Светодиодное освещение для теплиц: эффективность и экономичность

Светодиодное освещение для теплиц: эффективность и экономичность

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.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое светодиодное освещение для теплиц

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

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 работает технология ДНаТ и как она влияет на рост растений в теплицах

Для нормального роста растений необходим свет. Почти все теплицы используют частичную досветку растений лампами Дназ или Днат. В условиях севера, чаще всего используют лампы для полного досвечивания. Не для кого не секрет, что без достаточного количества света растение не то чтобы плодоносить, оно даже расти не сможет.

На данный момент самыми оптимальными лампами для досветки при выращивание растений считаются.

Чаще всего при досветке в теплицах используют лампы, КПД ее отражающего слоя как правило выше обычного отражателя в светильниках.

Не смотря на то что эти лампы очень хорошо подходят для выращивания большинства растений, не стоит забывать, что для некоторых культур все таки лучше использовать другие лампы с преобладанием другого спектра .

Если вы планируете выращивать зелень(петрушку, укроп, базилик), то лучше все использовать лампы ДриЗ( дуговая ртутная металлогалогенная зеркальная лампа высокого давления), так как в ней очень высокая составляющая синего спектра (для вегетативного роста). Также для досветки, хорошо подходят - люминесцентные лампы

Расчет освещенности в зависимости от растояния лампы до растений

Падение освещенности можно рассчитать по следующей формуле:

1/расстояние2

Поэтому этот момент обязательно нужно учитывать при расчетах освещения для своих теплиц и растений.

Пример:

Если освещенность на расстоянии от источника света 1 м равна 1000 люкс, то на расстоянии 2 м уже 250 люкс, смотри таблицу:

Какую область сможет осветить та или иная лампа?

Довольно многое зависит от конкретной культуры или даже конкретного сорта. Так как, теневыносливому томату черри хватит к примеру лампы в 150 ватт, в то время как перцу со средними плодами этого будет не достаточно. Для примерного ориентирования, какую лампу и на какую площадь лучше использовать, можно посмотреть таблицу ниже. Таблица дана для ламп ДНаТ.

Отражатели (рефлекторы):

Хотелось бы немного рассказать про отражатели, их особенности и возможности.

Если вы использует лампу, к примеру, Днат, то вам будет просто необходим отражатель или как их еще называют рефлектор. При выборе хорошего отражателя не следует забывать о том, что в зависимости от материала и покрытия они очень сильно отличаются. Так к примеру зеркальный отражатель имеет коэффициент равный 80%. К примеру, отражатели из алюминия могут отражать до 85%, а вот зеркало имеет наибольший коэффициент отражения, который доходит до 90%.

Коэффициент отражения не зависит того сколько ламп у вас висит, при условии того что они висят по бокам рефлектора. Обращаю ваше внимание, на то, что если лампа расположена с боку и смещена от центра к какому-нибудь из краев, то часть потока от лампы будет уходить в пустую.

Хотелось бы еще напомнить, что если использовать большое количества ламп будет не очень эффективно, тем более если они очень большие в диаметре и сильно греются. Так будет теряться очень много света и из за перегрева они гораздо быстрей выйдут из строя.

Всем очень рекомендуем использовать отражатели, в это трудно поверить, но даже самый простеньки отражатель способен увеличить световой поток. Количество отраженного светового потока может увеличиться в два раза. Поэтому прежде чем покупать световое оборудование рекомендуем правильно рассчитать количество ламп и выбрать хороший отражатель к ним. Так вы с экономите и деньги и нервы.

Почти все рефлекторы похожи друг на друга и отличаются по производительности не сильно, к примеру самый лучший будет эффективней самого плохого всего на 10-20%.

Освещение в люменах на расстоянии 8 см в зависимости от типа отражателя. Лампа 1000 лм.

Таблица сравнения различных видов ламп

Стоимость:

Для вычисления приблизительного расхода на освещение в рублях найдите пересечение в таблице своей мощности лампы и длительности ее свечения и данные из таблицы умножьте на количество ламп и стоимость киловатт-часа.

Пример: Сколько будет стоить в месяц досветка по 4 часа в сутки шестью лампами по 400 Вт, при стоимости 1 КВт-ч 3 рубля 60 копеек.

В таблице потребления за месяц находим пересечение 400 Вт и 4 часов, получаем 48 КВт-ч. Найдем суммарное потребление ламп. Ламп у нас 6, значит

6 ламп * 48 КВт-ч = 288 КВт-ч

288 КВт-ч потребляют 6 ламп за месяц. Умножаем суммарное потребление всех ламп на стоимость киловатт-часа.

Какие растения наиболее подходят для выращивания в теплицах с светодиодным освещением и ДНаТ

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.

Какие факторы необходимо учитывать при выборе светодиодных светильников для теплиц

Свет состоит из различных форм электромагнитного излучения., но не все это видно человеческому глазу. Наши глаза способны воспринимать свет только в определенном диапазоне длин волн.. У нас есть конусообразные клетки, которые действуют как рецепторы для определенных длин волн., в первую очередь в зелени, желтый, и оранжевый спектры. Вот почему искусственное освещение, предназначенное для людей, ориентировано на эти спектры и измеряется в люмены .

Однако, растения по-разному реагируют на световой спектр. Хотя они используют энергию среднего спектра., на них больше влияют красный и синий спектры. Существуют определенные пики красного и синего света, которые имеют решающее значение для фотосинтеза., где происходит большая часть роста растения. Регулируя соотношение красного и синего света, могут быть достигнуты значительные изменения в росте растений.

Кроме того, существуют невидимые световые спектры, такие как ультрафиолетовый свет и инфракрасный свет, это также может повлиять на рост растений. Именно поэтому светодиодные светильники завоевали популярность в крытое садоводство . Светодиодные системы с регулируемым спектром позволяют производителям подвергать свои растения определенному освещению.. Это не только способствует здоровому росту растений, но и позволяет производителям настраивать желаемые результаты.. Различные световые спектры оказывают глубокое влияние на рост растений., и светодиодное освещение позволяют производителям эффективно использовать эти эффекты..

Как регулировать интенсивность и спектр светодиодного освещения для оптимального роста растений

Люминесцентные лампы существуют на рынке продолжительное время, намного дольше, чем светодиодные. Они действительно обладают высоким показателем энергоэффективности, т. к. почти не греются и практически всю энергию направляют на обеспечение условий для свечения люминофора. Благодаря своим качествам, данные приборы быстро заслужили популярность потребителей и получили название «энергосберегающие».

Светодиодные лампы были созданы гораздо позднее. Они не уступают по своим показателям сбережения энергии люминесцентным моделям и даже во многом превосходят их.

Энергоэффективность — это показатель количества света, выделяемого лампой на единицу потраченной мощности. Световой поток исчисляется в люминах (лм).

Если взять для сравнения показатель в 1200 лм, данной величине будет соответствовать люминесцентная лампа с уровнем потребления электроэнергии от 25 до 30 Вт и светодиодная, которая затратит от 12 до 15 Вт.

Если рассчитать, сколько светового потока вырабатывается на каждый затраченный ватт электроэнергии, будут получены следующие величины:

• для люминесцентных ламп — 35 – 45 лм/Вт;
• для светодиодных ламп — 80 – 100 лм/Вт.

Из приведенных расчетов становится очевидно, что светодиодные лампы обладают более высоким показателем светоотдачи. Но при этом необходимо учитывать, что степень освещенности помещения зависит и от других факторов:

• тип используемого светильника;
• место расположения осветительного прибора;
• направление светового потока;
• площадь помещения;
• особенности отделки стен, пола и потолка комнаты.

Как соотносится энергоэффективность светодиодных светильников с их стоимостью

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.

Как влияет светодиодное освещение на экологическую чистоту и безопасность продукции, выращенной в теплицах

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.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании светодиодного освещения в теплицах и как их решить

Доля освещения в затратах тепличных проектов зависит от уровня и мощности досвечивания, количества светильников, рассказывает Решетникова. При высоком уровне (около 220 Вт/м²) в темное время года электроэнергия занимает до 50-60% в себестоимости. Такую досветку на огурцах применяют, например, в тепличных комплексах «Ярославский» (Ярославская область), «Толмачевский» (Новосибирская область), «Агрокомплекс Иванисово» (Московская область), «Елецкие овощи», «Майский».

В качестве основных источников света для досветки растений в настоящее время чаще всего используются натриевые лампы высокого давления HPS (90% всего освещения). «Новые разработки, а именно LED-lighting systems, пока редкость, но эксперты видят в них большую перспективу, — говорит Пекшина. — По их мнению, будущее за светодиодными лампами: по сравнению с натриевыми экономия электроэнергии и уменьшение операционных затрат получается значительной». Но какие-либо заметные изменения в структуре рынка тепличного освещения произойдут не ранее чем через 4-7 лет. Нужно время на «обкатку» и внедрение технологий. Инвесторы, вкладывающие большие деньги в масштабное производство, не готовы брать непроверенные в промышленных объектах технические решения.

Тем не менее светодиоды в системах досвечивания за последние три года стали применять более широко, обращает внимание Решетникова. Чаще всего — в межрядном пространстве, где они показывают максимальную эффективность. Специфика светодиодного освещения заключается в подборе уникального спектра света, на который реагирует растение. Разные сорта гибридов томата или огурца не только реагируют на различный спектр, но и требуют разной насыщенности света по времени, поясняет Семыкин. Так, крупноплодным сортам порой нужно в полтора раза меньше необходимой инсоляции, чем мелкоплодным гибридам. Поэтому на рынке, по его мнению, были бы востребованы лампы, спектр которых можно легко менять под конкретные культуры. Впрочем, светодиодное освещение пока не дает гарантированно лучших результатов в возделывании овощей, признает топ-менеджер. Наилучшие результаты использования светодиодного освещения наблюдаются лишь в работе с салатно-зеленной группой, обращает внимание он. Кроме того, пока что стоимость организации светодиодного освещения выше в 2,5-3 раза идентичного натриевого.