Светодиодные лампы для теплиц: экономия и эффективность

Светодиодные лампы для теплиц: экономия и эффективность

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.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое светодиодные лампы для теплиц

• Эффективность, доказанная практикой . Светильники были протестированы в ведущих научных центрах страны — в Академии сельского хозяйства им. К. А. Тимирязева (Москва) и в Институте биофизики СО РАН (Красноярск). Как показали исследования, при выращивании салата под светильниками AtomSvet^®и лампами ДНаТ, «светодиодные» образцы превзошли своих оппонентов и товарным видом, и биомассой – листья салата приобрели более плотную фактуру и насыщенный зеленый цвет, а превосходство в массе составило 14,5%. Результаты, полученные учеными, подтверждают и профессиональные тепличники – специалисты агрокомбинатов «Московский» и «Весна».
• Высокое качество освещения . Светодиодные светильники для помещений теплиц дают излучение с широким спектральным диапазоном, который стимулирует процесс фотосинтеза практически у всех видов сельскохозяйственных культур.
• Энергоэффективность . Согласно данным агрокомбината «Московский» светильники AtomSvet^®BIO, установленные над линией для выращивания салата взамен ламп ДНаТ, снизили уровень энергопотребления в 2,5 раза.
• Длительный эксплуатационный период . Светодиоды и драйверы рассчитаны на 50 000 часов бесперебойной работы. Производитель гарантирует, что в течение 5 лет световой поток будет соответствовать всем заявленным характеристикам. Для сравнения: качество освещения классических ламп снижается уже после трех лет эксплуатации.
• Высокий класс защиты от пыли и влаги — IP67 . Надежная защита от внешних факторов достигается за счет плотного соединения корпуса и плафона, дополнительной герметизации драйвера и заливки электрических схем компаундом.
• Прочность и надежная антикоррозийная защита . Благодаря анодированному покрытию алюминиевый корпус светильника не ржавеет даже в условиях высокой влажности, а прочный рассеиватель из немецкого поликарбоната Makrolon LED выдерживает сильные удары и другие механические воздействия.

Какие преимущества светодиодных ламп перед другими источниками света для теплиц

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.

Как выбрать светодиодные лампы для теплиц

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».

Как установить светодиодные лампы в теплице

Перейдем к источникам света. Типы ламп, которыми чаще всего организуют освещение для теплиц, следующие:

• накаливания;
• люминесцентные;
• натриевые;
• светодиодные.

Рассмотрим каждый тип подробнее.

Накаливания

Самый бюджетный, но не самый удачный вариант. Во-первых, лампы накаливания имеют низкую светоотдачу – львиная доля энергии переходит в тепло. Они больше греют, чем светят. Досветка таким типом лапочек влетит в копеечку.

Использование ламп накаливания в теплице – не лучший вариант

Кроме того, тепло разрушает поликарбонат и может обжечь растения. Во-вторых, и это главное, спектр таких ламп смещен в нижнюю, инфракрасную сторону, а растениям нужен и синий спектр. Это хорошо видно из приведенного ниже графика.

Влияние света разных спектров на развитие растений

Люминесцентные

Здесь все с точностью до наоборот. Люминесцентные лампы (ЛЛ), включая КЛЛ (компактные люминесцентные лампы), в большинстве своем имеют спектр, сдвинутый в синюю сторону, а красного очень мало. Хотя они примерно в 5 раз экономичнее ламп накаливания и почти не нагреваются.

В свете люминесцентных ламп мало красного спектра, их свет имеет ярко выраженный синеватый оттенок

Но не все так плохо. Во-первых, люминесцентные лампы можно использовать с лампочками накаливания, которые добавят красного спектра. Во-вторых, существуют ЛЛ, излучающие дневной и даже теплый свет. В нем присутствует красный спектр.

Есть специальные ЛЛ для досветки растений. Они называются фитолампами и светят преимущественно в необходимом для растений спектре – синем и красном.

Люминесцентные фитолампы в работе

Натриевые

Точнее, дуговые натриевые (ДНаТ). Они широко используются в больших теплицах, но в маленьких их почти не встретишь. Этот тип источников света сильно нагревается и должен располагаться высоко над растениями. Но поликарбонат это не спасет – необходимо и от него отодвигать лампы подальше. В маленькой теплице это сделать невозможно. Что касается спектрального состава, то он, как и в лампочках Ильича, завален в красную сторону, а синего не хватает.

Обычно ДНаТ применяют в больших теплицах

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Существуют газоразрядные натриевые лампы низкого давления. Они мало нагреваются, экономичны, компактны и могут использоваться в небольших теплицах. Спектр у них такой же, как и у дуговых – желто-красный.

Натриевая газоразрядная лампа низкого давления

Светодиодные

Наиболее перспективный и популярный сегодня источник света. Светодиоды экономичны (в 8-10 раз экономичнее лампочек накаливания при той же светоотдаче), не нагреваются, имеют длительный срок службы. Но самое важное – то, что при помощи светодиодов можно создать осветительный прибор, излучающий свет любого спектрального состава – от синего до красного.

Какие растения лучше всего растут под светодиодным освещением

Эксперимент по использованию светодиодных светильников для освещения растений проходит на кафедре овощеводства и плодоводства на базе Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

Целью эксперимента является проверка способности растений развиваться под светом от полупроводниковых источников излучения (светодиодов) от стадии проращивания до стадии плодоношения (появлений завязей плодов).

Схема проведения эксперимента показана на рис. 4. 

На две соседние полки помещаются ёмкости, засеянные семенами растений. На обеих полках процесс выращивания растений происходит полностью под искусственным освещением. В первом случае используются светодиодные светильники XLight XLD-Line50-Agro (рис. 5), во втором случае – светильники с люминесцентными лампами Osram Fluora для растений. Растения находятся при включённом освещении по 16 часов в сутки. Площадь освещённого участка составляет примерно 0,5 м².

Эксперимент состоит из двух повторяющихся этапов для подтверждения правильности полученных результатов. В настоящее время завершён первый этап: растения полностью развились от стадии проращивания из семян до стадии плодоношения в лабораторных условиях. Второй этап должен подтвердить преимущества использования светодиодных источников освещения для растений уже в реальных условиях тепличного хозяйства.

Уже сейчас эксперимент показал, что, в отличие от люминесцентных ламп, светодиодный светильник обеспечивает спектр излучения, необходимый для полного цикла выращивания растений от проращивания до цветения и плодоношения, а спектр люминесцентных ламп не позволяет растениям плодоносить, поэтому эти лампы пригодны только для выращивания рассады. Другим преимуществом светодиодных светильников является низкое выделение тепла, поэтому их можно располагать в непосредственной близости от растений без риска нанести им повреждения.

Результаты законченного первого этапа эксперимента показали, что семена, освещаемые светодиодными светильниками, прошли за время эксперимента полный цикл от проращивания до плодоношения, тогда как семена, освещаемые светильниками с люминесцентными лампами, за аналогичное время дошли только до стадии цветения.