы с электродосвечиванием светодиодами — в Голландии, Норвегии, Америке, Японии, даже в Украине под городом Умань уже 2 года эксплуатируют теплицу с досвечиванием растений светодиодными светильниками. Везде наблюдается сокращение сроков созревания, снижение затрат на электроэнергию, увеличение урожайности и улучшение качества продукции.

Таким образом, уже сегодня применение светодиодных светильников может обеспечить тепличным комбинатам экономию электроэнергии минимум в 3 раза. При практически сравнявшейся цене на светодиодную систему досвечивания Agro-30 и светильники с НЛВД постепенно начинается массовое переоснащение существующих теплиц.

Дополнительный экономический эффект от применения светодиодов более значителен при проектировании новых тепличных комплексов. Для досвечивания понадобится в 3 раза меньше электроэнергии и, соответственно, в 3 раза меньше средств на подключение необходимых мощностей. Средств, сэкономленных на закупке электрических мощностей, вполне хватит на приобретение светодиодной системы электродосвечивания, а значит, уже до начала эксплуатации теплицы инвестиции окупятся, далее она будет в 3 раза более экономичной по потреблению электричества за те же деньги, которые понадобились бы при постройке теплицы с обычной системой электродосвечивания.

Кроме экономии электроэнергии светодиоды упрощают регулирование микроклимата в теплицах, способствуют активному развитию растений и улучшению качества продукции.

Таким образом, светодиодные фитосветильники Agro-30 имеют целый ряд преимуществ по сравнению с применяемыми сегодня технологиями электродосвечивания на объектах защищенного грунта.

Основатели компании и основной инженерный состав — выпускники Московского института электронной техники (МИЭТ), ныне Государственный исследовательский университет МИЭТ, инженеры-физики, работающие по своей основной специальности — физика и технология производства полупроводниковых устройств, в том числе светодиодов.

Разработанные инженерами светодиоды по техническим характеристикам превосходят большинство роизводимых в стране и импортируемых, а некоторые модели светодиодов до сих пор не имеют аналогов в мире. Это относится и к cветодиодам для светодиодных светильников, предназначенных для досвечивания растений на объектах защищенного грунта.