Светодиодное освещение теплиц: процесс производства и установки

Светодиодное освещение теплиц: процесс производства и установки

Для освещения в теплицах, парниках и оранжереях используются несколько видов источников света:

• Обычные лампы накаливания – очень энергозатратный вид освещения. Спектр света, который дают такие светильники, не полностью соответствует потребностям растений. Лампы сильно нагреваются, что может легко привести к ожогу листьев и стеблей.

Лампы накаливания в теплицах

• Люминесцентные светильники – имеют достаточно долгий срок эксплуатации, не нагреваются, недорогие по цене. Но конструкция светильников сложная, они очень требовательны к напряжению в сети. Ртутные лампы (ДРЛ) – применяют чаще всего совместно с натриевыми лампами. Серьезным недостаткам является дороговизна утилизации. Газоразрядные натриевые лампы (ДНаТ и ДНаЗ) – экономичны, высокоэффективны. Но в их спектре практически отсутствует синий цвет.

• Металлогалогенные лампы – излучают световой поток, очень близкий к естественному свету. Довольно дороги, имеют непродолжительный срок службы.

Сложная конструкция металлогалогенной лампы

• Светодиодные светильники – наиболее оптимальный вид источника света для применения в теплицах.

Светодиодное освещение в теплице

Хорошим показателем для сравнения осветительных приборов с различными типами ламп может стать отношение мощности выдаваемого светового потока к потребляемой энергии – светоотдача светильника.

Сравнение различных видов светильников по параметру световой отдачи

Газоразрядные ртутные и натриевые светильники используются в основном в промышленных теплицах. Практически не имеющие серьезных недостатков, светодиоды для освещения растений в теплицах и оранжереях применяются все чаще.

Связанные вопросы и ответы:

Какие типы светодиодных ламп используются в теплицах

Светодиодные лампы не боятся воды, поэтому можно не переживать, если в случае полива, жидкость попадет на их поверхность. Такие приборы не перегреваются, что дает возможность не беспокоиться о повышение необходимой для растительности температуры.

Преобразованные led — устройствами лучи в синем и красном спектре способствуют ускорению развития рассады, бутонизации, цветению и плодоношению. Длина волн способна  практически достигнуть корневой системы растения.

Все лампы данного вида производители изготавливают под различные типы цоколей, а продуманное до мелочей покрытие приборов предотвращает развитие коррозии.

Светодиодные лампы можно приобрести по отдельности, смонтировав для них специальную крепежную систему либо купить уже готовую под это ленту.

Все осветительные устройства представлены на рынке двумя видами:

1. Постоянными.
2. Фотопериодическими.

Последние используют для круглосуточного освещения теплицы, а первые – для продления светового дня, то есть на определенное количество часов.  Их выбор зависит от типа, выращиваемой продукции.

Для того чтобы светодиодные лампы прослужили потребителю не один год, эксперты рекомендуют применять только товары брендовых производителей. К примеру, Philips, Siemens, Legrand, Osram и т. д. Так как светодиоды бывают разных цветовых спектров, для достижения определенных задач их можно объединять. За счет использования ламп, которые излучают отличные длины волн, можно значительно увеличить урожай.

Как светодиодные лампы производятся

Современные технологии изготовления светодиодных ламп позволяют делать действительно качественные лампы. И Россия также может похвастаться своими успехами, ведь она ни на шаг не уступает иностранным производителям. Теперь у россиян есть возможность покупать надежные и качественные источники освещения, которые соответствуют всем международным стандартам, а не скупать импорт из Китая или стран Европы.

Светодиодные лампы, изготовленные в России, отвечают конкретным запросам потребителей, имеют сравнительно небольшую цену и качество, которое не уступает импортным приборам. Производство светодиодных ламп в нашей стране развивается в геометрической прогрессии, и это прекрасно видно на таких тематических выставках как «Электро».

Несколько лет назад в России, для того, чтобы объединить усилия производителей светодиодов и поддержать уровень качества, была организовано партнерство ведущих производителей.

В Москве уже более 15 лет назад инженеры, ученые и специалисты в области оптоэлектроники сформировали Научно-Производственный Центр Оптико-Электронных приборов, или НПЦ «ОПТЭЛ» сокращенно.

Характеристики разрабатываемых этим центром светодиодов впечатляют, их можно увидеть на официальном сайте компании. На ежегодной выставке «Электро» представлена продукция этого центра, а также представители центра участвуют в тематических конференциях, на которых каждый желающий может подробно познакомиться с продукцией и используемыми технологиями.

Производство светодиодных ламп невозможно представить без маломощных моделей. Внедрением и производством продукции такого типа занимается компания из Великого Новгорода ЗАО «Планета-СИД».

Есть много вариантов, благодаря которым можно приобрести светодиодные лампы ЗАО «Планета-СИД». Тут уже предстает выбор, сколько покупать партий вам нужно, какого типа выбрать лампы. Проблем не должно возникнуть, товар пользуется популярностью и у производителя всегда есть в наличии.

Одним из крупнейших изготовителей светотехнической продукции и светодиодов в России является компания ОАО «Протон» из города Орел. Она изготавливает светодиодные приборы маркировки вертолетных площадок и взлетных полос, светильники светодиодные для разных нужд ЖКХ.

Компания «Гельветика Краснодар» специализируется на производстве специальных светодиодных трубок – светодиодов для декоративной подсветки. Их можно использовать в сетевых коробах для подсветки.

Такие светодиодные трубки имеют более ста светодиодов внутри, с мощностью номинальной 25мА. В лампе LU-PC-1W источником света являются достаточно мощные светодиоды. Предназначены такие лампы специально для всех типов освещения.

Какие материалы используются для производства светодиодных ламп

Анализируя различные варианты технологических процессов производства светодиодов, можно прийти к выводу, что определенные операции (монтаж кристаллов, разделение групповых заготовок, герметизация) выполняются при любых конструктивных особенностях продукта, что позволяет применять типовой укрупненный технологический маршрут сборки светодиодов (см. рис. 8).

Операция монтажа кристаллов является критичной для сборки светодиодов. Как правило, монтаж производится на тепло- и токопроводящий клей с последующим отверждением. Затем выполняется визуальный контроль и механический контроль кристаллов на сдвиг. Наиболее технологичным является монтаж перевернутых кристаллов (flip-chip), позволяющий избавиться от операции разварки проволочных выводов. При крупносерийном и массовом производстве кристаллы в виде разрезанных и скрайбированных пластин на липком носителе поступают в кассетах непосредственно на автомат монтажа (см. рис. 9), который получает карту годных кристаллов с участка входного контроля.

Разварка выводов производится при упаковке в корпус кристалла в планарном исполнении. Стандартным методом для разварки выводов светодиодов является метод «шарик-клин» с предварительной установкой шариков под вторую сварку.

Для производства светодиодных светильников используются светодиодные кристаллы высокой мощности, как правило, изготовленные на основе GaN-структур на сапфировых подложках. Свет, испускаемый такими кристаллами, находится в области синего участка спектра, поэтому для получения белого цвета на кристалл наносится слой люминофора. Люминофор может быть как пленочным, предварительно нанесенным на пластину, так и в виде компаунда, в котором основой является оптически прозрачный силиконовый компаунд, а люминофор добавляется в смесь в виде порошка. Люминофорный компаунд полимеризуется в печи, затем формируется линза, либо полость корпуса заливается силиконовым компаундом, аналогичным тому, из которого была приготовлена люминофорная смесь.

Готовые светодиоды отправляют на тестирование и сортируют, после чего они поступают на участок поверхностного монтажа, где светодиоды и элементы схемы управления и электропитания устанавливаются и паяются на плату. Собранная плата устанавливается в светильник, после чего светильники проходят финальные испытания и направляются на склад готовой продукции.

Как светодиодные лампы устанавливаются в теплицах

Для обеспечения дополнительной освещенности в теплицах используют самые различные виды осветительных элементов.

Традиционные лампы накаливания из-за их низкого КПД практически не используются для освещения теплиц, особенно в промышленных масштабах, поэтому даже не стоит рассматривать этот вариант.

Люминесцентные лампы уже довольно давно применяются для дополнительного освещения теплиц и для их установки не нужны какая-либо специальная подготовка. Данные осветительные приборы могут быть смонтированы как в вертикальном, так и горизонтальном положении. Люминесцентные лампы обладают спектром свечения оптимальным для растений, долговечны, не нагреваются при работе, недорого стоят и расходуют мало электроэнергии.

К недостаткам следует отнести низкую светоотдачу, которая зависит от напряжения. При недостаточном напряжении осветительный прибор может вообще не включиться. К тому же такие конструкции достаточно громоздки и в настоящее время все чаще заменяются на более эффективные и компактные источники дополнительного освещения.

Энергосберегающие осветительные элементы просты в применении, поскольку в отличие от люминесцентных ламп они могут быть ввернуты в стандартный патрон. В отличие от ламп дневного света они не требуют дополнительного оборудования и стоят относительно недорого. Подобные элементы освещения подходят для небольших теплиц.

Натриевые лампы в основном применяются большинством промышленных теплиц. Данные элементы освещения обладают спектром, приближенным к натуральному солнечному свету. Они экономичны и имеют длительный срок эксплуатации. К тому же натриевые лампы обладают высокими характеристиками в диапазоне синего и красного излучения.

Зеркальные натриевые элементы освещения были специально разработаны для использования в тепличном хозяйстве. Отражающая зеркальная поверхность ламп имеет высокий КПД, а благодаря вращающемуся цоколю можно направлять поток света в необходимое место. К тому же, с комплектом зеркальной натриевой лампы поставляется специальное пускорегулирующее устройство.

Металлгалогенные лампы по своему световому спектру считаются наиболее подходящими для использования в теплицах. Однако такие элементы освещения стоят достаточно дорого и при этом имеют небольшой срок эксплуатации, который зависит от частоты включения осветительных приборов. При своей компактности металлгалогенные лампы создают довольно мощный поток света.

Светодиодные лампы ил LED-лампы пользуются наибольшей популярностью среди всего разнообразия осветительных приборов . В настоящее время можно купить как отдельные элементы, так и готовые блоки позволяющие обеспечить освещение больших площадей. LED светильники для использования в зимних теплицах представлены приборами типа DS Agro 50 или DS Agro 66, которые в состоянии обеспечить для растений яркий свет, обладают пыле- и влагозащищенным корпусом и специальным покрытием продлевающим срок службы металла.

Что примечательно, LED лампы отличаются низким потреблением электроэнергии и могут давать красный, синий или комбинированный свет. В настоящее время ведутся разработки белых светодиодов, которые будут способны выдавать весь солнечный спектр, что позволить добиться выращивания растений полностью на искусственном освещении.

Какие факторы влияют на эффективность светодиодного освещения теплиц

Лампы типа ДНаТ и ДРИ известны человечеству достаточно давно – с начала прошлого столетия точно. Однако широкого распространения для бытовых целей они не получили. Впрочем, не удивительно: требовали подключения только посредством пусковых аппаратов, создавали сильное мерцание, сильно грелись (температура на поверхности колбы достигает +300°C.
Тем не менее, в 70-80-е годы прошлого века именно они совершили в тепличном растениеводстве переворот, показав высокую фотосинтетическую эффективность благодаря спектральному составу излучаемого света, а также его «пробивной» способности. И это несмотря на то, что лампы хоть стали несколько технологичнее, но не избавились от недостатков – просто с этим «научились жить»:

• Совершеннее стали пускорегулирующие аппараты, сводящие мерцание к минимуму.
• Сами лампы стали надежнее и долговечнее.
• Бороться с сильным разогревом лампы и, как следствие, перегревом воздуха в оранжерее, а также световыми и термическими ожогами растений позволили светильники закрытого типа с охлаждающим контуром, а также просчет минимального безопасного расстояния от лампы до верхушек растений, которое в случае с ДНаТ/ДРИ составляет не менее 50 см в зависимости от мощности лампы.

В спектре ДНаТ преобладают красные лучи, поэтому считается, что такие светильники будут более эффективными для освещения цветущих и плодоносящих культур. Но есть и синие лучи, необходимые в период вегетативного роста, что позволяет использовать ДНаТ на всех этапах жизненного цикла растений. При этом наличие минимально достаточного количества синих лучей с небольшим преобладанием красных в пучке света не тормозит вегетативное развитие, а лишь препятствует чрезмерному вытягиванию растений ввысь, делая их структуру более плотной и приземистой.
В спектре ДРИ резко преобладают «холодные» лучи, поэтому данные лампы применяются для освещения вегетирующих нецветущих растений.
Светильники для ламп ДНаТ/ДРИ, как открытые, так и закрытые, оборудуются светоотражателями-рефлекторами для отражения и равномерного рассеивания отраженного пучка света к растениям, что существенно повышает КПД такого светильника, позволяя применять лампы меньшей мощности и сокращать затраты на электроэнергию.
Дуговые лампы в теплицах подвешиваются сверху над растениями с возможностью регулировки высоты положения – по мере роста растений или по необходимости. Мощность подбирается исходя из планируемой площади освещения, светолюбивости культуры и количества поступающего к растениям естественного света, но, как правило, его очень не много, и в расчетах этим количеством пренебрегают.
При этом нужно учитывать, что двукратное увеличение расстояния между лампой и растениями снижает интенсивность светового потока втрое. Но применять слишком мощную лампу, подвешивая ее слишком высоко и стремясь покрыть ее светом как можно большую площадь нерационально – эффекта не будет. Также не стоит применять несколько «маленьких» ламп ДНаТ на той площади, с освещением которой справится одна среднемощная или мощная лампа, а все потому, что большее число ламп меньшей мощности все равно будут потреблять энергии больше, и намного сильнее будут нагревать воздух, потребует применения более производительных и дорогих вытяжных вентиляторов.

Как выбираются светодиодные лампы для теплиц

Благодаря физическим свойствам светодиодов (СД) светильники на их основе позволяют выращивать различные растения и собирать урожай в местах, где мало солнечного света . Также их можно применять в садах с экзотическими растениями, которые требуют особого освещения. Они дают возможность заниматься разведением растений даже в самых не подходящих для этого местах.

СД дают возможность подобрать спектр света с той длиной волны, которая оказывает самое благоприятное действие на рост и плодоношение растений. Создаются самые благоприятные условия для фотосинтеза, агрокультуры растут быстрее и при этом становятся более здоровыми . Применять такие светильники можно на любой стадии вегетации — цветении, плодоношении. Таким образом, выращивание растений и плодов становится доступным и менее затратным, да и вообще, применение светодиодов в сельском хозяйстве способно принести значительную выгоду, в первую очередь благодаря цветным СД .

Современные СД перекрывают весь видимый диапазон оптического спектра: от красного до фиолетового цвета. Диапазон длин волн излучения СД в красной области спектра составляет от 620 до 635 нм, в оранжевой — от 610 до 620 нм, в желтой — от 585 до 595 нм, в зеленой — от 520 до 535 нм, в голубой — от 465 до 475 нм и в синей — от 450 до 465 нм. Таким образом, составляя комбинации из СД разных цветовых групп, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне . Это обеспечивает особые преимущества для растениеводства, поскольку, в отличие от традиционных источников света, таких как лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГРЛ), СД можно подобрать по спектру излучения под полосы поглощения хлорофилла в растениях. Благодаря определенной длине волны, линейной (до определенных значений) зависимости выхода излучения от протекающего тока, меньшей мощности и, как следствие, снижению потребляемой электроэнергии и выделению меньшего количества тепла, светодиоды содействуют здоровому развитию растений. Они не только являются экономически эффективным решением, но и повышают возможность сельхозпроизводителей контролировать этот процесс.

Как светодиодные лампы влияют на рост растений в теплицах

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.