СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТ ДЛЯ ТЕПЛИЦ

Компромиссными недостатками, с которыми приходилось мириться исходя из экономических факторов, были и остаются:

Как результат, снижение качества продукции по сравнению с естественным освещением. В некоторых случаях для обеспечения полного цикла развития растений требовалось добавление источников света с синими составляющими света (гибридные установки с добавлением люминисцентных ламп, ДРиЗ и т.п).

Для огурцов длительное облучение красным светом вообще становится губительным. Гибридные (смешанные) осветительные установки имели значительно более высокую цену на оборудование и низкую надежность;

Следует отметить, что на начало 2010-х годов светодиодные источники света также обладали высоким и сопоставимым с НЛВД ФФП. Помимо этого они обладали высоким КПД, могли обеспечить состав спектра близкий к естественному освещению, не имели серьезных технических недостатков. Но в начале рассматриваемого периода цена светодиодных излучателей была непомерно высокой для целей тепличной досветки. Также на тот момент вопрос применения светодиодов в теплицах был слабо изучен.

А уже в 2015 широкое распространение (в основном за рубежом) получили теплицы с полностью светодиодной досветкой [4, 7-12] для всего ряда выращиваемых в теплицах культур (от салата до помидор). Эффективность по уровню ФФП используемых светодиодных светильников достигла 2.7 мкмоль/Дж - это существенно превышает аналогичный параметр для НЛВД.

Логично, что растения в силу своего эволюционного развития приспособлены лучшим образом к естественному солнечному свету.

Современные белые светодиоды способны излучать в области ФАР свет, близкий по спектральному составу к солнечному.

При этом возможна регуляция в определенных пределах пропорционального состава синих, зеленых и красных спектральных составляющих;

Растения развиваются быстрее, достигая товарного состояния за более короткое время. Тем самым повышается выход товарной продукции с 1 м2;

Как следствие имеет место быть значительная экономия не только на цене за электричество, но и на снижении затрат на инфраструктуру генерирующих мощностей, на снижении потерь в токопроводящих сетях;

Возможно снижение транспирации растений, что в свою очередь приводит к существенной экономии тепловой энергии [8];

Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы и выделить некоторые соотношения:

- в одинаковых условиях для получения одинакового объема урожая от светодиодной досветки требуется меньший уровень ФФП (в 1.4-1.8 раз). Во многом это обусловлено тем, что энергия фотонов зависит от длины волны. В синей области спектра энергия фотонов больше чем в красной. Разница энергий на границах ФАР составляет 2 раза;

- межрядная досветка в сочетании со светильниками верхнего света с широкой кривой силы света (КСС) практически не дает положительного эффекта. Так например, в [8] для досветки томатов применялся верхний светодиодный свет мощностью 104 мкмоль/м2хсек в сочетении с межрядной светодиодной досветкой мощностью 106 мкмоль/м2хсек. Причем межрядная досветка использовалась в течении нескольких часов каждое утро в течении всего лета, за исключением очень жарких дней. Такой вид досветки может быть с успехом заменен светодиодными светильниками только верхнего света с широкой КСС и мощностью 130 мкмоль/м2хсек. Это существенным образом упрощает и удешевляет осветительную установку;

- определяющим параметром эффективности осветительной установки является «интеграл дневного света» (DLI) [13]. Он означает какое количество фотонов попадает на 1 м2 выращиваемой культуры в течении дня (моль/м2/день). Этот параметр зависит как от мощности установки, так и от длительности ее работы, что очень важно для формирования тактики использования осветительной установки.

При этом рекомендовались следующие уровни дополнительного освещения:

.

Досветка светильниками НЛВД.

Светодиодные светильники обладают гораздо большей эффективностью, низким тепловыделением и качественным составом спектра. Такое принципиальное изменение осветительных установок позволяет применить более эффективный способ досветки – непрерывное с утра до вечера облучение меньшей мощностью в сочетании с максимально допустимым фотосинтезным периодом (см. рисунок 2). Конечный результат – достижение необходимого уровня DLI меньшими затратами.

Важный вывод. Светодиодные осветительные установки не только могут, но и должны иметь по сравнению с НЛВД гораздо меньшее энергопотребление. Этот постулат, в свою очередь, приводит к следующему выводу: применение светодиодов значительно снижает стоимость всей осветительной установки. Качество продукции при этом будет выгодно отличается в лучшую сторону.

На текущий момент произведена оптимизация тепличных светильников серии ЭЛ-008МТ.

В состав этой серии вошли светильники с номинальными мощностями от 60 до 240 Вт.:

При расчетах экономической эффективности от применения светодиодных установок следует учитывать не только цены на светильники и экономию электроэнергии за счет пониженного энергопотребления светодиодов. В расчет необходимо включать стоимость генерации (в частности, стоимость газотурбинной установки). Это справедливо, поскольку светодиодные установки потребляют значительно меньшие мощности и, соответственно, мощность электрогенераторов также требуется значительно меньше. Учет этого факта приводит к существенной экономии средств при развертывании теплиц с нулевого цикла.

Проведем сравнительный экономический анализ четырех осветительных установок на следующем примере [3].

Исходные параметры:

- общая расчетная площадь 20 га. Размер стандартных секций 6.4м х 81м (518.4 м2);

- получение электрической и тепловой энергии с помощью газотурбинной установки. Цена установки мощностью от 5 до 15 МВт – 50000 руб/кВт, мощностью 20-30 МВт – 40000 руб/кВт. Себестоимость 1 кВт электроэнергии 1.5 руб;

- 1-я установка: на базе светильников с электронным ПРА ЖСП 64-600-002Р/380В с лампами ДНаЗ супер/Reflux S 600/400В. Обслуживаемая площадь одним светильником 4.9 м2, потребляемая мощность 630 Вт, широкая КСС, уровень ФФП новой лампы 1120 мкмоль/сек (228 мкмоль/м2хсек), эффективность 1.77 мкмоль/Дж, цена 7774 руб (в том числе цена лампы 1809 руб);

- 2-я установка: на базе светодиодных светильников ЭЛ-008М-240 от ООО «ЭНОВА Лайт». Обслуживаемая площадь одним светильником 4.9 м2, потребляемая мощность 240 Вт, широкая КСС, уровень ФФП 720 мкмоль/сек (145 мкмоль/м2хсек), эффективность 3.0 мкмоль/Дж, цена 18000 руб;

- 3-я установка: на базе светодиодных светильников ЭЛ-008М-180 от ООО «ЭНОВА Лайт». Обслуживаемая площадь одним светильником 4.9 м2, потребляемая мощность 180 Вт, широкая КСС, уровень ФФП 540 мкмоль/сек (110 мкмоль/м2хсек), эффективность 3.0 мкмоль/Дж, цена 13500 руб.

Результаты анализа приведены в табл. 2:

*Пояснения к таблице №2:

- в строке 1 указано количество светильников, необходимое для покрытия 20 га теплиц;

- в строке 2 указана общая потребляемая мощность светильников, ук. в строке 1;

- в строке 3 указана требуемая мощность электроустановки и ее цена;

- в строке 4 указана цена светильников, указанных в строке 1;

- в строке 5 указана суммарная цена всех светильников и электроустановки (стр.4+стр.3);

- ВАЖНО! В строке 6 указано насколько светодиодная установка дешевле установки на НЛВД;

- строки 7-9 содержат информацию о потреблении установок при различной длительности досветки и цене за год;

- строки 10-12 содержат информацию о снижении затрат при внедрении светодиодов за 1,2 и 3 года

соответственно.

ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР

Как правило при покупке светодиодных светильников заказчики уделяют внимание в основном цене, потребляемой и полезной излучаемой мощности. Такие характеристики как, срок службы до 10 лет и гарантия до 5 лет стали уже классическими и воспринимаются как само собой разумеющееся. На самом деле большинство производителей только декларируют такие значения и не обеспечивают их на практике. Подавляющее число светильников страдают такими недостатками, как низкая надежность и срок службы источников питания, перегрев светодиодов и плохая герметичность оптического блока.