Светодиодное освещение в теплицах: экономия и эффективность

Светодиодное освещение в теплицах: экономия и эффективность

В начале года российская группа компаний «Агроинвест» холдинга «Мое лето» ввела в строй четвертую очередь своей и без того крупнейшей в мире теплицы со светодиодным освещением. Эта революционная технология в светокультуре растений появилась сравнительно недавно, после того как впервые удалось получить светодиоды, в разы повышающие урожайность растений при экономии электроэнергии почти наполовину. В мире несколько сотен тепличных компаний рискнули использовать светодиодное освещение в теплицах большой площади, экономическая эффективность применения их в промышленных масштабах пока неочевидна. Из российских аграриев лишь единицы решились на эксперимент. Зато с азартом подключились к нему отечественные ученые и доказали, что агрономам LED-освещение сулит куда более головокружительные перспективы, чем просто высокую урожайность. С помощью подбора «спектральных рецептов» можно задавать новые качества растений, улучшая их форму, цвет, вкус и даже витаминный состав. На основе этих разработок крупнейший российский производитель светодиодных светильников холдинг «БЛ групп» в прошлом году вывел на рынок собственные уникальные LED-излучатели и планирует выйти с ними на рынок Европы. Несмотря на рискованность светодиодных технологий в тепличном хозяйстве, эксперты уверены, что их совершенствование позволит значительно удешевить производство овощей и зелени, особенно при использовании их в вертикальных фермах в крупных городах.

Связанные вопросы и ответы:

Какие преимущества имеет светодиодное освещение теплиц по сравнению с традиционными источниками света

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 могут влиять на рост растений в теплицах

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.

Могут ли светодиоды помочь увеличить урожайность 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.

Как светодиоды могут помочь экономить энергию в теплицах

Для обеспечения дополнительного освещения в теплицах используют различные типы осветительных элементов.

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

Люминесцентные лампы уже давно применяются для дополнительного освещения теплиц, и их установка не требует специальной подготовки. Данные осветительные приборы могут монтироваться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Люминесцентные лампы имеют оптимальный для растений спектр освещения, долговечны, не нагреваются при работе, недорогие и потребляют мало электроэнергии.

К недостаткам можно отнести низкую светоотдачу, которая зависит от напряжения. При низком напряжении осветительный прибор вообще не запустится. Кроме того, эти конструкции достаточно громоздки и в настоящее время все чаще заменяются более эффективными и компактными источниками дополнительного освещения.

Энергосберегающие элементы освещения просты в использовании, так как в отличие от люминесцентных ламп их можно вкрутить в стандартный патрон. В отличие от люминесцентных ламп они не требуют дополнительного оборудования и относительно недороги. Такие элементы освещения подходят для небольших теплиц.

Натриевые лампы в основном используются в большинстве промышленных теплиц. Эти осветительные элементы имеют спектр, близкий к естественному солнечному свету. Они экономичны и имеют долгий срок службы. К тому же натриевые лампы обладают высокими показателями в диапазоне синего и красного света.

Зеркальные натриевые лампы были специально разработаны для использования в теплицах. Отражающая зеркальная поверхность светильника обладает высокой эффективностью, а благодаря вращающемуся основанию можно направить поток света в нужное место. Кроме того, в комплекте с зеркальными натриевыми лампами идет специальный пускорегулирующий аппарат.

Металлогенная лампа по своему световому спектру считается наиболее подходящей для использования в теплицах. Однако такие осветительные элементы достаточно дорогие и имеют небольшой срок службы, который зависит от частоты включения осветительных приборов. Благодаря своей компактности металлогенные лампочки производят очень мощный поток света.

Светодиодные лампы или led-лампы являются самыми популярными среди всего многообразия осветительных приборов. В настоящее время вы можете купить как отдельные предметы, так и блоки, позволяющие освещать большие площади. Светодиодные лампы для использования в теплицах представлены приборами типа ДС 50, ДС Агро или Агро 66, которые способны обеспечить растения ярким светом, имеют пыле- и влагозащищенный корпус, и специальное покрытие, предназначенное для продления срока службы металла.

Примечательно, что светодиодные лампы отличаются низким энергопотреблением и могут давать красный, синий или комбинированный свет. В настоящее время ведется разработка белых светодиодов, которые способны отдавать весь солнечный спектр, что позволяет выращивать растения полностью на искусственном освещении.

Какие типы растений наиболее подходят для использования светодиодного освещения в теплицах

В недавнем прошлом для освещения теплиц в основном использовали газоразрядные лампы. Спектр натриевых ламп высокого давления ДНаТ и ДНаЗ содержит преимущественно красную составляющую, что полезно для растений в фазе плодоношения.

При этом лампы ДНаТ почти не содержат синюю составляющую спектра, поэтому в фазе рассады для подсветки применяют газоразрядные ртутные лампы ДРЛ.

Газоразрядные лампы всех типов обладают большой световой мощностью, хорошим коэффициентом рассеяния, но при этом их световая отдача значительно ниже, чем у светодиодов, и большая часть энергии уходит на нагрев, влияя на микроклимат и увеличивая потери. Подвешивать лампы ДНаТ и ДРЛ необходимо на значительную высоту, чтобы избежать ожогов. В небольших теплицах с высокорослыми растениями их использование затруднено.

Лампы ДНаТ в теплице подвешивают на значительной высоте

Через 1,5-2 года использования световая мощность газоразрядных ламп снижается, они тускнеют и требуют замены. Из-за содержания ртути приходится применять специальные дорогостоящие методы утилизации.

Для подключения ламп ДНаТ и ДРЛ необходима пускорегулирующая аппаратура, что удорожает их первоначальную установку. Большие тепловые потери увеличивают энергопотребление, в результате освещение теплицы газоразрядными лампами обходится довольно дорого, особенно в зимний период.

По сравнению с газоразрядными лампами, светодиодные фитосветильники LED выдают свет в строго определенном диапазоне, что позволяет добиться максимального фотосинтеза. Пики излучения приходятся на 450 и 650 нм, что соответствует потребностям растений. Также светильник излучает мягкий ультрафиолет в диапазоне 320-380 нм, что повышает холодостойкость растений.

LED-светильники для освещения теплиц обладают рядом преимуществ:

• хорошие показатели световой мощности;
• подходящий для растений спектр и возможность его регулирования;
• отсутствие нагрева и влияния на микроклимат в теплице;
• простое подключение к сети;
• малый расход электроэнергии;
• экологичность – не требуется специальная утилизация;
• ремонтопригодность – сгоревшие элементы можно заменить;
• длительный срок службы – до 100000 часов.

Недостатки светодиодных светильников:

• высокая цена;
• направленное излучение, для большой площади требуется много точек освещения.

Благодаря низкому нагреву лицевой части, светильники LED можно размещать на любом расстоянии от растений, не рискуя их обжечь. За счет этого можно существенно сократить площадь теплицы для рассады и низкорослых культур, выращивая их на многоярусных стеллажах.

Как светодиоды могут влиять на температуру 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.

Могут ли светодиоды помочь сократить расходы на охлаждение в теплицах

Светодиодные лампы стали незаменимым источником света для теплиц и угодий, помогая растениям расти и развиваться в любое время года. Современные светодиодные лампы обладают не только высокой эффективностью, но и способностью создавать оптимальную спектральную композицию, идеально подходящую для фотосинтеза растений.

Одним из самых важных преимуществ светодиодных ламп является их низкое потребление энергии. По сравнению с традиционными лампами накаливания или люминесцентными лампами, светодиодные лампы потребляют в несколько раз меньше электроэнергии, что позволяет существенно снизить расходы на освещение теплицы.

Кроме того, светодиодные лампы имеют длительный срок службы и отличную стабильность работы. Они практически не нагреваются и не выделяют ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, что позволяет использовать их даже вблизи растений без риска их повреждения. Благодаря этим характеристикам, светодиодные лампы являются безопасным и энергоэффективным решением для освещения теплиц.

Теплицы: роль светодиодных ламп в освещении

Светодиодные лампы обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными источниками света, такими как галогенные или люминесцентные лампы. Во-первых, светодиодные лампы имеют меньший потребляемый энергией и длительный срок службы. Это позволяет садоводам существенно сэкономить на затратах на электроэнергию и замену ламп. Кроме того, светодиоды более эффективно преобразуют потребление энергии в свет, что делает его более интенсивным и равномерным.

Однако, светодиодные лампы также имеют свои особенности в применении в теплицах. Важно правильно подобрать спектр света, так как разные растения имеют разные потребности в определенных диапазонах. Например, растения могут требовать большего количества синего или красного света для фотосинтеза или цветения. Поэтому, необходимо выбирать лампы с определенным спектром, чтобы обеспечить оптимальные условия для роста и развития растений в теплицах.

Освещение светодиодными лампами также позволяет регулировать длительность и интенсивность светового дня для растений. Это особенно полезно в зимний период, когда дневная световая продолжительность сокращается. Установка таймеров и регуляторов позволяет создать оптимальные условия для растений, что способствует их росту и урожайности в теплицах.

В целом, светодиодные лампы играют важную роль в освещении теплиц, обеспечивая эффективное использование энергии и создание оптимальных условий для роста растений. Выбор правильного спектра, длительности и интенсивности света является ключевым фактором для достижения успеха в выращивании растений в теплицах.

Преимущества светодиодных ламп для теплиц

Первое преимущество – эффективность. Светодиодные лампы потребляют значительно меньше энергии, чем традиционные лампы, при этом обеспечивая более яркое и качественное освещение. Это позволяет существенно сократить расходы на электроэнергию и снизить влияние на окружающую среду.

Второе преимущество – длительный срок службы. Светодиодные лампы имеют гораздо большую прочность и долговечность по сравнению с обычными лампами. Они не требуют постоянной замены, что позволяет существенно сократить расходы на обслуживание.

Третье преимущество – контролируемый спектр света. Светодиодные лампы можно настроить на оптимальный спектр света для различных видов растений, что обеспечивает оптимальные условия для их роста и развития. Такое освещение способствует повышению урожайности и качества продукции.

Четвертое преимущество – отсутствие излучения тепла. Светодиодные лампы практически не нагреваются, что экономит энергию и предотвращает перегрев теплицы. Это особенно важно в условиях жаркого климата или при выращивании теплолюбивых растений.

В итоге, использование светодиодных ламп для освещения теплицы позволяет получить максимально эффективное и экономичное решение. Они помогут обеспечить рост и развитие растений, увеличить урожайность и качество продукции, а также снизить энергозатраты и негативное влияние на окружающую среду.

Как светодиоды могут улучшить качество продукции, выращенной в теплицах

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.