Гибридное освещение для огурцов

Польские ученые подсчитали, какая комбинация светильников принесет наибольшую выгоду производителям огурцов – это гибридное освещение

Группа ученых из Института садоводческих наук, Варшавский университет естественных наук, Польша (Катажина Ковальчик, Давид Олевницкий, Малгожата Миргос и Янина Гайц-Вольска) провели ряд экспериментов, чтобы выяснить преимущества и недостатки различных систем освещения в теплицах для огурцов.

Количество энергии, используемой в сельскохозяйственном производстве закрытого грунта, постоянно увеличивается. В зимние месяцы в тепличной промышленности дополнительное освещение, необходимое для поддержания уровня производительности, приводит к высоким расходам.

В современных технологиях используются широкополосные натриевые лампы высокого давления (HPS), которые не являются самым эффективным источником света для растениеводства. Недавние успехи в развитии технологий источников света привели к новым возможностям использования устойчивых и высокоэффективных осветительных приборов для теплиц в виде светодиодов (светоизлучающих диодов).

Целью исследования было оценить эффективность трех различных типов освещения при выращивании огурцов и их влияние на переменные затраты.

Огурец – экономически важный овощ, выращиваемый более чем в 80 странах мира, и его годовое производство оценивается примерно в 80 миллионов тонн, в том числе около 3 миллионов тонн выращивается в Европейском Союзе (ЕС 28).

Высокая температура, влажность, интенсивность света и доступность питательных веществ – все это важно для производства огурца, типичного субтропического растения, очень чувствительного к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Огурцы развиваются в диапазоне температур от 18,3 до 23,9 °C, при минимальной температуре 15,6 °C и максимальной 32,2 °C. Прорастание огурца происходит в почве с температурным диапазоном от 15,6 до 35 °C. Однако при температурах ниже 15,6 °C прорастание существенно затрудняется.

При выращивании огурцов, как и при выращивании других растений, большое значение имеет энергия света, и контроль температуры следует учитывать в контексте интенсивности света. Кроме того, огурцы, полученные при пониженном уровне освещенности, содержат меньше сухого вещества, а цвет при сборе становится светло-зеленым, но плоды быстро желтеют на полке в магазине.

Использование динамических моделей дополнительного освещения в производстве тепличных культур становится очевидной необходимостью для производителей во всем мире.

В северных широтах, где уровень солнечной освещенности (дневной интегральный световой поток) недостаточен осенью и зимой и даже в пасмурные летние дни, в течение всего года используется дополнительное освещение натриевые лампы высокого давления (HPS).

Однако, из-за их высокой рабочей температуры лампы HPS могут применяются только в качестве верхнего освещения при размещении над растительным покровом, что приводит к неравномерному вертикальному распределению света на высоких культурах, таких как огурцы.

Альтернативным решением может стать светодиодное освещение. Светодиоды подходят и для верхнего, и для промежуточного освещения, которое направляет и фокусирует стимулирующий рост свет на наиболее важные части урожая. Исследованиями доказано, что все светодиодные световые эффекты улучшили визуальное качество плодов, а также увеличили урожай более чем на 10%.

Исследование проводилось с использованием трех отдельных отсеков для выращивания в теплице, при этом растения огурца, содержащиеся внутри, были освещены с использованием трех комбинаций:

1. Стандартное освещение HPS от верхних натриевых ламп HPS - контроль.

2. HPS-LED - верхнее освещение HPS и промежуточное светодиодное освещение, и 3. LED-LED - 100% светодиодное освещение.

Результаты показывают, что эффективность использования света была самой высокой в ​​комбинации светодиод-светодиод и самой низкой в ​​HPS, а использование дополнительного лампового освещения в комбинации LED-LED (промежуточное освещение и верхнее освещение) дает наиболее благоприятное превышение всех переменных затрат над стоимостью продукции, которая должна быть получена.

В целом, светодиодное освещение считается полезным в следующих отношениях: небольшой размер, длительный срок службы, пожарная безопасность (поскольку не выделяется избыточное тепло) и низкие значения напряжения, позволяющие использовать устройства с батарейным питанием. И, конечно, низкое энергопотребление имеет первостепенное значение.

Преимущество использования светодиодных ламп по сравнению с традиционными (HPS) лампами заключается в оптимизации и преобразовании энергии в полезный свет - традиционные (HPS) лампы способны преобразовывать лишь 30% в полезный свет и 30% преобразуется в высокую температуру. Светодиоды могут преобразовывать до 50%, а также оптимизируются для работы с различными длинами волн.

В случае освещения светодиодными лампами увеличиваются затраты на тепловую энергию. Тем не менее, увеличение стоимости производства, вызванное использованием комбинации светодиод-светодиоды, безусловно, компенсирует в этом случае затраты на тепловую энергию.

Несмотря на самый высокий абсолютный уровень переменных затрат в этом типе дополнительного освещения, стоимость урожая была выше на 32,55% по сравнению с комбинацией HPS, что также привело к увеличению валовой прибыли.

Однако стоит отметить, что в комбинации HPS-LED доля затрат на освещение и отопление в общей стоимости продукции была самой низкой. Это также комбинация, которая в настоящее время рекомендуется как наиболее полезная для тепличного производства. Следовательно, экономически целесообразно использовать лампы HPS в качестве верхнего света. Правильно спроектированная система гибридного освещения с использованием потолочных HPS со светодиодной подсветкой может снизить затраты на дополнительное освещение, а также позволит одновременно повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

«Одним из ключевых факторов, замедляющих использование светодиодных технологий в тепличном освещении, признаются высокие капитальные затраты: пятилетние затраты на светодиодные светильники более чем вдвое превышают затраты на светильники HPS.

Несмотря на этот недостаток, ожидается, что из-за сильного, повсеместного спроса в нынешней и потенциальной тепличной промышленности технологические инновации и крупномасштабное производство значительно снизят капитальные и эксплуатационные расходы в будущем», заключают авторы.

(Источник: www.mdpi.com).