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.

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 Е_с + 0,08 Е_з + 0,21 Е_к, (1)

огурцы - N = 0,05 Е_с + 0,38 Е_з + 0,28 Е_к, (2)

где Е_с, Е_з, Е_к — 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 Е_общ = 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 Е_с+ 0,13 Е_з + 0,34 Е_к (3) при Е_с+ Е_з+ Е_к = 200 Вт/м²,

для огурцов - N = 0,08 Е_с + 0,61 Е_з + 0,45 Е_к (4) при Е_с+ Е_з+ Е_к = 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.