Искусственное освещение для промышленных теплиц и сити‑ферм
Очевидным фактом является влияние спектра излучения световых приборов на количественные и качественные характеристики хозяйственно-полезного урожая в овощеводстве закрытого грунта. Наименьшая стоимость светотехнического оборудования для искусственного освещения теплиц достигается на основе «белых» светодиодов. Однако коэффициент полезного действия (КПД) белых светодиодов в значительной степени зависит от распределения энергии в спектре излучения. Если мощность излучения концентрируется преимущественно в правой области спектра фотосинтетической активной радиации (ФАР), речь идёт о светодиодах с коррелированной цветовой температурой (КЦТ) 2000К, то КПД светодиодов оказывается на 15 — 20% ниже, чем у светодиодов с КЦТ 5000К, у которых энергия излучения в значительной степени сосредоточена в левой области спектра ФАР.
Таким образом, светодиодные светильники с фотобиологически более активным излучением в области ФАР, как правило имеют более низкий КПД (преобразование энергии электрического тока в энергию излучения сопровождается большими потерями). Возникает вопрос: в каких пределах целесообразно перераспределение энергии по спектру излучения слева направо для снижения энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая? Исследования показывают, что целесообразно разрабатывать светильники для светокультуры с промежуточным спектром излучения в этом диапазоне, оптимизированным для конкретной светокультуры.
Ниже приведены в качестве примера результаты выращивания базилика в условиях искусственного освещения облучательными приборами на основе светодиодов без участия солнечного света на гидропонике методом подтопления.
| Параметр | №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | №7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Удельная мощность потребления, Вт/м² | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Энергетическая облучённость, Вт/м² | 40 | 38 | 32 | 37 | 33 | 36 | 36 |
| Фотонная облучённость, мкмоль/м² | 182 | 209 | 149 | 172 | 146 | 159 | 150 |
| Излучаемая мощность, % | |||||||
| 400 - 500 нм | 25 | 15 | 7 | 15 | 9 | 21 | 18 |
| 500 - 600 нм | 46 | 46 | 31 | 39 | 26 | 32 | 20 |
| 600 - 700 нм | 26 | 36 | 53 | 41 | 54 | 39 | 47 |
| 700 - 800 нм | 2 | 3 | 9 | 5 | 11 | 8 | 15 |
| Продолжительность фотопериода, ч | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Дневная доза облучения (DLI), МДж/м² | 1,74 | 1,65 | 1,39 | 1,60 | 1,41 | 1,56 | 1,54 |
Таким образом, спектр излучения светодиодных светильников оказывает существенное влияние на рост биомассы базилика. Оптимизация в направлении снижения энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая возможна при сочетании фотобиологической активности спектра излучения светильников и их энергоэффективности (КПД).
Для снижения энергоемкости хозяйственно-полезного урожая рекомендуется управлять индексом листовой поверхности (ИЛП), что достигается в технологии выращивания первоначальной плотностью посадки растений и снижением плотности растений в течение вегетационного периода, увеличивая удельную площадь на 1 растение по мере развития фитоценоза. При первоначальной плотности посева 300 см2/ед. фитоценоз развивается постепенно до полного заполнения участка выращивания. Световой поток, падающий на посевы, взаимодействует с растениями в течение вегетационного периода от 0 до почти 100% (КПД фотоприёмника). Средняя величина может составить примерно 50%. Отсюда и затраты ФАР на 1 кг биомассы — на уровне 40 МДж/кг. Если бы степень взаимодействия светового потока и фитоценоза составляла до 90% в течение всего вегетационного периода, то при использовании светильников с фотобиологически активными спектрами можно стремиться снизить затраты ФАР на 1 кг сырой биомассы салата до 20 — 25 МДж/кг, а целевой показатель энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая можно рассматривать на уровне 15 кВт*ч/кг.
Для снижения знергоёмкости хозяйственно-полезного урожая целесообразно применять в технологии выращивания изменяемую плотность посадки. Последующее выращивание показало, что при использовании рассадного отделения с плотностью посадки 50 см2/ед. в течение 14 дней и затем с плотностью посадки 300 см2/ед. в течение 21 дней позволило сократить расход электроэнергии до 30%, выйдя на показатель ниже 20 кВт*ч/кг сырой фитомассы базилика.
Другие статьи
