Энергосберегающее решение для теплиц: внедрение светодиодного освещения

Энергосберегающее решение для теплиц: внедрение светодиодного освещения

Чтобы искусственное освещение в теплице было максимально эффективным, нужно учитывать, что у каждой культуры своя потребность в свете, а на результат влияет не только количество света, но и цвет освещения.

Так, овощи и цветы нуждаются в красных и синих лампах, для цветущих растений из категории декоративных оптимален фиолетовый свет, усиливающий окраску их лепестков, а вот для выращивания рассады специалисты рекомендуют применять оранжевые лампы.

Желтые лампы в теплицах использовать не стоит, поскольку они не способствуют нормальному развитию растений и часто вызывают деформации листьев и побегов.

Для получения хорошего урожая надо:

1. Использовать для обшивки парников прозрачные или полупрозрачные материалы, которые не будут препятствовать проникновению солнечных лучей. Солнце жизненно необходимо растениям, и полностью заменить его искусственным освещением не получится.
2. Располагать лампы подсветки на расстоянии около полуметра от верхних листьев. Если же растениям при таком размещении не будет хватать света, можно попробовать пустить светильники ниже, а при избытке – поднять.
3. Применять лампы разного цвета и использовать их поочередно. Оптимальное решение – сочетание синей подсветки и инфракрасного освещения.
4. При необходимости устанавливать светоотражатели – они могут быть заводскими или самодельными (экраны из фольги).

Подбор оборудования

При выборе ламп для подсветки грядок в теплицах нужно учитывать их:

• мощность;
• световой спектр;
• материалы, использованные при производстве, – они должны иметь высокую коррозионную стойкость, чтобы выдержать повышенную влажность.

Кабельные линии

Чтобы избежать замыканий, в небольших теплицах лучше прокладывать воздушные кабельные линии. Если же речь идет о промышленных объектах крупных агрохолдингов, где парники используются круглогодично, для прокладки кабеля следует задействовать специальные лотки, которые обычно интегрируются в конструктивные элементы. А для управления подсветкой рекомендуется применять автоматику – она будет контролировать и длительность, и интенсивность освещения.

Особое внимание при монтаже систем электропитания нужно уделять проверке качества изоляции кабелей. В теплицах повышенная влажность и даже незначительное повреждение изоляционного слоя может привести к замыканию и возгоранию.

Связанные вопросы и ответы:

Какие преимущества имеет внедрение светодиодного освещения в теплицах

У металлогалогенных, люминесцентных и натриевых светильников КПД приближается к 70%, тогда как у светодиодных этот показатель составляет 95%.

По световой отдаче на сегодня лидируют LED-светильники и светильники с натриевыми лампами, светоотдача которых превышает 100 лм/Вт. Однако если ресурсы повышения светоотдачи натриевых ламп практически исчерпаны, то светоотдача светодиодных источников света повышается год от года.

Светодиодные светильники имеют самый продолжительный срок эксплуатации. Он приближается к сроку работы диодов — 50 000 часов. На втором месте натриевые лампы (16 000-24 000). Менее долговечны металлогалогенные аналоги (6 000-10 000).

Что касается недостатков, то у светодиодных светильников — это высокая стоимость; у светильников с натриевыми лампами — не оптимальный, в сравнении со светодиодами, спектр, с металлогалогенными — стоимость и относительно низкий срок службы.

Наглядное сравнение основных характеристик различных видов ламп показывает — светодиодные светильники для теплиц обладают весомыми преимуществами. Они превосходят традиционные лампы и при этом могут использоваться в пыльной и влажной среде.

Достоинства светодиодного освещения очевидны, но остается проблема выбора между самими LED-светильниками. На современном светотехническом рынке наблюдается острый дефицит качественной и надежной продукции, которая практически доказала свои преимущества перед традиционными лампами (прежде всего, перед лампами ДНаТ). Профессиональные тепличники знают — только практика позволяет подобрать светильники с оптимальным сочетанием спектрального состава излучения, мощности и энергопотребления.

Как светодиоды влияют на рост растений в теплицах

Революционность использования LEDосвещения теплиц не столько в повышении урожайности и экономии энергии, а скорее в возможности изменения свойств растений. Традиционные светильники имеют заведомо жестко заданный вариант светового спектра, в полной мере не нужный или даже вредный для фотосинтеза растений (у одних ламп эта радуга состоит из «широких мазков», у других — из «узких» (длина волны), но набор цветов, как правило, неизменен). Светодиодный же кристалл способен испускать определенную длину волны, то есть конкретную полоску спектра. С развитием полупроводников стало возможно продуцировать разные длины волн и, соответственно, регулировать чистоту цвета до десятков нанометров в самом широком диапазоне — от инфракрасного до ультрафиолетового. «Главное, теперь цвета спектра можно комбинировать, как в конструкторе, а это открывает головокружительные перспективы перед растениеводством, — не скрывает вдохновения заведующий кафедрой физиологии растений РГАУ МСХА имени К. А. Тимирязева, доктор биологических наук Иван Тараканов . — У нас впервые появляется инструмент, который позволит нам намного быстрее в чистом виде получить новые заданные свойства растений при фотосинтезе — от органолептических до химических. Можно менять вкусовые качества, цвет и форму, регулировать витаминный состав, подбирая разные комбинации спектра». Это в МСХА имени Тимирязева уже доказали в ходе практических опытов в экспериментальных тепличных установках на некоторых культурах. «Фотосинтез происходит в основном в разных комбинациях красного и синего спектров и в разное время вегетации. Это сложный, многоступенчатый химический процесс, на разных стадиях которого образуются те или иные соединения, определяющие качество плодов, — поясняет Иван Тараканов. — За счет одной комбинации спектра нам удалось в определенный период жизни растения сначала увеличить биомассу, вес плода, а потом сменить спектр — и усилить вкус, витаминный состав. Эксперименты проводились на салатах, огурцах, томатах и других культурах. К примеру, редис при одном спектре освещения дал только ботву, при другом — меньший стебель, но крупный корнеплод. Сейчас в МСХА продолжают исследовать влияние светодиодов на рост и свойства растений благодаря полученному в прошлом году гранту Российского научного фонда. Проект «Фоторегуляция морфогенеза и продукционного процесса растений в условиях интенсивного культивирования» будет иметь прикладное значение для бизнеса. «В этой работе уже есть элементы ноу-хау, о которых не могу говорить. Но речь идет как раз о создании “спектральных рецептов” регулирования роста и развития растений: когда надо ускорить фотосинтез, когда притормозить и так далее». Подобные научные разработки в мире ведут в основном R&D-подразделения ведущих производителей тепличных осветителей. Так же, как и аграрии, они опасаются проронить лишнее слово при обмене опытом, который тоже оформился сравнительно недавно. «Зарубежные компании неохотно обнародуют свои исследования, что затрудняет информированность ученых и бизнеса по этой теме. И это понятно, поскольку разработки стратегические, — говорит президент ассоциации “Теплицы России” Наталия Рогова . — Поэтому мы последние несколько лет активно проводим конференции с участием ведущих разработчиков LED-технологий для агросектора, что дает результаты: конструктивный прямой обмен опытом постепенно налаживается».

Какие факторы необходимо учитывать при выборе светодиодных светильников для теплиц

Мощность светильников подбирают, исходя из площади теплицы. По нормам технологического проектирования теплиц для рассады и выращивания зелени облученность должна быть не менее 25 Вт/м2, для овощных культур в стадии плодоношения и цветов – не менее  70 Вт/м2. Оптимальные значения для большинства культур составляют 80-160 Вт/м2.

Мощность светодиодных светильников для растений

Спектр светильников и ламп подбирают, исходя из выращиваемых в теплице культур. Для рассады, ранней зелени и выгонки цветов предпочтительнее лампы с увеличенной составляющей синего света и мягкого ультрафиолета. Для выращивания ягод и овощей подходят лампы с соотношением красного и синего от 4:1 до 8:1.

Светильник для рассады с увеличенной синей составляющей

Еще один важный параметр – угол освещения. Он может составлять 60, 90, 120 градусов. Светильники с углом 60 градусов подходят для направленного освещения, их обычно устанавливают над стеллажами на малой высоте. Угол 90 и 120 градусов позволяет получить более рассеянный свет, такие светильники подвешивают к потолку на цепях или кронштейнах.

Расположение светильников на кронштейнах при общей подсветке

Размещение светильников в теплице

Обзор моделей LED-светильников

Ассортиментдостаточно велик. В таблице представлены несколько моделей, предназначенных для разных типов растений.

Таблица 1. Обзор LED-светильников для теплиц.

LED-ФИТО-45/RS	Мощность – 45 Вт; PAR – 100 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 8%, 660 нм – 46%, 450 нм – 46%; срок службы – 100000 часов.	Для выращивания пряной зелени, лука, салатов, капусты, выгонки цветов. Освещаемая площадь – до 2 м2.
LED-ФИТО-168/RS	Мощность – 180 Вт; PAR – 400 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 8%, 660 нм – 46%, 450 нм – 46%; срок службы – 100000 часов.	Для выращивания пряной зелени, лука, салатов, капусты, выгонки цветов. Освещаемая площадь – до 7,2 м2.
LED-ФИТО-45/UN	Мощность – 45 Вт; PAR – 100 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 13%, 660 нм – 62%, 450 нм – 25%; срок службы – 100000 часов.	Для томатов, перцев, баклажанов, огурцов и других овощей в период активного плодоношения. Освещаемая площадь – до 2 м2.
LED-ФИТО-168/UN	Мощность – 180 Вт; PAR – 400 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 13%, 660 нм – 62%, 450 нм – 25%; срок службы – 100000 часов.	Для томатов, перцев, баклажанов, огурцов и других овощей в период активного плодоношения. Освещаемая площадь – до 7,2 м2.
LED-ФИТО-42/VR	Мощность – 45 Вт; PAR – 100 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 13%, 660 нм – 25%, 450 нм – 62%; срок службы – 100000 часов.	Для выращивания рассады, саженцев, салатов. Освещаемая площадь – до 2 м2.
LED-ФИТО-168/VR	Мощность – 180 Вт; PAR – 400 µmol/m2·s; угол освещения – 120 градусов; спектр 730 нм – 13%, 660 нм – 25%, 450 нм – 62%; срок службы – 100000 часов.	Для выращивания рассады, саженцев, салатов. Освещаемая площадь – до 7,2 м2.

Как светодиоды влияют на энергопотребление теплиц

Освещение теплиц светодиодами не зря приобретает все большую популярность.

У светодиодных фитосветильников масса достоинств перед другими видами освещения:

• Качественные изделия испускают световые волны строго определенной длины.
• Выбор мощности светодиодных ламп позволяет устраивать различную степень освещенности теплицы. Использовать такие источники света можно в качестве основного освещения или дополнительной подсветки растений в теплицах.
• Значительная экономия света, а значит – снижение затрат на его оплату. Светодиодные лампы потребляют меньше энергии, чем газоразрядные лампы.
• Соответственно, снижается себестоимость производимой продукции.
• Малый нагрев конструкции светильника позволяет располагать его очень близко к растениям без опасности ожогов для них. Максимально полезное использование светового потока достигается при угле светового луча 60 – 120 градусов. При выращивании низкорослых растений в теплице можно располагать несколько ярусов по высоте.
• Не происходит пересушивания почвы от нагрева светодиодным источником света, следовательно, снижается необходимое количество поливов.
• Для работы светодиодных ламп не требуется высокое напряжение. Более того, они не боятся его перепадов.
• Любые элементы в светильниках можно легко заменить, они ремонтопригодны.
• Срок службы светодиодов больше, чем у других видов ламп. Примерный срок эксплуатации их составляет 50 000 часов.
• Экологически чистый вид источников света.

Какие типы растений наиболее подходят для использования светодиодного освещения

Рынок предлагает широкий ассортимент светодиодных светильников для выращивания растений и лампочек для выращивания растений. Выбор типа лампы для выращивания растений будет зависеть от ряда факторов. Мощность и спектр являются двумя наиболее важными факторами, которые следует учитывать. Существуют следующие типы лучших светодиодных светильников для выращивания растений:

Лампа Спектр

Разные температуры по-разному влияют на растения в зависимости от цветовой температуры воздуха. В идеале растения на вегетативной стадии должны подвергаться воздействию синего или ярко-белого света в диапазоне 5000 К. Это позволит сохранить их невысокими и густыми.

Мощность лампы

Требуемая мощность будет зависеть от размера вашей палатки, покрытия растений и типа освещения. Последний момент чрезвычайно важно иметь в виду, поскольку не вся мощность света одинакова. Светоотдача HID мощностью 200 Вт намного выше, чем у КЛЛ мощностью 200 Вт.

Двусторонние лампочки для выращивания растений

Вы можете максимизировать отдачу от установки HID-светильника, используя двуцокольные лампы, которые потребляют меньше энергии. Они подключаются к светильнику с обеих сторон, в отличие от ламп SE. Они обеспечивают более эффективное и полезное освещение благодаря своему принципу работы.

Одноцокольные лампочки для выращивания растений

Двусторонние лампы, вероятно, будут более эффективными и мощными на больших площадях выращивания. Альтернативно, если у вас ограниченное пространство или вы новичок, используйте лампочку SE. Для небольших помещений они вполне подходят, так как представляют меньший риск ожога растений.

Компактные люминесцентные лампы

Новички предпочитают КЛЛ из-за их доступных затрат на запуск. Поскольку это обычные домашние осветительные приборы, большинство производителей с ними уже знакомы. Однако в таких светильниках обычно слишком мало ватт, поэтому вам необходимо покупать КЛЛ мощностью не менее 24 Вт.

Люминесцентные лампы (Т2, Т5, Т8)

Люминесцентная лампа — отличный вариант для производителей, которым требуется свет более высокой интенсивности, чем у КЛЛ, но которые не могут позволить себе высоту и инвестиционные требования, связанные с другими лампами. Вы можете разместить эти светильники намного ближе к кроне ваших растений, что делает их идеальными для размножения.

Как светодиоды влияют на микроклимат в теплицах

Освещение в теплице представляет собой систему осветительных приборов, которые подбираются с учётом цветовой температуры и мощности. Такая система необходима в том случае, если вы нацелены на круглогодичное выращивание плодоовощных культур. Для сезонного урожая вполне достаточно естественного солнечного света.

Естественный или искусственный свет в теплице – это источник энергии для роста растений. Попадая на поверхность листьев, фотоны лучей запускают биохимическую реакцию – фотосинтез, в результате которой начинается развитие корневой системы и стеблей. Дефицит света может привести к:

• вытягиванию и истончению черенков;
• деформации листьев, их хрупкости и ломкости;
• замедлению роста;
• появлению жёлтых пятен на стеблях и плодах.

Освещение для зимних теплиц должно быть организовано с учётом следующих правил:

• продолжительность работы осветительных приборов – не менее 12-15 часов в сутки;
• растения должны "отдыхать" от воздействия света не менее 6 часов;
• для плодовых культур необходимо больше света, чем для зелени;
• световой поток должен распределяться равномерно, для правильного рассеивания и фокусировки света следует использовать рефлекторы.

Важно отметить, что северным растениям – капусте, луку, огурцам, корнеплодам – необходим длинный световой день (не менее 12 часов). Теплолюбивым культурам – томатам, перцу, кабачкам, баклажанам, фасоли – достаточно 10 часов, но с максимальной интенсивностью светового потока.

Источник света следует размещать на расстоянии полуметра от верхних листьев. Если при этом культура плохо развивается, можно попробовать изменить положение светильника, опустив его ниже.

Какие проблемы могут возникнуть при внедрении светодиодного освещения в теплицах

• до начала всех работ составляется план электрической сети и проводки внутри и снаружи теплицы. Он необходим и для предварительного расчёта потребления энергии, и для уточнения суммы монтажа, и для учёта возможных сложностей установки иллюминации;
• кабель к тепличному помещению проводится под землёй или по навесным опорам. Для подземного варианта необходимо покупать специальный кабель с дополнительным защитным экраном;
• для обеспечения предельной безопасности электромонтажа и эксплуатации света проводка внутри теплицы должна быть заземлённой;
• кабели для питания и проводки должны иметь 20% запас пропускной мощности, чтобы он не перегревался во время пускового толчка и непредвиденного повышения напряжения;
• провода внутри помещения следует прокладывать по электротехнической гофре, обеспечивающей изоляцию от влаги и механического повреждения;
• питание к теплице должно быть подведено через распределительный щиток с рубильником. Это необходимо для возможности быстро и безопасно обесточить всю сеть;
• при оборудовании освещения в теплице необходимо строго соблюдать правила пожарной безопасности и проведения электротехнических работ. При подборе, прокладке и соединении проводов следует учитывать высокую влажность внутри помещения. Нормам влагоустойчивости также должно соответствовать оборудование, входящее в сеть: распределительные коробки, соединительные устройства, выключатели, светильники и т.д.

Как светодиоды влияют на урожайность растений в теплицах

Ньюмен рассказал, что он приветствовал следующий этап своей карьеры как возможность узнать больше о работе со светодиодными светильниками и приступил к изучению темы «Что мы можем оптимизировать в цветоводстве, чтобы ускорить его производство?» Ньюмен подчеркнул, что он уже изучил ряд установок тепличных культур, и описал один комплект тестов, в частности, который напрямую сравнивал светодиодное освещение мощностью 600 Вт с освещением HPS мощностью 1000 Вт. Он уточнил, что освещение HPS обеспечивает PAR (фотосинтетически активное излучение) -полосное PPFD (плотность фотосинтетического фотона) 65 мкмоль / м2 / сек по сравнению с 84 мкмоль / м2 / сек для светодиодного освещения - с такими переменными, как высота скамьи, температура, и включение / выключения постоянного освещения. Ньюмен проводил измерения ночью, чтобы гарантировать, что уровни PPFD были бы точными, только с защитным светом, обеспечивающим диапазон 0,47 мкмоль / м2 / сек при рассеянном свете.

Изученный сорт растения был разновидностью бегонии Bada Bing Scarlet. Ньюмен выставил рядом фотографии растений, выращенных без дополнительного освещения, с дополнительным освещением HPS и со светодиодным дополнительным освещением. Растение, которое выращивалось при свете HPS, было значительно меньше, чем два других. Ньюмен классифицировал это как страдание от «задержки роста». Он сказал, что не может точно объяснить негативное влияние осветителя, но предположил, что оно могло быть связано с спектральным распределением мощности (SPD) освещения HPS.

Растения, выращенные без дополнительного освещения и под светодиодами, оказались примерно одинаковыми по высоте. Но растения, выращенные под светодиодным освещением, оказались более плотными.

РИС. 2. Питер Барбер из SETi объяснил, как УФ-освещение может влиять на производство вторичных метаболитов в растениях, изменяя вкус и другие качества.

Затем Ньюмен показал похожие фотографии петунии TriTunia Pink Veined petunias (рис.1). В этом случае растение, выращенное без дополнительного освещения, было явно выше, чем у росшего под светодиодным освещением, но Ньюмен предостерег, что требуется более пристальный взгляд на данные растения. Ньюмен показал, что компактность растения, выращенного под светодиодным освещением, по сравнению с недостаточной жесткостью растения, выращенного без дополнительного освещения, означает, что более компактное растение с большей вероятностью переживет перемещение через все перипетии крупной розничной торговли, чтобы быть успешно пересаженным в сад потребителя. Между тем, растение, выращенное под HPS, не имело явного цветения, тогда как у двух других было хорошее цветение.