Светодиоды и интенсивная светокультура растений
Надо заметить, что в эта проблема уже рассматривалась, и констатирована высокая стоимость СД (а точнее, высоких параметров натриевых ламп). Однако мы не ограничились общими выводами, а предложили рассмотреть гибридные конструкции облучателей, содержащих натриевые лампы в комбинации со светодиодами1.
Далее представлены некоторые итоги ранее начатой работы. В таблице 1 приведены характеристики облучателей с натриевыми лампами, которые будут использованы в качестве базы гибридных облучателей, в таблице 2 даны характеристики светодиодов фирмы BEELED.
Таблица 2. Технико-экономические характеристики светодиодов
Стоимость СД и облучателей приводится без указания цены схем питания. Эффективные потоки излучения даны в пределах видимой области спектра.2
Урожайность оценивается на основе уравнений, полученных нами после обработки результатов красноярских экспериментов3:
томаты - N = 0,12 Ес + 0,08 Ез + 0,21 Ек, (1)
огурцы - N = 0,05 Ес + 0,38 Ез + 0,28 Ек, (2)
где Ес, Ез, Ек — лучистые потоки в трех областях спектра, Вт; N— урожай, кг/м2; коэффициенты урожайности даны в кг/м2 Вт.
Особо заметим, что красноярский эксперимент был проведен при Еобщ = 100 Вт/м2.
В таблице 3 представлены технико-экономические параметры гибридных облучателей. Для сравнения даны параметры СД-аналога лампового облучателя мощностью 400 Вт с СД мощностью 3, 30 и 50 Вт, урожайность приведена применительно к томатам.
В качестве базы гибридных облучателей были взяты ламповые облучатели мощностью 250, 400 и 600 Вт. Гибридные облучатели сравниваются с ламповыми облучателями более высокой мощности (аналог). Цены гибридных облучателей являются суммой цены базы и светодиодной добавки. Продуктивность (урожайность) суммируется аналогично. Разница в ценах облучателей нивелируется меньшими затратами электроэнергии у гибрида.
В качестве примера рассмотрим позицию 4 (табл. 3). Ламповый облучатель мощностью 250 Вт взят базовым, он обеспечивает продуктивность томатов, равную 9,6 кг/м2.
Если к нему добавить три красных СД мощностью 30 Вт и по одному З-Вт синему и зеленому, то он обеспечит урожайность около 14 кг/м2, то есть примерно равную урожайности со сравниваемым облучателем ДНаТ 400 при меньшей стоимости.
Более урожайным будет облучатель с двумя СД по 50 Вт — 15,48 кг/м2 при меньшей суммарной стоимости (позиция 5, табл. 3).
Привлекателен вариант гибрида, приближающий облучатель .мощностью 250 Вт к облучателю ДНаТ 600. В этом варианте (позиция 6, табл. 3) к ДНаТ 250 добавляются четыре СД мощностью 50 Вт, которые обеспечивают урожайность гибридного облучателя более 21 кг/м2 при окупаемости 0,16 года (время работ ОУ в год принято 5475 ч, цена электроэнергии 3,3 руб./кВт-ч).
Автор предлагает читателю спроектировать гибрид на базе СП 600 Вт, аналог СГ1 1000. Он будет наиболее актуальным.
Несколько вариантов гибридных облучателей для огурцов приведено и в таблице 3. Они тоже свидетельствуют о возможности подобных решений.
Главный итог проведенного анализа состоит в том, что создание гибридных вариантов возможно. Усовершенствование СД будет в первую очередь работать на гибриды, однако не очень ясно, когда начнется полная замена натриевых ламп в тепличной фитокультуре.
В связи с этим представляется разумным оценить те применения СД, где они миновали гибридные композиции. Их большинство, они решили все вопросы с потребителем и как минимум «успокоили» производителей СД.
Ранее мы указывали, что коэффициенты продуктивности (урожайности) в уравнениях (1) и (2) были получены после обработки результатов экспериментов, проведенных при суммарной облученности 100 Вт/м2 и более 20 лет тому назад! Для того чтобы надежно воспользоваться нашими оценками, необходимо уточнить их абсолютную величину при 200 Вт/м2 (сегодняшний уровень) и при новых современных агротехнических приемах выращивания растений.
Для контроля основных рабочих цифр мы предлагаем:
для томатов - N - 0,2 Ес+ 0,13 Ез + 0,34 Ек (3) при Ес+ Ез+ Ек = 200 Вт/м2,
для огурцов - N = 0,08 Ес + 0,61 Ез + 0,45 Ек (4) при Ес+ Ез+ Ек = 200 Вт/м2.
Это означает, что переход от 100 к 200 Вт/м2 не изменяет соотношения продуктивности в пределах видимого диапазона, а абсолютная величина продуктивности вырастает в 2,5 раза. Уточнение цифр не изменит основной вывод о целесообразности работы с гибридами.
Заметим особо, что СД в силу своей специфики (легкой вариации мощности и спектра излучения) очень удобны для фотобиологического эксперимента. В то же время за пределами более ясного понимания пока находится спектральная чувствительность растений, в том числе при разных уровнях облучения и стадиях вегетации: степень влияния ближних областей ИК и УФ на всех этапах вегетации, значимость ближнего и дальнего красного излучения и т. д.
Эти эксперименты можно спланировать, организовать и провести в пределах хозяйственной деятельности практически любой теплицы (конечно, при обязательном участии фитофизиологов и светотехников).
Вариации гибридных решений практически бесконечны. Оптимальные варианты появятся при внесении в задачу вопросов, связанных с конструкцией, надежностью работы гибридов, сроками службы, уточнением некоторых цен, работы гибридов по временной технологии и других аспектов.
2 Роль и степень воздействия ближних УФ- и ИК-областей спектра здесь не учитываются.
3 Мы посчитали публикацию на этом уровне эксперимента сейчас более важной, чем проведение новых уточняющих экспериментов, в частности по общей облученности, продуктивности.
Источник:
Журнал «Полупроводниковая светотехника»
- Комментарии