Тонкости светодиодного освещения теплицы и его расчет

Системы освещения монтируют в теплицах круглогодичного или зимнего использования при выращивании светолюбивых овощей, ягод, рассады и цветов – без подсветки эти культуры не дадут хорошего урожая. Современные системы освещения теплиц все чаще выполняют на светодиодах: они экономичны, долговечны и позволяют регулировать спектр и освещенность в широком диапазоне.

Светодиодное освещение теплиц

Переносной светодиодный светильник для вертикального монтажа

Особенностью светодиодов является направленность их светового потока преимущественно в одном направлении

Особенности светодиодных светильников

Светодиодные светильники предоставляют растениям необходимый для их развития свет, преобразовывающийся в волны различной длины. Таким образом, флора теплиц поглощает только тот спектр излучения, в котором больше всего нуждается.

Кроме того, излучения светильников максимально приближено к естественным солнечным лучам. В их спектр входят только полезные для роста растений волны.

В перечень значимых преимуществ так же включены:

• Стабильность заданного освещения на протяжении необходимого времени.
• КПД светодиодов превышает отметку в 80%.
• В спектре отсутствуют ультрафиолетовые и инфракрасные волны.
• Высокие показатели экологичности.
• Освещение растений теплиц только волнами определенного спектра.
• Сравнительно низкий уровень энергозатрат по сравнению с другими видами освещения.

Единственным минусом применения светодиодных светильников в теплицах является его относительно высокая стоимость. Не каждый фермер готов отдать за подсветку от 200 до 1500$ (в зависимости от площади помещения).

Сравнительный экономический анализ

При расчетах экономической эффективности от применения светодиодных установок следует учитывать не только цены на светильники и экономию электроэнергии за счет пониженного энергопотребления светодиодов. В расчет необходимо включать стоимость генерации (в частности, стоимость газотурбинной установки). Это справедливо, поскольку светодиодные установки потребляют значительно меньшие мощности и, соответственно, мощность электрогенераторов также требуется значительно меньше. Учет этого факта приводит к существенной экономии средств при развертывании теплиц с нулевого цикла.

Проведем сравнительный экономический анализ четырех осветительных установок на следующем примере . Исходные параметры:

• Общая расчетная площадь 20 га. Размер стандартных секций 6,4 м × 81 м (518,4 м2).
• Получение электрической и тепловой энергии с помощью газотурбинной установки. Цена установки мощностью от 5 до 15 МВт — 50000 руб./кВт, мощностью 20–30 МВт — 40000 руб./кВт. Себестоимость 1 кВт электроэнергии 1,5 руб.
• 1-я установка: на базе светильников с электронным ПРА ЖСП 64-600-002Р/380 В с лампами ДНаЗ супер/Reflux S 600/400 В. Обслуживаемая площадь одним светильником 4,9 м2, потребляемая мощность 630 Вт, широкая КСС, уровень ФФП новой лампы 1120 мкмоль/с (228 мкмоль/м2×с), эффективность 1,77 мкмоль/Дж, цена 7774 руб. (в том числе цена лампы 1809 руб.)
• 2-я установка: на базе светодиодных светильников ЭЛ-008М-240 от ООО «ЭНОВА Лайт». Обслуживаемая площадь одним светильником 4,9 м2, потребляемая мощность 240 Вт, широкая КСС, уровень ФФП 720 мкмоль/с (145 мкмоль/м2×с), эффективность 3,0 мкмоль/Дж, цена 18000 руб.
• 3-я установка: на базе светодиодных светильников ЭЛ-008М-180 от ООО «ЭНОВА Лайт». Обслуживаемая площадь одним светильником 4,9 м2, потребляемая мощность 180 Вт, широкая КСС, уровень ФФП 540 мкмоль/с (110 мкмоль/м2×с), эффективность 3,0 мкмоль/Дж, цена 13500 руб.

Результаты анализа приведены в таблице 2. Таблица 2. Сравнительный анализ осветительных установок*

*Пояснения к таблице №2:

• в строке 1 указано количество светильников, необходимое для покрытия 20 га теплиц;
• в строке 2 указана общая потребляемая мощность светильников, указанных в строке 1;
• в строке 3 указана требуемая мощность электроустановки и ее цена;
• в строке 4 указана цена светильников, указанных в строке 1;
• в строке 5 указана суммарная цена всех светильников и электроустановки (стр.4+стр.3);
• в строке 6 указано насколько светодиодная установка дешевле установки на НЛВД;
• строки 7-9 содержат информацию о потреблении установок при различной длительности досветки и цене за год;
• строки 10-12 содержат информацию о снижении затрат при внедрении светодиодов за 1, 2 и 3 года соответственно.

Виды светодиодного освещения

Производители классифицируют несколько видов светодиодных приборов, из которых потребитель может выбрать себе тот, который будет соответствовать количеству стеллажей в теплице и типу растений. Различают следующие осветительные приборы:

1. Одиночные светильники – подсветка данной формы применяется для выращивания небольшого количества рассады.
2. Трубы – незаменимый прибор, если в теплице размещаются узкие и длинные стеллажи.
3. Прожектора – приборы, способные осветить растения, занимающие значительную площадь и с большего расстояния.
4. Таблетки – квадратные формы светильника позволяют обеспечить профессиональное освещение стеллажей широкого формата.
5. Ленты – осветительные приборы, которые можно размещать в произвольном порядке. Зачастую, данный вид осветительного оборудования изготавливают своими руками.

Свет и его значение для растений

При нехватке дневного света зимой и осенью культуры начинают чахнуть и болеть. Залог выживания и здорового существования растений — это фотосинтез. Полноценный фотосинтез невозможен без света. Когда растения вырабатывают хлорофилл, они полноценно усваивают углекислый газ, необходимый для питания. Образование органических веществ в тепличных культурах невозможно без солнечного и искусственного освещения.

Признаки нехватки освещения:

• изменение формы растений (например, неестественное удлинение черенков и стеблей);
• их медленный рост;
• отсутствие цветения;
• падение урожайности;
• нижняя листва желтеет.

Вас может заинтересовать:Освещение для рассады своими руками Ни один живой организм не способен к существованию без света. Растения, особенно на начальных этапах, нуждаются в…Читать далее…

Расчет светодиодного освещения теплицы

Для расчета необходимого количества светодиодных ламп необходимо учитывать их световой поток, а так же расстояние между осветительным прибором и растениями.

Если требуется рассчитать световой поток, необходимый для растения, развитие которого происходит при рассеянном свете, нужно взять 3000 лк на кв. м.

В результате, если лампа обладает освещенностью в 500 лм и вам требуется произвести расчет на 1 кв. м. освещения при расстоянии от прибора до растения в 30 см, по выведенной на практике формуле:

Сетовой поток= освещенность/расстояние* значение необходимой освещенности лампы на 1 кв. м.

В нашем примере, освещенность составит 500/(0.3*0.3) = 5555 лк.

• 500- освещенность лампы;
• 0,3 – расстояние, приведенное в систему СИ;
• 0,3 – значение необходимой освещенности на кв. м., переведенное в систему СИ.

Учитывая, что потери при заданном расстоянии от прибора к растению составляют 30%, получаем примерное значение в 3890 лк. Получается, что для растений любящих рассеивающий свет достаточно 1 лампы мощностью 10 Вт на кв. м.

Для развития соцветий и цветов тепличных растений следует поддерживать освещенность значением не ниже 5000 лк на кв. м.

Светодиодные лампы для теплиц

Светодиодные лампы не боятся воды, поэтому можно не переживать, если в случае полива, жидкость попадет на их поверхность. Такие приборы не перегреваются, что дает возможность не беспокоиться о повышение необходимой для растительности температуры.

Преобразованные led — устройствами лучи в синем и красном спектре способствуют ускорению развития рассады, бутонизации, цветению и плодоношению. Длина волн способна практически достигнуть корневой системы растения.

Все лампы данного вида производители изготавливают под различные типы цоколей, а продуманное до мелочей покрытие приборов предотвращает развитие коррозии.

Светодиодные лампы можно приобрести по отдельности, смонтировав для них специальную крепежную систему либо купить уже готовую под это ленту.

Все осветительные устройства представлены на рынке двумя видами:

1. Постоянными.
2. Фотопериодическими.

Последние используют для круглосуточного освещения теплицы, а первые – для продления светового дня, то есть на определенное количество часов. Их выбор зависит от типа, выращиваемой продукции.

Для того чтобы светодиодные лампы прослужили потребителю не один год, эксперты рекомендуют применять только товары брендовых производителей. К примеру, Philips, Siemens, Legrand, Osram и т. д. Так как светодиоды бывают разных цветовых спектров, для достижения определенных задач их можно объединять. За счет использования ламп, которые излучают отличные длины волн, можно значительно увеличить урожай.

Применение в растениеводстве

Применение дополнительного освещения в оранжереях не будет лишним при выращивании огурцов и помидоров, лука, перца, цветов и других растений. Можно обойтись и без него, но результаты будут хуже. Ниже даны правила и рекомендации, о которых следует помнить при выращивании различных культур.

Огурцы:

• рекомендуется дополнительное освещение;
• освещение должно иметь синий спектр, в период цветения и образования завязей — красное;
• естественное освещение должно плавно переходить в искусственное без промежутков, это может обеспечить оборудование оранжереи реле;
• культуре необходимо 12 световых часов в сутки (естественное+искусственное освещение);
• 1/4 часть суток в оранжерее должна быть темнота;
• во время применения искусственного освещения следует контролировать температурный режим в пределах +8°С.

Помидоры:

• рекомендуется дополнительное освещение после всхода рассады;
• в первое время после прорастания рассады необходимо 20 световых часов в сутки, продолжительность постепенно снижается до 12 часов;
• томатам необходимо направленное, а не рассеянное освещение;
• противопоказано освещение оранжереи круглые сутки, так как это чревато развитием болезней.

Знаете ли вы? Светодиодные лампы имеют КПД свыше 93%, обладают самой высокой светоотдачей

—
до 100 Лм/Вт, тогда как показатель люминесцентных ламп не достигает и 75 Лм/Вт.
Клубника:

• при разведении хорошо зарекомендовали себя лампы дневного освещения (длина 1 м, мощность 40–50 W). Такого прибора достаточно для нормального дополнительного освещения площади 4–6 м².
• необходима периодическая смена местоположения ёмкостей с рассадой.
• в течение 13–14 часов необходимо освещение тёплого спектра яркостью в среднем 140 люкс.

Лук. Специалисты утверждают, что природного освещения для выращивания лука вполне достаточно, однако зелень при этом будет иметь бледный вид. Фитолампы, как дополнительный источник света, помогут справиться с этой проблемой: зелень станет более упругой, а окрас ярким.

Земляника. Хотя на формирование почек земляники благотворно влияет короткий световой день, в период образования соцветий растение нуждается в освещённости длительностью 13–17 часов в сутки. В естественной природе такие условия возможны не ранее середины весны, так что в мае земляника уже цветёт, а в июне уже можно лакомиться ягодой. Применяя дополнительное освещение в оранжерее, вкуснейшую землянику можно отведать в более ранние сроки, при этом обилие урожая приятно удивит.

Светодиодная лента для парника

Светодиодная лента представляет собой гибкую печатную плату, на которой на одинаковом расстоянии расположены светодиоды. Производители выпускают ее в рулонах, длина, которой зачастую составляет от 5 метров и более. Простота крепления данного вида освещения позволяет выращивать плодоносные растения не только в теплицах, но и на подоконнике, парниках. Ленту можно применять и в качестве дополнительной подсветки, ведь она достаточно – энергосберегающая.

При этом сочетания светодиодов представляется в различных конфигурациях 15:5, 10:3 и т. д., в зависимости от цели освещения. Наиболее популярное – 5:1. Это означает, что на после каждых 5-ти красных диодов будет следовать 1 синий. Во время фотосинтеза первые – нужны для накапливания углеводов, вторые – способствуют образованию аминокислот, что является основным условием для деления клеток.

Наши руки не для скуки

А не замахнуться ли нам растениеводам на светодиодный светильник своими руками и его сделать самостоятельно? Все-таки цена светильников большая и не каждый может позволить себе их купить. Светодиоды для теплиц можно купить в розницу в магазине или через интернет. Если есть некоторый опыт работы с паяльником такой светильник можно сделать самому.

Необходимые инструменты:

• Мультиметр
• Паяльник
• Флюс
• Припой
• Теплопроводящий клей
• Теплопроводящий скотч

Материалы:

• Светодиоды красные 5 штук FRM-R1
• Светодиоды синие 5 штук FRM-B1
• Драйвер RLD10
• Радиатор алюминиевый
• Провод МГТФ (или другой подходящий)

Радиатор

Что может послужить радиатором? Алюминиевые, медные, латунные и даже железные пластины. Одним словом все, что хорошо отводит тепло. На один светодиод нужно ориентировочно 25 см. кв.

Радиатор состоит из трех пластин. Центральная пластина имеет 5 отверстий: по два для крепления боковых пластин и одно центральное для крепления собственно светильника.

Во время эксплуатации светильника температура радиатора не должна превышать 50о С.

Если светодиод будет работать при температуре больше 50о С, он быстро выйдет из строя.

Светодиод

Светодиоды бывают разных конструктивных исполнений. Для светильника необходимы светодиоды мощностью 1 или 3 ватт.

Синие светодиоды приклеивают к пластине токопроводящим клеем. Красные светодиоды клеят через теплопроводный скотч, чтобы изолировать подложку от пластины.

Следует обязательно перед пайкой или приклеиванием светодиодов к пластине убедиться в их полярности. На одной из ножек-выводов светодиода выдавлен минус-это катод. Соответственно другой — анод. Это плюс.

На фото видно, что светодиоды собраны последовательно. После сборки всей цепочки к ней подключают драйвер RLD10.

Драйвер нужно подбирать по будущей мощности светильника. Мощность светильника равна сумме мощностей светодиодов.

Драйвер светильника способен питать энергией светодиоды суммарной мощность 15 ватт при токе 330 мА. Таким образом, нагрузку от 10 светодиодов он легко выдержит.

Светодиодные прожектора для теплиц

Светодиодные прожектора могут использоваться в теплице в качестве основного и дополнительного освещения. Его основная задача ничем не отличается от целей других осветительных устройств – спектр волн должен способствовать обогащению растений во время цветения, а так же вегетации. Важное преимущество данного прибора – повышенная герметичность, что играет роль в теплицах, в которых наблюдается повышенная влажность.

В спектр прожектора можно включить любые из перечисленных волн:

1. Голубую – ускоряет рост растений. Ее длина составляет 430, 460 нм.
2. Красную – положительно влияет на процессы роста и цветения растений. Длина – 630. 660 нм.
3. Ультрафиолетовую – способствует росту растений и уничтожает вредных насекомых. Однако УФ волны, длина которых составляет 380 нм, являются вредными для человеческого здоровья, поэтому их не включают в стандартную модификацию. Но при желании потребителя, производители могут добавить в сборку и ультрафиолетовый спектр.
4. Инфракрасную – ускоряет рост растений, но имеет отрицательное влияние на здоровье человека. Поэтому данного спектра, как и УФ волн, нет в стандартной сборке. Однако при желании, нет ничего невозможного. Заботливые о клиентах производители светодиодов могут добавить ИК волны в модификацию.

Нормы и требования

Следует отметить, что все представители растительного мира по-разному реагируют на воздействие светового излучения. Также спектр излучения будет стимулировать различные функции у произрастающих культур, поэтому вам необходимо учитывать длину излучаемых волн, лежащих в ультрафиолетовом или инфракрасном спектре:

• Ультрафиолетовый спектр от 300 до 400 нм – пригодиться для удаления вредоносных микроорганизмов из теплицы, но может использоваться исключительно в профилактических целях. Длительное воздействие окажется губительным для флоры.
• Фиолетовый 400 – 430 нм – позволяет укрепить ствол и повысить устойчивость к внешним погодным факторам.
• Синий спектр 440 – 460 нм – способствует росту как корневой системы, так и листьев, повышает фотосинтез выращиваемых в теплице культур.
• Зеленый 500 – 600 нм – не несет практической пользы для обитателей теплицы, если установить только такие модели приборов освещения, может погибнуть весь урожай.
• Желтый 600 – 620 нм – стимулирует вытягивание растений, что подходит далеко не всем культурам, к примеру, актуально для декоративных деревьев, кустарников и прочих. Но бесполезно для плодоносящих или цветущих.
• Красный спектр 620 – 700 нм – под его воздействием стимулируется выработка углеводов и их дальнейшая транспортировка, что приводит к быстрому развитию плодов или цветоносов.
• Инфракрасное излучение от 780 нм и более приводит к наращиванию температуры растений, что может погубить урожай в теплице.

Выбор конкретного спектра ламп для искусственного освещения производится в соответствии с сортом выращиваемой флоры и требуемого результата. На практике лампы освещения могут содержать сразу несколько спектров, что расширяет их функциональность. Но это относится далеко не ко всем устройствам освещения, поэтому необходимо внимательно изучить особенности влияния световых приборов на микроклимат теплицы и состояние ее обитателей.

Влияние света на культуры

Инфракрасное освещение для зимних теплиц

Лампы инфракрасного спектра действия так же пользуются спросом у фермеров, занимающихся сельскохозяйственной деятельностью. При этом их принцип работы довольно схож со значимостью обычных ламп накаливания. Строение данного осветительного прибора представляет собой колбу, стекло которой, зачастую, обладает красным цветом. Эта характеристика повышает КПД инфракрасных ламп. При прохождении через окрашенное стекло волны, остаток видимого света сводится к минимуму.

Осветительные приборы инфракрасного излучения обладают высоким спросом за счет возможности создания идеальных для роста и развития растений условий и обогрева помещения.

В основном потребители применяют в теплицах лампы, характеристики которых соответствуют следующим требованиям:

• Показатели температуры не превышают 600 0С.
• Максимальная мощность колеблется на уровне 250 Вт.
• Спектр ИК волн находится в приделах 3,5-5 мкм.

Для правильного расчета количества таких ламп на кв. м. рационально учитывать высоту их подвеса. Пренебрежение данного показателя может привести к климатическому дисбалансу, который неблагоприятно отразится на тепличных растениях.

Что лучше использовать для освещения теплицы

Светодиодные лампы принесут пользу всем типам теплиц. Они подходят как для промышленных теплиц, так и для оранжерей, зимнего сада.

Светодиодные обогреватели можно применять для увеличения показателей урожая.

Важную роль при выборе играет ее световой пучок. Принадлежность к тому или иному спектру определяется длиной волны. Помимо описанных выше красных и синих диодов, в модификацию осветительных приборов могут быть включены и оранжевые, желтые, зеленые и голубые диоды.

При выборе светильников для теплиц важно обращать внимание и на угол освещения. Их существует три:

1. Угол в 600.
2. Угол в 900.
3. Угол в 1200.

Первый наклон освещения идеально подходит для выращивания томатов, огурцов и перца, а так же для цветущих растений. В свете под углом в 900 нуждаются растения, которые требуют сбалансированного излучения.

Увеличение зоны покрытия освещения требуют салат, петрушка, лук, укроп и другие виды зелени.

Подведя итог

Отсутствие информации по led-лампам для растений не дает владельцам теплиц однозначного ответа на вопрос: «Что эффективней: ДНат или светодиоды?». Но данная статья показывает, что у освещения данного типа есть высокие перспективы. Изначально значительная стоимость светодиодных ламп довольно быстро окупается за счет ряда их преимуществ. Кроме того, качественная продукция брендовых производителей будет освещать теплицы ни один и не два года. Поэтому led — лампы смело можно отнести к категории экономичных осветительных приборов.