RU185944U1 - LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS - Google Patents
LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU185944U1 RU185944U1 RU2018106099U RU2018106099U RU185944U1 RU 185944 U1 RU185944 U1 RU 185944U1 RU 2018106099 U RU2018106099 U RU 2018106099U RU 2018106099 U RU2018106099 U RU 2018106099U RU 185944 U1 RU185944 U1 RU 185944U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- lamps
- nlvd
- lamp
- illumination
- Prior art date
Links
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 61
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 17
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 33
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 25
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 235000021384 green leafy vegetables Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 21
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 8
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008121 plant development Effects 0.000 description 4
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 3
- -1 lithium halides Chemical class 0.000 description 3
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021466 carotenoid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001747 carotenoids Chemical class 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000009711 regulatory function Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/20—Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно к выращиванию растений (цветы, овощи, зелень и т.д.) в сооружениях защищенного грунта (парниках, теплицах), точнее к способам и системам их искусственного освещения. Техническим результатом заявляемой полезной модели является значительное увеличение светоотдачи применяемых для освещения натриевых ламп высокого давления, возможность изменения в широких пределах мощности излучения НЛВД при сохранении высокой светоотдачи и, как результат, значительное снижение эксплуатационных расходов на освещение выращиваемых в теплицах растений. Технический результат достигается тем, что в системе освещения выращиваемых растений, содержащей натриевые лампы высокого давления с источниками их питания и осветителями, система освещения включает систему управления, которая содержит блок регулировки потребляемой по меньшей мере частью ламп мощности источника питания в интервале от 50% до 250% номинального значения потребляемой мощности, предпочтительно от 70% до 160% номинального значения, и/или блок независимого выключения лампы и/или группы ламп. 6 з.п. ф-лы.The utility model relates to agriculture, namely to growing plants (flowers, vegetables, greens, etc.) in greenhouses (greenhouses, greenhouses), more specifically to methods and systems for their artificial lighting. The technical result of the claimed utility model is a significant increase in light output used for illumination of high-pressure sodium lamps, the possibility of changing over a wide range of NLVD radiation power while maintaining high light output, and, as a result, a significant reduction in operating costs for lighting plants grown in greenhouses. The technical result is achieved by the fact that in the lighting system of cultivated plants containing high pressure sodium lamps with their power sources and illuminators, the lighting system includes a control system that includes a unit for adjusting the power source consumed by at least part of the lamps in the range from 50% to 250 % of the nominal value of the power consumption, preferably from 70% to 160% of the nominal value, and / or an independent unit for turning off the lamp and / or group of lamps. 6 c.p. f-ly.
Description
Заявляемая полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно к выращиванию растений (цветы, овощи, зелень и т.д.) в сооружениях защищенного грунта (парниках, теплицах), точнее к системам их искусственного освещения.The inventive utility model relates to agriculture, namely to growing plants (flowers, vegetables, greens, etc.) in the construction of sheltered soil (greenhouses, greenhouses), more specifically to their artificial lighting systems.
Для качественного роста и созревания растений их освещенность должна составлять ~10-12 (8-15) тыс. люкс при предпочтительной длительности освещения растений от 10-12 до 16-18 часов в день в зависимости от конкретной выращиваемой культуры и стадии ее вегетационного периода (стадии жизненного цикла растения от посева семян до созревания и сбора урожая). Поскольку естественное освещение не позволяет выращивать растения круглогодично, то при их тепличном выращивании необходимо искусственное освещение не только зимой, но и весной-осенью.For high-quality growth and maturation of plants, their illumination should be ~ 10-12 (8-15) thousand lux with a preferred duration of illumination of plants from 10-12 to 16-18 hours per day, depending on the particular crop and stage of its growing season ( stages of the plant life cycle from sowing seeds to ripening and harvesting). Since natural lighting does not allow growing plants year-round, with their greenhouse cultivation artificial lighting is necessary not only in winter but also in spring and autumn.
При выборе источника освещения растений более корректно сравнивать не создаваемые световые потоки в люменах, которые представляют собой фотометрические единицы, то есть характеризуют специфику и спектральную чувствительность человеческого зрения, а генерируемую фотосинтетически активную радиацию (ФАР), еще более адекватным параметром является усваиваемый растением поток фотонов (Yield Photon Flux, YPF, представляющий собой ФАР с учетом зависимости эффективности фотосинтеза от длины волны. Эффективность фотосинтеза имеет два выраженных максимума - в синей 400-510 нм (420-490 нм) области спектра, которая особенно важна на этапе роста растений, и в красной 620-700 нм (630-690 нм), которая является основной на этапе созревания и плодоношения. Излучение в указанных спектральных областях считается наиболее важным при выращивании растений. Однако исследования выращивания растений с помощью различного искусственного освещения, включая различные по спектру излучения наборы светодиодных источников, продемонстрировали важность других участков видимого спектра (прежде всего, «зеленой»), выполняющих важные для развития растений регуляторные функции, а также ближнего УФ и особенно ИК диапазонов, включая область поглощения фитохромов ~700-750 нм.When choosing a source of plant illumination, it is more correct to compare the non-generated light fluxes in lumens, which are photometric units, that is, characterize the specificity and spectral sensitivity of human vision, and the generated photosynthetically active radiation (PAR), the photon flux assimilated by the plant is even more adequate ( Yield Photon Flux, YPF, which is a PAR, taking into account the dependence of the photosynthesis efficiency on the wavelength. The photosynthesis efficiency has two pronounced max Muma - in the blue 400-510 nm (420-490 nm) region of the spectrum, which is especially important at the stage of plant growth, and in the red 620-700 nm (630-690 nm), which is the main one at the stage of ripening and fruiting. The indicated spectral regions are considered to be the most important for growing plants, however, studies of growing plants using various artificial lighting, including different sets of LED sources in the emission spectrum, have shown the importance of other parts of the visible spectrum (primarily “green”) that perform x regulatory functions important for plant development, as well as near UV and especially IR ranges, including the phytochrome absorption region of ~ 700-750 nm.
Известна система освещения выращиваемых растений, включающая в качестве источника освещения металлогалогенные лампы с источниками питания, а также осветители для концентрации света на растениях, в том числе металлогалогенные лампы с добавками, корректирующими спектр излучения лампы - например, с галогенидами лития; металлическим литием, галогенидами олова ([1]: патент RU 2040828). Однако и со специальными добавками светоотдача металлогалогенных ламп не слишком высока, что приводит к значительным затратам на электроэнергию при их использовании и, как следствие, к существенному росту себестоимости производства растений в теплицах при таком освещении. Кроме того, спектральный состав излучения такого источника освещения может быть оптимальным для одной стадии роста/созревания/плодоношения растения, но существенно не оптимальным для других стадий.A known lighting system for cultivated plants, including metal halide lamps with power sources as well as illuminators for concentrating light on plants, including metal halide lamps with additives that correct the emission spectrum of lamps — for example, with lithium halides; lithium metal, tin halides ([1]: patent RU 2040828). However, with special additives, the luminous efficiency of metal halide lamps is not too high, which leads to significant energy costs when using them and, as a result, to a significant increase in the cost of production of plants in greenhouses under such lighting. In addition, the spectral composition of the radiation of such a light source may be optimal for one stage of growth / ripening / fruiting of the plant, but not substantially optimal for other stages.
Известно значительное число систем освещения выращиваемых растений, включающих наряду с источниками питания и осветителями в качестве источника света набор светодиодных излучателей разной длины волны, причем спектр излучения светодиодов выбирают, как правило «сине-красным», например ([2]: патент на полезную модель RU 102178). В различных вариантах реализации известного технического решения используются те или иные варианты фиксации светодиодов и их охлаждения, а также форма осветителей ([2], [3]: патент на полезную модель RU 107 449, [4]: патент RU 2468571, [5]: патент на полезную модель RU 127286, [6]: патент RU 2369086) и т.д. Известна также входящая в систему освещения система управления светодиодными излучателями с датчиком освещенности, которая за счет управления блоками питания светодиодов оптимизируют спектр и интенсивность освещения растений в зависимости от внешнего освещения и, в том числе, с учетом конкретного вида растения и стадии его развития ([7]: патент RU 2278408).A significant number of lighting systems for cultivated plants is known, including, along with power sources and illuminators, a set of LED emitters of different wavelengths as a light source, and the emission spectrum of LEDs is usually chosen as “blue-red”, for example ([2]: utility model patent RU 102178). In various versions of the implementation of the known technical solution, various fixation options for LEDs and their cooling are used, as well as the form of illuminators ([2], [3]: patent for utility model RU 107 449, [4]: patent RU 2468571, [5] : patent for utility model RU 127286, [6]: patent RU 2369086), etc. The control system for LED emitters with an ambient light sensor, which is included in the lighting system and which, by controlling LED power supplies, optimizes the spectrum and intensity of plant illumination depending on external lighting, including taking into account the specific type of plant and stage of its development ([7 ]: patent RU 2278408).
Возможность оптимизации и оперативного управления спектром (соотношением мощности светодиодов, излучающих в разных участках спектра) освещения растений, достаточно высокая эффективность преобразования электрической энергии источников питания светодиодов в свет соответствующего спектрального диапазона является важным достоинством известных светодиодных фитооблучателей. Однако высокая стоимость светодиодов (в расчете на мощность генерируемого ими света), масштаб которой в зависимости от спектрального диапазона составляет $1 и более за ватт, приводит к высоким начальным затратам на освещение теплиц и, кроме того, реальный КПД светодиодов 25-35% не настолько высок, чтобы компенсировать значительные начальные затраты более низкими эксплуатационными расходами по сравнению с использованием других эффективных источников света.The ability to optimize and promptly control the spectrum (the ratio of the power of LEDs emitting in different parts of the spectrum) of plant lighting, the rather high efficiency of converting the electrical energy of LED power sources into the light of the corresponding spectral range is an important advantage of the known LED phytoradiators. However, the high cost of LEDs (based on the power of the light generated by them), the scale of which depending on the spectral range is $ 1 or more per watt, leads to high initial costs for lighting greenhouses and, in addition, the actual efficiency of LEDs 25-35% is not so high to offset significant upfront costs with lower operating costs compared to other efficient light sources.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система освещения выращиваемых растений, содержащая натриевые лампы высокого давления (НЛВД) с источниками питания и осветителями. НЛВД многих производителей широко применяются для искусственного освещения при выращивании растений, например НЛВД компании ООО «Рефлакс» (Россия) ([8]: http://www.reflux.ru/usage/plants/greenhouse/). К достоинствам применения НЛВД в теплицах относится достаточно высокая световая эффективность таких ламп при спектре, который не оптимален для восприятия человеком, но при этом лучше соответствует спектральной эффективности фотосинтеза, особенно на стадии созревания и плодоношения. С современной пускорегулирующей аппаратурой лампы имеют высокий ресурс свыше 20-25 тыс. часов при достаточном для такого ресурса количестве включений-выключений (как правило, нескольких тысяч, что " хорошо коррелирует с ресурсом при однократном включении лампы на ~10 часов в день). Кроме стандартных внешних зеркальных осветителей (отражателей), которые обычно изготавливаются из алюминиевого листа (коэффициент отражения 86-89% в видимом диапазоне спектра 400-700 нм), разработаны и имеются на рынке НЛВД с серебряным напылением (коэффициент отражения 87-95% в видимом диапазоне спектра), причем напыление может наноситься на внутреннюю поверхность лампы со специальной формой колбы, что исключает загрязнение поверхности осветителя, попадание отраженного света на горелку лампы и в целом увеличивает световой поток на 5-10% по сравнению со случаем внешнего алюминиевого осветителя при значительном, однако, росте стоимости таких ламп.The closest technical solution (prototype) is a lighting system for cultivated plants containing high pressure sodium lamps (NLVD) with power sources and illuminators. NLVD of many manufacturers is widely used for artificial lighting when growing plants, for example, NLVD of the company Reflax LLC (Russia) ([8]: http://www.reflux.ru/usage/plants/greenhouse/). The advantages of using NLVD in greenhouses include the relatively high luminous efficiency of such lamps with a spectrum that is not optimal for human perception, but which better matches the spectral efficiency of photosynthesis, especially at the stage of maturation and fruiting. With modern ballasts, the lamps have a high resource of more than 20-25 thousand hours with a sufficient number of on-offs for this resource (usually several thousand, which "correlates well with the resource when the lamp is turned on once for ~ 10 hours a day). In addition standard external mirror illuminators (reflectors), which are usually made of aluminum sheet (reflection coefficient 86-89% in the visible range of the spectrum 400-700 nm), are developed and are available on the NLVD market with silver coating (reflection coefficient 87-95% in the visible range of the spectrum), and spraying can be applied to the inner surface of the lamp with a special bulb shape, which eliminates contamination of the surface of the illuminator, reflected light entering the lamp burner and generally increases the luminous flux by 5-10% compared with the case external aluminum illuminator with a significant, however, increase in the cost of such lamps.
Стандартные НЛВД с внешним осветителем имеют низкую крупнооптовую стоимость менее $4 за лампу с потребляемой мощностью 250-400 Вт, то есть ~$0,05 за ватт световой мощности и при сопоставимых эксплуатационных расходах на сегодня имеют значительные преимущества по сравнению со светодиодными фитооблучателями. Однако эксплуатационные расходы и, следовательно, затраты в целом на освещение выращиваемых в теплицах растений остаются достаточно высокими. Укажем, что НЛВД имеют недостаточную мощность излучения в «синей» части видимой области спектра (400÷520 нм), а это излучение существенно, особенно на начальных стадиях развития растений и для компенсации этого недостатка известно использование комбинации из НЛВД с «синими» светодиодами. Кроме того, как правило, мощность излучения НЛВД не регулируется и лампы работают в режиме «включено-выключено» (возможен также переход в так называемый «ночной режим» с пониженным энергопотреблением и существенно меньшей светоотдачей), что не позволяет обеспечить оптимальный режим облучения растений при изменении естественного освещения, в том числе в течение светового дня и в течение вегетационного периода, поскольку естественная освещенность, например, в январе и марте отличается не просто существенно, а кратно.Standard NLVD with an external illuminator have a low wholesale price of less than $ 4 per lamp with a power consumption of 250-400 watts, i.e. ~ $ 0.05 per watt of light power and at comparable operating costs today have significant advantages compared to LED phyto-irradiators. However, operating costs and, consequently, the costs in general for lighting plants grown in greenhouses remain quite high. We point out that NLVD have insufficient radiation power in the “blue” part of the visible spectral region (400–520 nm), and this radiation is significant, especially at the initial stages of plant development, and it is known to use a combination of NLVD with “blue” LEDs. In addition, as a rule, the radiation power of NLVD is not regulated and the lamps operate on-off (it is also possible to switch to the so-called “night mode” with reduced power consumption and significantly lower light output), which does not allow for optimal plant irradiation at changes in natural light, including during daylight hours and during the growing season, because natural light, for example, in January and March differs not only significantly, but by a factor.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является значительное увеличение светоотдачи применяемых для освещения натриевых ламп высокого давления, возможность изменения в широких пределах мощности излучения НЛВД при сохранении высокой светоотдачи и, как следствие, значительное снижение эксплуатационных расходов на освещение выращиваемых в теплицах растений.The technical result of the claimed utility model is a significant increase in light output used for illumination of high-pressure sodium lamps, the possibility of changing over a wide range the radiation power of the NLVD while maintaining high light output, and, as a result, a significant reduction in operating costs for lighting plants grown in greenhouses.
Технический результат достигается тем, что в системе освещения выращиваемых растений, содержащей натриевые лампы высокого давления с источниками их питания и осветителями, система освещения включает систему управления, которая содержит блок регулировки потребляемой по меньшей мере частью ламп мощности источника питания в интервале от 50% до 250% номинального значения потребляемой мощности, предпочтительно от 70% до 160% номинального значения, и/или блок независимого выключения лампы и/или группы ламп.The technical result is achieved by the fact that in the lighting system of cultivated plants containing high pressure sodium lamps with their power sources and illuminators, the lighting system includes a control system that includes a unit for adjusting the power source consumed by at least part of the lamps in the range from 50% to 250 % of the nominal value of the power consumption, preferably from 70% to 160% of the nominal value, and / or an independent unit for turning off the lamp and / or group of lamps.
В рамках заявляемого технического решения номинальное значение потребляемой мощности («номинал») для коммерческих (серийно выпускаемых) натриевых ламп высокого давления - это указываемая производителем потребляемая НЛВД мощность при стандартном ресурсе лампы не менее (12-15)÷(20-25) тыс. часов, некоторое различие в приводимом производителями значении ресурса связано не только с конструктивными особенностями ламп и технологий их изготовления, но и с тем, что различные производители определяют и указывают ресурс рассматриваемых источников света несколько по-разному (см. ниже). Производитель в спецификации (паспорте) НЛВД указывает следующие основные параметры: потребляемая мощность (Вт), световое излучение (люмены) и ресурс (часы), номинальная потребляемая мощность часто включается в название лампы.Within the framework of the claimed technical solution, the nominal value of the power consumption (“face value”) for commercial (commercially available) high pressure sodium lamps is the power indicated by the manufacturer of the NLVD with a standard lamp life of at least (12-15) ÷ (20-25) thousand hours, some difference in the value of the resource given by the manufacturers is associated not only with the design features of the lamps and their manufacturing technologies, but also with the fact that various manufacturers determine and indicate the resource of the sources under consideration with Veta is somewhat different (see below). The manufacturer in the specification (passport) of the NLVD indicates the following main parameters: power consumption (W), light radiation (lumens) and resource (hours), the nominal power consumption is often included in the name of the lamp.
Например, для лампы ДНаТ Super 250 производства ГУП «ЛИСМА» (Саранск, Россия) в спецификации указаны: потребляемая мощность (номинальная) - 250 Вт, световой поток - около 33.000 люменов, ресурс - 48 тыс. часов (наряду с указанными основными параметрами приводятся напряжение питания, тип цоколя, размеры и т.д.).For example, for the DNaT Super 250 lamp manufactured by LISMA State Unitary Enterprise (Saransk, Russia), the specification indicates: power consumption (nominal) - 250 W, light flux - about 33,000 lumens, resource - 48 thousand hours (along with the main parameters indicated supply voltage, type of cap, dimensions, etc.).
Для натриевой лампы высокого давления NAV-T 400 SUPER 4Y производства компании OSRAM (Германия) производитель приводит: номинальная потребляемая мощность - 400 Вт, световой поток - 55.000 люменов, относительно ресурса указывается следующее: по истечении 16 тыс. часов работы 95% ламп NAV® 4Y® мощностью 150, 250 и 400 Вт продолжают оставаться работоспособными (4Y означает 4 года).For a high-pressure sodium lamp NAV-T 400 SUPER 4Y manufactured by OSRAM (Germany), the manufacturer gives: nominal power consumption - 400 W, luminous flux - 55,000 lumens, the following is indicated regarding the life: after 16 thousand hours of operation, 95% of NAV® lamps 4Y® power of 150, 250 and 400 watts continue to be operational (4Y means 4 years).
Для натриевой лампы высокого давления SON-T 400W Е Е40 SL/12 производства компании Philips (Нидерланды) производитель приводит: номинальная потребляемая мощность - 392 Вт, номинальный световой поток - 48.000 люменов (минимальный - 43.200 люменов), относительно ресурса указывается следующее: срок службы до 20% отказов составляет 20 тыс. часов, срок службы до 50% отказов - 28 тыс. часов.For a high-pressure sodium lamp SON-T 400W Е E40 SL / 12 manufactured by Philips (Netherlands), the manufacturer gives: nominal power consumption - 392 W, nominal luminous flux - 48,000 lumens (minimum - 43,200 lumens), the following is indicated regarding the life: service life up to 20% of failures is 20 thousand hours, the service life of up to 50% of failures is 28 thousand hours.
Аналогичные данные для НЛВД с ресурсом масштаба 15÷20 тыс. часов и более приводят и другие производители, потребляемая лампой при указанной величине ресурса ее работы мощность принята за номинальную.Similar data for NLVD with a resource of a scale of 15 ÷ 20 thousand hours or more are also provided by other manufacturers, the power consumed by the lamp at the indicated value of the resource of its operation is taken as the rated power.
Отметим также, что потребляемая от сети мощность источника питания лампы несколько превосходит потребляемую лампой, поскольку КПД источников питания ниже 100%. Например, для лампы SON-T 400W Е Е40 SL/12 с номинальной потребляемой мощностью 392 Вт производителем указывается потребляемая от сети мощность 431 Вт (КПД источника питания около 91%).We also note that the power consumption of the lamp power supply from the mains is slightly higher than that consumed by the lamp, since the efficiency of power sources is below 100%. For example, for a SON-T 400W E E40 SL / 12 lamp with a rated power consumption of 392 W, the manufacturer indicates the power consumption of the network 431 W (power supply efficiency of about 91%).
Заявляемое техническое решение основано на нескольких связанных обстоятельствах.The claimed technical solution is based on several related circumstances.
1. Авторы заявляемой полезной модели обнаружили, что при увеличении мощности питания НЛВД выше номинального значения светоотдача лампы быстро увеличивается, причем в наиболее важных для фотосинтеза областях спектра («синей» и «красной») рост светоотдачи существенно выше, чем в среднем по видимому спектру, то есть YPF в основных для фотосинтеза областях спектра увеличивается сильнее, чем обычно определяемый световой поток от лампы в люменах.1. The authors of the claimed utility model found that with an increase in the power of the NLVD above the nominal value, the light output of the lamp quickly increases, and in the most important regions of the spectrum for photosynthesis (“blue” and “red”), the increase in light output is significantly higher than the average for the apparent spectrum that is, YPF in the spectral regions essential for photosynthesis increases more than the usually determined luminous flux from the lamp in lumens.
Например, для НЛВД ДНаЗ/Reflux 250-2 с номинальной потребляемой мощностью 250 Вт и сроком службы >20 тыс. часов ([8]) увеличение мощности питания до 400 Вт (в 1,6 раза) привело к росту мощности излучения в спектральном интервале 420-510 нм в 2,14 раза, мощность излучения в диапазоне 630-690 нм выросла в 3,45 раза, то есть светоотдача лампы увеличилась на 34% в синей области спектра и на 116% в красной области.For example, for NLVD DNAZ / Reflux 250-2 with a rated power consumption of 250 W and a service life> 20 thousand hours ([8]), an increase in the power supply to 400 W (1.6 times) led to an increase in the radiation power in the spectral range 420-510 nm 2.14 times, the radiation power in the range 630-690 nm increased 3.45 times, that is, the light output of the lamp increased by 34% in the blue region of the spectrum and by 116% in the red region.
Более того, мощность излучения указанного НЛВД с номинальной потребляемой мощностью 250 Вт при увеличении мощности питания до 400 Вт превосходит мощность излучения НЛВД ДНаЗ с номинальной мощностью 400 Вт и штатным блоком питания 400 Вт: в 1.4 раза в спектральном диапазоне 420-510 нм и в 2.5 раз в спектральном диапазоне 630-690 нм.Moreover, the radiation power of the specified NLVD with a nominal power consumption of 250 W with an increase in power supply to 400 W exceeds the radiation power of the NLVD DNaZ with a nominal power of 400 W and a standard power supply unit of 400 W: 1.4 times in the spectral range 420-510 nm and 2.5 times in the spectral range of 630-690 nm.
Для НЛВД ДНаТ 150-1М с номинальной мощностью 150 Вт (производитель ГУП «ЛИСМА», указываемый ресурс 20 тыс. часов, световой поток 15.000 люменов) при увеличении потребляемой мощности до 255 Вт (в 1,7 раза) мощность излучения увеличилась:For NLVD DNaT 150-1M with a rated power of 150 W (manufacturer GUP "LISMA", indicated resource of 20 thousand hours, luminous flux of 15,000 lumens) with an increase in power consumption up to 255 W (1.7 times), the radiation power increased:
- в 2,45 раз в спектральном диапазоне 420-510 нм (рост светоотдачи в 1,44 раза),- 2.45 times in the spectral range of 420-510 nm (increase in light output by 1.44 times),
- в 3,95 раз в спектральном диапазоне 630-690 нм (рост светоотдачи в 2,32 раза),- 3.95 times in the spectral range 630-690 nm (increase in light output by 2.32 times),
при этом мощность излучения лампы в видимом диапазоне в целом возросла в 2,13 раза (рост светоотдачи в 1,25 раз), а создаваемая лампой освещенность (с учетом кривой видности) - всего в 1,81 раза (отнесенный к мощности питания рост светового потока составил 6,3% раза).while the radiation power of the lamp in the visible range as a whole increased by 2.13 times (an increase in light output by 1.25 times), and the illumination created by the lamp (taking into account the visibility curve) was only 1.81 times (the increase in light flow amounted to 6.3% times).
Некоторый рост светоотдачи НЛВД при увеличении потребляемой мощности известен ([9]: Рохлин Г.Н. «Разрядные источники света», 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1991), например при увеличении потребляемой мощности с 400 до 600 Вт (в 1,5 раза) доля мощности видимого излучения увеличилась в 1,15 раза (на 15%), при этом по измерениям авторов световой поток от лампы в люменах возрастает еще меньше и такой незначительный рост светоотдачи не может быть скомпенсирован снижением ресурса НЛВД (см. ниже). Однако авторами заявляемого изобретения обнаружен непропорционально больший (в красной области спектра даже кратно больший) рост мощности излучения НЛВД с повышенной потребляемой мощностью именно в важнейших для роста и развития растений спектральных диапазонах, что принципиально важно именно для выращивания растений.A certain increase in the light output of NLVD with an increase in power consumption is known ([9]: Rokhlin GN “Discharge Light Sources”, 2nd ed. - M .: Energoatomizdat, 1991), for example, when the power consumption is increased from 400 to 600 W ( 1.5 times) the fraction of visible radiation power increased 1.15 times (15%), while according to the authors' measurements, the luminous flux from the lamp in lumens increases even less and such a slight increase in light output cannot be compensated by a decrease in the NLVD resource (see . below). However, the authors of the claimed invention found a disproportionately large (in the red region of the spectrum even a multiple) increase in the radiation power of NLVD with increased power consumption precisely in the spectral ranges that are most important for plant growth and development, which is fundamentally important for growing plants.
Аналогичные результаты с резким ростом светоотдачи в основных для фотосинтеза и развития растений спектральных диапазонах при увеличении потребляемой мощности были получены авторами для НЛВД различных производителей, включая ООО «Лисма» (Россия), Osram (Германия), Philips (Нидерланды) и др., с номинальной потребляемой мощностью 150÷600 Вт, которые являются самыми распространенными в тепличных хозяйствах. Отметим, что существенный во всех случаях рост светоотдачи в «сине-зеленой» и красной областях спектра, тем не менее, отличался для ламп разных производителей и выбор НЛВД для работы в режиме повышенной потребляемой мощности может отличаться от выбора лампы для работы при номинальной потребляемой мощности. 2. Авторы заявляемой полезной модели обнаружили, что ресурс работы стандартных коммерческих НЛВД при значительно увеличенной мощности питания снижается существенно, но, тем не менее, позволяет обеспечить высокую световую эффективность работы лампы по меньшей мере в течение одного-двух вегетационных периодов выращивания растений (один вегетационный период требует до 800-И ООО часов искусственного освещения).Similar results with a sharp increase in light output in the spectral ranges essential for photosynthesis and plant development with increasing power consumption were obtained by the authors for NLVD of various manufacturers, including Lisma LLC (Russia), Osram (Germany), Philips (Netherlands), etc., s rated power consumption of 150 ÷ 600 W, which are the most common in greenhouses. Note that, in all cases, a significant increase in light output in the “blue-green” and red spectral regions, however, was different for lamps of different manufacturers, and the choice of NLVD for operation in the mode of increased power consumption may differ from the choice of a lamp for operation at nominal power consumption . 2. The authors of the claimed utility model found that the service life of standard commercial NLVD with significantly increased power supply is reduced significantly, but, nevertheless, it allows to provide high light efficiency of the lamp for at least one to two vegetative periods of plant growth (one vegetative the period requires up to 800-I LLC hours of artificial lighting).
Например, через 1000 часов работы НЛВД ДНаЗ/Reflux 250-2 с номинальной мощностью питания 250 Вт при увеличенной до ~400 Вт мощности питания:For example, after 1000 hours of NLVD DNAZ / Reflux 250-2 operation with a rated power of 250 W with a power supply increased to ~ 400 W:
- мощность излучения этой лампы в спектральном диапазоне 420-510 нм превосходит мощность излучения НЛВД со штатной мощностью 400 Вт того же производителя (ДНаЗ/Reflux 400) в 1.21 раза;- the radiation power of this lamp in the spectral range of 420-510 nm exceeds the radiation power of NLVD with a nominal power of 400 W of the same manufacturer (DNaZ / Reflux 400) by 1.21 times;
- мощность излучения этой лампы в спектральном диапазоне 630-690 нм превосходит мощность излучения НЛВД со штатной мощностью 400 Вт того же производителя (ДНаЗ/Reflux 400) в 2.05 раза.- the radiation power of this lamp in the spectral range 630-690 nm exceeds the radiation power of NLVD with a nominal power of 400 W of the same manufacturer (DNaZ / Reflux 400) by 2.05 times.
Таким образом, несмотря на некоторое снижение эффективности НЛВД со штатной мощностью 250 Вт при увеличенной до 400 Вт мощности блока питания, ее светоотдача в таком режиме работы существенно выше, чем у НЛВД со штатной мощностью 400 Вт. Отметим также, что с течением времени выигрыш в эффективности для красной области спектра становится относительно больше, чем для синего (светоотдача в красной области спектра снижается медленнее), что является предпочтительным для растений в течение второй половины вегетативного цикла.Thus, despite a slight decrease in the efficiency of NLVD with a nominal power of 250 W with a power supply unit increased to 400 W, its light output in this operating mode is significantly higher than that of NLVD with a nominal power of 400 W. We also note that over time, the gain in efficiency for the red region of the spectrum becomes relatively larger than for the blue region (light output in the red region of the spectrum decreases more slowly), which is preferred for plants during the second half of the vegetative cycle.
Необходимо также отметить, что при реальном освещении теплиц с учетом естественного освещения лампы НЛВД далеко не все время должны работать в режиме с мощностью питания, которая столь существенно превышает номинальную. Например, в ситуации, когда естественное освещение создает 50% необходимой освещенности растений, НЛВД может эксплуатироваться фактически в штатном режиме, что существенно увеличивает фактический ресурс НЛВД при освещении теплиц в заявляемой авторами системе освещения. Для эффективного использования естественного освещения и необходима заявляемая авторами соответствующая регулировка потребляемой НЛВД мощности питания. При этом формуле заявляемого технического решения не противоречит вариант, когда только часть источников питания выполнена с регулировкой мощности, а часть источников питания имеет постоянную мощность и, соответственно, питаемые ими НЛВД после включения работают с постоянной потребляемой мощностью, которая в предпочтительном варианте существенно превосходит номинальную и составляет 130-180% от номинальной.It should also be noted that in real lighting of greenhouses, taking into account the natural illumination of NLVD lamps, far from all the time they should work in a mode with a power supply that is so much higher than the nominal one. For example, in a situation where natural illumination creates 50% of the required illumination of plants, NLVD can be operated virtually in the normal mode, which significantly increases the actual resource of NLVD when lighting greenhouses in the lighting system claimed by the authors. For the effective use of natural lighting, the authors also need to adjust the power consumption claimed by the NLVD, as claimed by the authors. Moreover, the formula of the claimed technical solution does not contradict the variant when only a part of the power sources are configured with power, and some of the power sources have constant power and, accordingly, the NLVD powered by them, after switching on, operate with constant power consumption, which in the preferred embodiment significantly exceeds the nominal and makes 130-180% of the nominal.
Аналогичные результаты по ресурсу и временному поведению светоотдачи были получены для НЛВД разных производителей с номинальной потребляемой мощностью 150-600(1000) Вт.Similar results on the resource and temporary behavior of light output were obtained for NLVD of different manufacturers with a rated power consumption of 150-600 (1000) watts.
3. Авторы заявляемого изобретения учли то обстоятельство, что эксплуатационные расходы (стоимость электроэнергии) для натриевых ламп высокого давления за время их работы многократно выше стоимости ламп самих по себе. В результате даже при существенном снижении ресурса лампы экономия в оплате электроэнергии за счет роста светоотдачи лампы может существенно превысить затраты на покупку новых ламп.3. The authors of the claimed invention took into account the fact that the operating costs (cost of electricity) for high-pressure sodium lamps during their operation are many times higher than the cost of the lamps themselves. As a result, even with a significant decrease in the lamp life, the savings in the payment of electricity due to the increase in the light output of the lamp can significantly exceed the cost of buying new lamps.
В самом деле, из приведенных выше данных легко видеть, что одна НЛВД ДНаЗ/Reflux 250-2 с номинальной мощностью 250 Вт при работе от блока питания мощностью 400 Вт, что соответствует заявляемому техническому решению, в течение вегетационного периода (примем, что за вегетационный период лампа работает в указанном режиме 800 часов) заменит 2,5 лампы той же мощности, работающие в номинальном режиме при потребляемой мощности 250 Вт. Не учитывая КПД блоков питания (он составляет обычно 91-95%), находим, что за 800 часов одна лампа, работающая при повышенной мощности питания, потребит 320 кВтч электроэнергии, что при цене $0,1 за 1 кВтч соответствует затратам $32. В то же время 2,5 лампы, работающие в номинальном режиме, потребляют 625 Вт и за 800 часов общие затраты электроэнергии составят 500 кВтч или, в стоимостном выражении, $50. Предполагая даже, что через 800 часов лампа, работающая согласно заявляемому техническому решению, будет заменена, а ресурс ламп, работающих в номинальном режиме очень большой («бесконечен»), получим, что общие затраты на освещение выращиваемых растений согласно заявляемому техническому решению составят $36 (для цены лампы $4, при оптовых закупках ламп стоимость еще ниже), а согласно прототипу - $50 или в 1,39 раз больше.In fact, from the above data it is easy to see that one DNaZ / Reflux 250-2 NLVD with a rated power of 250 W when operating from a 400 W power supply unit, which corresponds to the claimed technical solution, during the growing season (we assume that for the growing the period the lamp operates in the indicated mode for 800 hours) it will replace 2.5 lamps of the same power that operate in the nominal mode with a power consumption of 250 watts. Not taking into account the efficiency of power supplies (it usually amounts to 91-95%), we find that in 800 hours one lamp operating at high power supply will consume 320 kWh of electricity, which at a price of $ 0.1 per 1 kWh corresponds to a cost of $ 32. At the same time, 2.5 lamps operating in nominal mode consume 625 W and in 800 hours the total energy consumption will be 500 kWh or, in value terms, $ 50. Even assuming that after 800 hours the lamp operating according to the claimed technical solution will be replaced, and the resource of lamps operating in the nominal mode is very large (“endless”), we get that the total cost of lighting the cultivated plants according to the claimed technical solution will be $ 36 ( for the price of the lamp $ 4, for bulk purchases of lamps the cost is even lower), and according to the prototype - $ 50 or 1.39 times more.
Аналогично, для приведенного выше примера и ресурса НЛВД в заявляемом режиме работы 1600 часов (два цикла выращивания растений), а даже больший ресурс (около 2.000 часов) был получен авторами при повышении потребляемой лампой мощности в 1,6 раза, сравнение затрат на освещение за два вегетационных цикла показывает, что общие затраты на освещение согласно заявляемому техническому решению в 1,47 раза меньше, чем по прототипу.Similarly, for the above example and the NLVD resource in the claimed operating mode of 1600 hours (two cycles of plant growth), even a larger resource (about 2.000 hours) was obtained by the authors with a 1.6-fold increase in the power consumed by the lamp, a comparison of lighting costs for two vegetation cycles shows that the total cost of lighting according to the claimed technical solution is 1.47 times less than the prototype.
Таким образом, экономия электроэнергии при использовании заявляемого технического решения составляет около 40% и более, существенно снижается потребляемая тепличным хозяйством электрическая мощность в целом. Кроме того, при использовании заявляемого технического решения существенно снижаются и начальные затраты на организацию искусственного освещения выращиваемых растений, поскольку при указанном выше соотношении световых потоков вместо 5 источников питания на мощность 250 Вт (ориентировочная стоимость $150-$180) возможно использовать 2 источника питания на мощность 400 Вт (ориентировочная стоимость $90-$110).Thus, the energy savings when using the proposed technical solution is about 40% or more, the electric power consumed by the greenhouse is significantly reduced as a whole. In addition, when using the proposed technical solution, the initial costs for organizing artificial lighting of cultivated plants are significantly reduced, since with the above ratio of light fluxes instead of 5 power sources for a power of 250 W (estimated cost $ 150- $ 180), it is possible to use 2 power sources for a power of 400 W (estimated cost $ 90- $ 110).
Следует указать, что предлагаемый авторами заявляемого технического решения подход к системе освещения выращиваемых растений, а именно: получение максимальной светоотдачи, прежде всего в основных для фотосинтеза диапазонах, даже за счет резкого снижения ресурса для относительно дешевых (в расчете на ватт излучаемой световой мощности) источников света, позволяет реализовать дополнительный выигрыш в эффективности использования искусственного освещения за счет неоднократного (при необходимости) включения-выключения НЛВД в течение светового дня, а также за счет эффективного использования внешнего естественного освещения. Такой выигрыш связан с тем, что при меньшем ресурсе НЛВД возможно включать-выключать несколько раз в день (поскольку количество циклов включения-выключения, как установлено авторами, изменяется незначительно) и что при повышенной потребляемой мощности КПД натриевых ламп высокого давления остается высоким при кратном изменении светового потока, именно оба этих обстоятельства позволяют со значительно большей эффективностью использовать естественное освещение.It should be noted that the approach proposed by the authors of the proposed technical solution to the lighting system of cultivated plants, namely: obtaining maximum light output, primarily in the ranges essential for photosynthesis, even due to a sharp decrease in the resource for relatively cheap (per watt of radiated light power) sources light, allows you to realize an additional gain in the effectiveness of the use of artificial lighting due to the repeated (if necessary) on-off NLVD during ovogo of the day, as well as through the effective use of external natural light. Such a gain is due to the fact that with a lower NLVD resource it is possible to turn on and off several times a day (since the number of on-off cycles, as established by the authors, varies slightly) and that with increased power consumption, the efficiency of high-pressure sodium lamps remains high with a multiple change luminous flux, it is precisely these two circumstances that allow the use of natural lighting with much greater efficiency.
1. В известных системах освещения выращиваемых растений с помощью НЛВД регулировка мощности источников питания и, соответственно, потребляемой лампами мощности практически не используется. Основная причина в том, что светоотдача лампы быстро снижается с уменьшением потребляемой мощности питания - при уменьшении мощности питания вдвое по сравнению с номиналом светоотдача лампы снижается, ориентировочно, в 2-2,5 раза (а световой поток в 4-5 раз) и электрическая энергия используется неэффективно.1. In the known lighting systems of cultivated plants using NLVD, the adjustment of the power of power sources and, accordingly, the power consumed by the lamps is practically not used. The main reason is that the light output of the lamp quickly decreases with decreasing power consumption - when the power supply is reduced by half compared to the nominal value, the light output of the lamp decreases, approximately, by 2-2.5 times (and the light flux by 4-5 times) and electric energy is used inefficiently.
Именно этим обстоятельством (падением светоотдачи) объясняется минимальная потребляемая НЛВД мощность согласно изобретению - 50% от номинала, при этом предпочтительная минимальная мощность регулируемого источника питания составляет 75-80% от номинала.It is this circumstance (the decrease in light output) that explains the minimum power consumption of the HPLC according to the invention - 50% of the nominal, while the preferred minimum power of the regulated power supply is 75-80% of the nominal.
Максимальная потребляемая мощность питания НЛВД согласно заявляемому изобретению составляет 250% от номинала, поскольку при таком режиме работы, как установлено авторами, рост светоотдачи замедляется и даже исчерпывается (в ряде случаев лампа начинает работать нестабильно и быстро выходит из строя), а ресурс лампы падает до ~250 часов и менее: в такой ситуации выигрыш в светоотдаче уже практически не компенсирует низкий ресурс лампы, когда нужно учитывать не только стоимость лампы самой по себе, но и стоимость замены ламп во время выращивания растений. Предпочтительная максимальная регулируемая мощность источника питания составляет 160-180% от номинальной - в этом случае светоотдача кратно выше по сравнению с прототипом, а ресурс ее работы еще достаточен.The maximum power consumption of the NLVD power supply according to the claimed invention is 250% of the nominal, since under such a mode of operation, as established by the authors, the increase in light output is slowed down and even exhausted (in some cases, the lamp starts to work unstably and quickly fails), and the lamp life drops to ~ 250 hours or less: in such a situation, the gain in light output already almost does not compensate for the low lamp life, when you need to take into account not only the cost of the lamp itself, but also the cost of replacing the lamps during cultivation I'm plants. The preferred maximum adjustable power of the power source is 160-180% of the nominal - in this case, the light output is several times higher compared to the prototype, and its service life is still sufficient.
Таким образом, регулировка потребляемой лампой мощности питания в интервале 70-80%÷140-180% номинальной потребляемой мощности для представленных на рынке НЛВД позволяет при сохранении высокой светоотдачи изменять в несколько раз световой поток и эффективно использовать естественное освещение даже при малой длительности светового дня или при значительном изменении естественной освещенности в течение дняThus, the adjustment of the power supply consumed by the lamp in the range of 70-80% ÷ 140-180% of the nominal power consumption for the NLVD on the market, while maintaining high light output, allows several times to change the luminous flux and efficiently use natural light even with a short daylight hours or with a significant change in natural light during the day
Специально отметим, что указанный диапазон предпочтительной потребляемой мощности питания относится к использованию при выращивании растений стандартных коммерческих НЛВД, например: работе лампы с номинальной потребляемой мощностью 150 Вт с источником питания мощностью до 250÷280 Вт, лампы с номинальной потребляемой мощностью 250 Вт с источником питания мощностью до 420÷540 Вт и т.д. (во многих случаях приемлемо использование источников питания от ламп с уровнем мощности «на разряд выше»).We specifically note that the indicated range of preferred power consumption refers to the use of standard commercial NLVD when growing plants, for example: operation of a lamp with a rated power consumption of 150 W with a power source of up to 250 ÷ 280 W, lamps with a rated power consumption of 250 W with a power source power up to 420 ÷ 540 W, etc. (in many cases, it is acceptable to use power sources from lamps with a power level of "one discharge higher").
Однако вполне возможна ситуация, когда в рамках предлагаемого авторами подхода (использование ламп с повышенной светоотдачей при существенно меньшем ресурсе) могут быть специально разработаны лампы (например, со скорректированным давлением наполняющего газа и т.д.), для которых повышенная мощность источника питания будет принята штатной (номинальной). Аналогично, стандартная коммерческая лампа может быть «перемаркирована» на большую потребляемую мощность питания специально для работы в теплицах с целью выращивания растений, например стандартной НЛВД с потребляемой при ресурсе ~20 тыс. часов мощностью 250 Вт может быть присвоен шифр, например 400Т (потребляемая мощность 400 Вт, «Т» - теплица) и т.д. В этом случае предпочтительный диапазон регулирования потребляемой мощности источника питания согласно заявляемому техническому решению составит 60-70%÷100-110% от такой «новой» номинальной мощности лампы. Здесь регулировка потребляемой мощности в указанном предпочтительном интервале также позволяет эффективно использовать естественное освещение при высокой светоотдаче источника искусственного освещения (НЛВД).However, it is quite possible that, within the framework of the approach proposed by the authors (the use of lamps with increased light output with a significantly shorter life), lamps (for example, with adjusted filling gas pressure, etc.) can be specially developed for which an increased power supply will be adopted full-time (nominal). Similarly, a standard commercial lamp can be “re-marked” for a large power consumption especially for working in greenhouses for the purpose of growing plants, for example, a standard NLVD with a power of 250 W consumed at a resource of ~ 20 thousand hours, for example, a code can be assigned, for example 400T (power consumption 400 W, “T” - greenhouse), etc. In this case, the preferred range for regulating the power consumption of the power source according to the claimed technical solution is 60-70% ÷ 100-110% of such a “new” nominal lamp power. Here, the adjustment of power consumption in the indicated preferred range also allows the efficient use of natural light at high light output from an artificial light source (NLVD).
В то же время даже для таких специально подготовленных или «перемаркированных» натриевых ламп высокого давления возможно «переопределить» номинальную потребляемую мощность как такую, при которой ресурс указанной лампы составляет не менее 15÷20 тыс. часов, то есть является стандартным для современных НЛВД. В этом случае заявляемое техническое решение состоит в том, что значительная часть времени работы такой лампы проходит при потребляемой мощности 140-180% от номинальной потребляемой мощности, соответствующей достаточно высокому ресурсу работы лампы (15÷20 тыс. часов и более). То есть НЛВД для выращивания растений значительную часть времени работает при такой потребляемой мощности, для которой ресурс работы лампы кратно ниже стандартной для современных ламп величины ~ 20 тыс. часов и составляет в предпочтительном варианте не более (1-2)÷(3-4) тыс. часов - время, за которое экономия потребляемой электроэнергии существенно превосходит стоимость самой лампы, например не менее чем в 1,5-2 раза.At the same time, even for such specially prepared or “remarked” high-pressure sodium lamps, it is possible to “redefine” the nominal power consumption as such at which the lamp life is at least 15–20 thousand hours, that is, it is standard for modern NLVD. In this case, the claimed technical solution consists in the fact that a significant part of the operating time of such a lamp passes with a power consumption of 140-180% of the nominal power consumption corresponding to a sufficiently high lamp life (15 ÷ 20 thousand hours or more). That is, NLVD for growing plants works for a significant part of the time at such a power consumption for which the lamp life is several times lower than the standard value for modern lamps of ~ 20 thousand hours and is preferably not more than (1-2) ÷ (3-4) thousand hours - the time during which the saving of consumed electricity significantly exceeds the cost of the lamp itself, for example, not less than 1.5-2 times.
2. Смысл регулирования мощности искусственных источников света (НЛВД) состоит в том, чтобы эффективно использовать естественную освещенность, которая даже зимним днем составляет ~15-25% от оптимальной для выращивания растений и значительно большую долю уже в ноябре и феврале (для северного полушария).2. The meaning of regulating the power of artificial light sources (NLVD) is to effectively use natural illumination, which even on a winter day is ~ 15-25% of the optimal for growing plants and a significantly larger proportion already in November and February (for the northern hemisphere) .
Для контроля естественной и/или общей освещенности растений авторами предлагается включить в состав заявляемой системы освещения по крайней мере один датчик освещенности (фотодатчик), по сигналу которого система управления регулирует потребляемую НЛВД мощность источника питания и/или отключает лампу от источника питания. Регулировка потребляемой мощности источника питания обеспечивает регулировку (управление) мощности излучения НЛВД, вариант отключения лампы будет рассмотрен ниже. Источники питания с регулируемой потребляемой мощностью известны и представлены на рынке.To control the natural and / or general illumination of plants, the authors propose to include at least one light sensor (photosensor) in the inventive lighting system, by the signal of which the control system regulates the power supply consumed by the HPLC and / or disconnects the lamp from the power source. Adjusting the power consumption of the power source provides adjustment (control) of the radiation power of the NLVD, the option of turning off the lamp will be discussed below. Power supplies with adjustable power consumption are known and marketed.
Поскольку эффективность фотосинтеза разная в разных спектральных интервалах видимого диапазона, то в предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения ориентированный на НЛВД фотодатчик измеряет освещенность в спектральном интервале 620-700 нм или участке спектра внутри указанного спектрального интервала, причем выход датчика соединен с входом системы управления источниками питания НЛВД. Регулирование мощности питания и светового потока лампы в «красной» области спектра осуществляется по сигналу указанного датчика.Since the efficiency of photosynthesis is different in different spectral ranges of the visible range, in the preferred embodiment of the proposed technical solution, the NLVD-oriented photo sensor measures the illumination in the spectral range of 620-700 nm or a portion of the spectrum within the specified spectral range, and the output of the sensor is connected to the input of the power supply control system NLVD. Regulation of the power supply and the luminous flux of the lamp in the "red" region of the spectrum is carried out by the signal of the specified sensor.
В рамках заявляемого технического решения возможно использование нескольких датчиков, в том числе измеряющих освещенность в разных спектральных интервалах (см. также ниже). Датчики могут быть расположены на разной высоте и в различных участках теплицы, в том числе и для того, чтобы при необходимости отдельно измерять не только суммарную, но и только естественную освещенность. Управляющий сигнал в системе регулирования мощности НЛВД может формироваться с учетом сигналов от многих датчиков и, кроме того, этот сигнал может учитывать специфику конкретного выращиваемого растения и стадию его вегетационного периода - вся соответствующая информация может быть заранее внесена в программу, управляющую системой регулирования потребляемой лампами мощности и отключения ламп от источников питания.In the framework of the proposed technical solution, it is possible to use several sensors, including measuring illumination in different spectral ranges (see also below). Sensors can be located at different heights and in different parts of the greenhouse, including in order to separately measure, if necessary, not only the total, but also only the natural illumination. The control signal in the NLVD power control system can be formed taking into account the signals from many sensors and, in addition, this signal can take into account the specifics of a particular plant being grown and the stage of its growing season - all relevant information can be entered into a program that controls the power consumption of lamps and disconnecting lamps from power sources.
Заявляемая система освещения при получении сигнала от фотодатчиков о величине текущей освещенности позволяет оперативно управлять создаваемой НЛВД освещенностью в режиме реального времени за счет регулировки потребляемой лампами мощности с характерным временем отклика до 1-1,5 минуты при том, что время разогрева (выхода на стационарный режим работы) ламп после включения составляет ~7 и более минут. Таким образом, за счет обратной связи с фотодатчиками заявляемая система освещения позволяет оперативно поддерживать оптимальную освещенность выращиваемых растений, как в течение отдельного дня, так и всего вегетационного цикла. 3. При освещении выращиваемых растений согласно прототипу НЛВД, как правило, включаются и выключаются один раз в день. В таком режиме работы при десятичасовой в среднем длительности искусственного освещения ресурс работы ламп составляет ~2500 дней, и такой ресурс хорошо соответствует числу допустимых циклов включения-выключения лампы. Это означает (вместе с отсутствием регулировки светового потока) невозможность эффективно и оперативно реагировать на изменение естественной освещенности в течение светового дня, например включать лампы утром и вечером, выключая их в середине дня, и, тем более, включать-выключать по меньшей мере часть ламп несколько раз в день в зависимости от интенсивности внешнего освещения.The inventive lighting system when receiving a signal from the photosensors about the current illumination value allows you to quickly control the illumination created by the NLVD in real time by adjusting the power consumed by the lamps with a characteristic response time of up to 1-1.5 minutes despite the fact that the warm-up time (exit to stationary mode operation) of lamps after switching on is ~ 7 or more minutes. Thus, due to feedback from the photosensors, the claimed lighting system allows you to quickly maintain optimal illumination of the grown plants, both during a single day and throughout the vegetation cycle. 3. When lighting cultivated plants according to the prototype of NLVD, as a rule, they turn on and off once a day. In this mode of operation, with a ten-hour average duration of artificial lighting, the lamp life is ~ 2500 days, and this resource corresponds well to the number of allowable lamp on-off cycles. This means (along with the lack of adjustment of the luminous flux) the inability to effectively and efficiently respond to changes in natural light during daylight hours, for example, turn on the lamps in the morning and evening, turn them off in the middle of the day, and, moreover, turn on or off at least part of the lamps several times a day depending on the intensity of external lighting.
В заявляемом техническом решении при характерной длительности работы НЛВД ~100-300 дней (суток) использование в составе источников питания и системы управления известной пускорегулирующей аппаратуры (аналогичной прототипу) позволяет и при более высоком энергопотреблении, как установлено авторами, обеспечить не менее 1000 циклов включения-выключения НЛВД, то есть гарантирует возможность несколько раз за рабочий день включать и отключать лампы.In the claimed technical solution, with a typical duration of the NLVD operation of ~ 100-300 days (days), the use of known ballasting equipment (similar to the prototype) as part of the power sources and control system allows, at a higher power consumption, as established by the authors, to provide at least 1000 switching cycles - turn off NLVD, that is, it guarantees the ability to turn on and off the lamp several times during the working day.
Возможность неоднократного отключения ламп в течение дня в зависимости от внешнего освещения позволяет дополнительно повысить экономичность заявляемой системы освещения. Эта возможность обусловлена тем, что генерируемый НЛВД световой поток зависит от потребляемой мощности нелинейно: в типичной ситуации, как обнаружено авторами, для уменьшения светового потока вдвое необходимо снизить потребляемую мощность от 160% номинальной до 125-130% номинальной. То есть при уменьшении светового потока от НЛВД вдвое потребляемая мощность снижается только в ~1,3 раза - светоотдача снижается. Далее, при уменьшении светового потока втрое потребляемая НЛВД мощность питания снижается только в ~1,6 раза и светоотдача падает практически в два раза (в то же время резко увеличивается ресурс работы лампы).The ability to repeatedly turn off the lamps during the day, depending on external lighting, can further increase the efficiency of the claimed lighting system. This possibility is due to the fact that the luminous flux generated by the NLVD depends on the power consumption nonlinearly: in a typical situation, as found by the authors, to reduce the luminous flux by half, it is necessary to reduce the power consumption from 160% of the nominal to 125-130% of the nominal. That is, with a decrease in the luminous flux from the NLVD by half, the power consumption decreases only by ~ 1.3 times - the light output decreases. Further, when the luminous flux is reduced by a factor of three, the power consumption of the NLVD decreases only by ~ 1.6 times and the light output drops by almost half (at the same time, the lamp life is sharply increased).
Рассмотрим ситуацию, когда вначале оптимальная для выращивания растений освещенность полностью формируется светом ламп НЛВД - например, ранним утром. Пусть через несколько часов после этого естественная освещенность составляет половину оптимальной и, следовательно, освещенность растений от НЛВД целесообразно уменьшить вдвое. Это возможно реализовать двумя способами:Consider the situation when at first the optimal illumination for growing plants is completely formed by the light of the NLVD lamps, for example, in the early morning. Suppose that a few hours after this, the natural illumination is half the optimal and, therefore, it is advisable to halve the illumination of plants from NLVD. This can be implemented in two ways:
а) уменьшить световой поток от каждой лампы вдвое, что позволяет снизить за счет внешнего освещения энергопотребления на освещение в ~1,3 раза;a) to halve the luminous flux from each lamp, which makes it possible to reduce ~ 1.3-fold due to external lighting energy consumption for lighting;
б) выключить соответствующую часть (половину) ламп, в этом случае энергопотребление на освещение снизится вдвое и выигрыш по сравнению с вариантом (а) составит ~1,5 раза.b) turn off the corresponding part (half) of the lamps, in this case, the energy consumption for lighting will be reduced by half and the gain compared to option (a) will be ~ 1.5 times.
Аналогично, в случае, когда освещенность выращиваемых растений от НЛВД необходимо снизить втрое, вариант работающих на номинальной мощности всех ламп по сравнению с работой Уз ламп с потребляемой мощностью ~160% от номинальной соответствует примерно вдвое большим энергозатратам и т.д.Similarly, in the case when the illumination of cultivated plants from NLVD needs to be reduced by a factor of three, the option of working at the rated power of all lamps in comparison with the operation of the Uz lamps with a power consumption of ~ 160% of the nominal value corresponds to about twice as much energy consumption, etc.
Вариант отключения соответствующей части ламп, очевидно, предпочтительнее, с точки зрения числа циклов включения-выключения он для заявляемого изобретения возможен. Однако для его реализации необходимо также, чтобы любое место в теплице освещалось многими лампами и освещенность в данной точке представляла собой результат суммирования излучения от достаточно большого количества источников света (ламп НЛВД) - только в таком случае отключение, например половины ламп, приведет к уменьшению вдвое освещенности каждого участка теплицы, а не к ситуации, когда половина площади теплицы будет освещаться так же, как и до выключения половины ламп, а вторая половина площади теплицы будет в темноте. Последний (неприемлемый) вариант возможен в той ситуации, когда каждая лампа с соответствующим осветителем освещает отдельный участок теплицы.The option of turning off the corresponding part of the lamps is obviously preferable, from the point of view of the number of on-off cycles, it is possible for the claimed invention. However, for its implementation it is also necessary that any place in the greenhouse is illuminated by many lamps and the illumination at this point is the result of summing up radiation from a sufficiently large number of light sources (NLVD lamps) - only in this case, turning off, for example, half of the lamps, will halve the illumination of each section of the greenhouse, and not to the situation when half the area of the greenhouse will be lit as before half of the lamps are turned off, and the second half of the area of the greenhouse will be in the dark. The last (unacceptable) option is possible in the situation where each lamp with an appropriate illuminator illuminates a separate section of the greenhouse.
Таким образом, предпочтительным по экономичности вариантом является тот, когда осветитель НЛВД с разумной степенью однородности освещает участок теплицы, который значительно больше площади теплицы, приходящейся в среднем на одну лампу. Последнюю величину легко оценить, исходя из сравнения генерируемого отдельной лампой светового потока и потребной для выращивания растений освещенности. Например, если отдельная лампа генерирует мощность излучения 50 тыс. люменов, а потребная для выращивания освещенность составляет 12,5 тыс. люкс, то одна лампа должна приходиться на 4 м2 (квадрат со стороной 2 метра) теплицы и этот результат не зависит, например, от высоты, на которой располагаются лампы.Thus, the preferred cost-effective option is when the NLVD illuminator with a reasonable degree of uniformity illuminates a section of the greenhouse, which is much larger than the average area of the greenhouse per lamp. The latter value can be easily estimated based on a comparison of the light flux generated by a separate lamp and the illumination required for growing plants. For example, if a separate lamp generates a radiation power of 50 thousand lumens, and the illumination required for growing is 12.5 thousand lux, then one lamp should be in 4 m 2 (square with a side of 2 meters) of the greenhouse and this result is not dependent, for example , from the height at which the lamps are located.
Для того чтобы любой участок теплицы освещался многими лампами с сопоставимой величиной освещенности следует, согласно заявляемой полезной модели, чтобы осветитель НЛВД обеспечивал освещение участка с выращиваемыми растениями, размер которого превосходит расстояние между соседними натриевыми лампами высокого давления не менее, чем в 2,5 раза. Для описанного выше примера расположения ламп в вершинах квадратной решетки со стороной 2 метра с осветителем, обеспечивающим освещение участка размером 5 метров - например, круга диаметром 5 метров (в 2,5 раза больше расстояния между соседними лампами), в освещении конкретного места поверхности теплицы в среднем будет принимать участие не меньше 5 ламп. При осветителе, обеспечивающем достаточно равномерное освещение участка размером 7 метров - например, круга диаметром 7 метров (в 3,5 раза больше расстояния между соседними лампами), в освещении конкретного места поверхности теплицы будет принимать участие в среднем около 10 ламп и т.д. Указанное условие не является трудновыполнимым, поскольку при высоте размещения ламп всего 2,5 метра для освещения круга диаметром 7 метров достаточен полный угол засветки ~110°, что вполне реализуемо. Укажем, что при вполне достижимом для осветителя угле засветки 120° радиус освещаемого круга на поверхности теплицы составит 4,3 метра и в освещении конкретной точки будет принимать участие в среднем ~15 ламп.In order for any part of the greenhouse to be illuminated by many lamps with a comparable amount of illumination, it follows, according to the claimed utility model, that the NLVD illuminator provides illumination of the area with cultivated plants, the size of which exceeds the distance between adjacent high-pressure sodium lamps by at least 2.5 times. For the example described above, the location of the lamps at the tops of the square lattice with a side of 2 meters with a illuminator that provides illumination of a plot of 5 meters in size - for example, a circle with a diameter of 5 meters (2.5 times the distance between adjacent lamps), in lighting a specific place on the surface of the greenhouse in An average of at least 5 lamps will be involved. With a illuminator that provides fairly uniform illumination of a 7-meter-wide area - for example, a circle with a diameter of 7 meters (3.5 times the distance between adjacent lamps), an average of about 10 lamps will take part in lighting a specific surface area of the greenhouse, etc. This condition is not difficult to fulfill, since with a lamp height of only 2.5 meters, a full illumination angle of ~ 110 ° is sufficient to illuminate a circle with a diameter of 7 meters, which is quite feasible. We point out that at a lighting angle of 120 ° that is quite achievable for the illuminator, the radius of the illuminated circle on the surface of the greenhouse will be 4.3 meters and, on average, ~ 15 lamps will take part in the lighting of a particular point.
Для такого количества участвующих в освещении конкретного участка поверхности теплицы ламп отключение половины НЛВД сохраняет достаточную однородность освещения как раз на уровне половины исходной освещенности. Конечно, при условии, что система управления отключает лампы в заданной последовательности, например, через одну, а соответствующие программы отключения ламп и снижения потребляемой мощности включенных ламп заранее подготовлены для системы управления, применяемой в заявляемой системе освещения, в зависимости от того, во сколько раз следует снизить создаваемую НЛВД освещенность. В предпочтительном варианте реализации настоящего технического решения информация о ранее отключавшихся лампах и времени их фактической работы сохраняется в системе управления, которая поочередно отключает разные НЛВД, что дополнительно увеличивает ресурс работы системы освещения в целом.For such a number of lamps participating in the lighting of a specific surface area of the greenhouse, turning off half of the NLVD maintains a sufficient uniformity of illumination just at the level of half the initial illumination. Of course, provided that the control system turns off the lamps in a predetermined sequence, for example, through one, and the corresponding programs for turning off the lamps and reducing the power consumption of the turned on lamps are prepared in advance for the control system used in the claimed lighting system, depending on how many times the illumination created by the NLVD should be reduced. In a preferred embodiment of the implementation of this technical solution, information about previously turned off lamps and the time of their actual operation is stored in a control system that turns off different NLVD in turn, which further increases the life of the lighting system as a whole.
Таким образом, уменьшение освещенности в несколько раз предпочтительно (с точки зрения минимизации энергозатрат) проводить следующим образом: отключить соответствующую долю ламп (например, через одну, если освещенность следует снизить вдвое), а работающие НЛВД поддерживать при максимально допустимой (с точки зрения ресурса) потребляемой мощности, что соответствует максимальной светоотдаче работающих ламп. Такой алгоритм управления освещенностью предпочтительно применять до тех пор, пока число работающих ламп, обеспечивающих освещенность любого конкретного участка теплицы, достаточно велико (>3÷4, предпочтительно >5÷6), а в случае меньшего количества ламп, освещающих заданный участок теплицы, необходимо снижать потребляемую каждой из работающих ламп мощность питания.Thus, it is preferable to reduce the illumination by several times (from the point of view of minimizing energy consumption) as follows: turn off the corresponding fraction of the lamps (for example, through one, if the illumination should be halved), and maintain the NLVD operating at the maximum permissible (in terms of resource) power consumption, which corresponds to the maximum light output of working lamps. Such an algorithm for controlling the illumination is preferably applied until the number of working lamps providing illumination of any particular section of the greenhouse is sufficiently large (> 3 ÷ 4, preferably> 5 ÷ 6), and in the case of fewer lamps illuminating a given section of the greenhouse, it is necessary reduce the power consumption of each of the working lamps.
Как указывалось выше, в качестве внешнего осветителя НЛВД в теплицах чаще всего используется соответствующим образом (для реализации достаточно большого угла засветки) сформованный алюминиевый лист с полированной (зеркальной) поверхностью, усредненный по видимому диапазону коэффициент отражения от которого составляет 87-88%. Аналогичный коэффициент отражения можно получить для слоя алюминия, нанесенного на поверхность необходимой формы из другого материала, например пластика. Такого рода осветители могут использоваться и в заявляемом техническом решении, однако в предпочтительном варианте авторы предлагают использовать в осветителе не зеркально отражающую поверхность, а диффузно отражающую поверхность, эффективный коэффициент отражения от которой в видимом диапазоне может составить 95-96% и более.As mentioned above, a molded aluminum sheet with a polished (mirror) surface, which is averaged over the apparent range of the reflection coefficient from 87-88%, is most often used as an external NLVD illuminator in greenhouses most often. A similar reflection coefficient can be obtained for an aluminum layer deposited on the surface of the desired shape from another material, for example plastic. Such illuminators can be used in the claimed technical solution, however, in a preferred embodiment, the authors propose to use in the illuminator not a specularly reflecting surface, but a diffusely reflecting surface, the effective reflection coefficient of which in the visible range can be 95-96% or more.
В предпочтительном варианте реализации предлагаемого варианта осветителя для системы освещения выращиваемых растений на стандартный, например алюминиевый, осветитель дополнительно наносится диффузно-отражающее покрытие. В качестве такого покрытия может использоваться пленка (лист, лента) на основе политетрафторэтилена (фторопласта) и аналогичных материалов, обладающих высоким коэффициентом диффузного отражения, химической стойкостью и высокой устойчивостью к излучению НЛВД.In a preferred embodiment of the proposed embodiment, the illuminator for the illumination system of cultivated plants on a standard, for example aluminum, illuminator is additionally applied diffuse-reflective coating. As such a coating, a film (sheet, tape) based on polytetrafluoroethylene (fluoroplastic) and similar materials with a high diffuse reflection coefficient, chemical resistance, and high resistance to NLVD radiation can be used.
Другой вариант диффузно отражающего покрытия возможно реализовать за счет многократного перерассеяния света на вариациях показателя преломления в прозрачной для излучения (то есть, в не поглощающей излучение) среде. Такую среду можно получить, например в диффузно-отражающем покрытии, представляющем собой прозрачное для излучения видимого диапазона связующее (матрицу) с распределенными в нем также прозрачными для излучения НЛВД частицами с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления связующего. Указанные частицы могут представлять собой, например, оксиды кремния SiO2 и/или оксиды алюминия Al2O3 и/или оксида магния MgO и/или заполненные воздухом полые микросферы, например алюмосиликатные микросферы. В качестве связующего может использоваться, например силицированное жидкое стекло Na2O⋅nSiO2, а нанесение такого покрытия аналогично процедуре окраски. При толщине такого покрытия 1 мм на алюминиевой основе удается реализовать эффективный коэффициент отражения около 96%, что позволяет повысить светоотдачу НЛВД на 7-9% и при прочих равных условиях превысить характеристики ламп с известным напылением серебром внутренней поверхности колбы, которые были описаны в прототипе.Another variant of the diffusely reflecting coating can be realized due to multiple light rescattering by variations of the refractive index in a medium transparent to radiation (that is, non-absorbing radiation). Such a medium can be obtained, for example, in a diffuse-reflective coating, which is a binder (matrix) transparent for visible radiation with particles distributed in it that are also transparent for NLVD radiation with a refractive index different from that of the binder. These particles can be, for example, silicon oxides SiO 2 and / or aluminum oxides Al 2 O 3 and / or magnesium oxide MgO and / or air-filled hollow microspheres, for example aluminosilicate microspheres. As a binder, for example, siliconized water glass Na 2 O⋅nSiO 2 can be used, and the application of such a coating is similar to the coloring procedure. With a coating thickness of 1 mm on an aluminum base, it is possible to realize an effective reflection coefficient of about 96%, which allows to increase the light output of NLVD by 7-9% and, ceteris paribus, exceed the characteristics of lamps with a known silver sputtering of the inner surface of the bulb, which were described in the prototype.
Предлагаемый вариант осветителя не только имеет высокую эффективность с точки зрения доли собираемого света НЛВД, но и обеспечивают достаточно однородную засветку значительных участков теплицы, что, как описано выше, также является полезным.The proposed variant of the illuminator not only has high efficiency in terms of the fraction of the collected light of the NLVD, but also provides a fairly uniform illumination of significant sections of the greenhouse, which, as described above, is also useful.
Укажем, что в предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения геометрия осветителя для НЛВД, размещенных в центральной части теплицы, отличается от геометрии осветителя для ламп, расположенных у внешних границ теплицы. Это связано с тем обстоятельством, что растения вблизи края теплицы освещается лампами только с одной стороны и, если все осветители и все лампы одинаковы, то освещенность вблизи края теплицы приблизительно вдвое меньше, чем в центральной части теплицы. С целью компенсации этой разницы для размещенных вблизи стен теплицы НЛВД целесообразно использовать осветители, которые в большей степени концентрируют свет или же обеспечивают несимметричную диаграмму направленности во внешнюю и внутреннюю части теплицы. Это обстоятельство необходимо также учитывать при отключении части ламп и управлении мощностью работающих ламп, при управлении создаваемой ими освещенностью.We point out that in a preferred embodiment of the claimed technical solution, the geometry of the illuminator for NLVD located in the central part of the greenhouse differs from the geometry of the illuminator for lamps located at the outer borders of the greenhouse. This is due to the fact that plants near the edge of the greenhouse are illuminated by lamps only on one side, and if all illuminators and all lamps are the same, then the illumination near the edge of the greenhouse is approximately half that in the central part of the greenhouse. In order to compensate for this difference, it is advisable to use illuminators that are more concentrated in the light or provide an asymmetric pattern in the external and internal parts of the greenhouse for the NLVD greenhouse located near the walls. This circumstance must also be taken into account when turning off part of the lamps and controlling the power of the working lamps, when controlling the illumination created by them.
Как отмечалось, особенностью спектра излучения НЛВД является недостаточная доля «синего света», особенно для начального этапа вегетационного периода. Использование заявляемого технического решения значительно увеличивает светоотдачу НЛВД как в «синей», так и в «красной» областях спектра, однако соотношение мощности излучения между этими участками спектра в пользу коротковолнового («синего») диапазона не меняется и даже наоборот - доля мощности «красной» области спектра возрастает. С целью увеличения до необходимого уровня излучения в диапазоне 400-510 нм авторами заявляемого технического решения предлагается в комбинации с НЛВД использовать «синие» светодиодные излучатели (светодиоды) с излучением в диапазоне 400-510 нм, предпочтительно 420-490 нм, причем система управления потребляемой светодиодным излучателем мощности блока питания регулирует ее в интервале от 0% до 100%) от номинального значения.As noted, the peculiarity of the NLVD emission spectrum is the insufficient proportion of “blue light”, especially for the initial stage of the growing season. The use of the proposed technical solution significantly increases the light output of the NLVD in both the “blue” and “red” regions of the spectrum, however, the ratio of the radiation power between these sections of the spectrum in favor of the short-wave (“blue”) range does not change, and even vice versa - the proportion of “red” power »The spectral region is increasing. In order to increase the radiation level to the required level in the range of 400-510 nm, the authors of the claimed technical solution proposes to use “blue” LED emitters (light emitting diodes) with radiation in the range of 400-510 nm, preferably 420-490 nm, in combination with NLVD, the control system being consumed LED emitter power supply unit regulates it in the range from 0% to 100%) of the nominal value.
Другой по сравнению с НЛВД диапазон регулирования потребляемой светодиодами мощности источника питания обусловлен тем, что в широком диапазоне потребляемой мощности эффективность светодиода остается приблизительно постоянной, то есть при уменьшении потребляемой мощности в 2-3 раза (и более) мощность излучения изменяется в приблизительно той же пропорции, то есть светоотдача изменяется незначительно. Соответственно, если необходимо снизить освещенность от светодиодов, например, в три раза, то нет необходимости отключать два светодиода из трех (хотя такой вариант и возможен), а можно втрое уменьшить потребляемую каждым светодиодом мощность питания. В обоих случаях при трехкратном снижении освещенности приблизительно втрое снижается и потребляемая светодиодами электроэнергия; в случае НЛВД, как показано выше, ситуация существенно отличается.A different control range of the power source consumed by the LEDs compared to the HPLC is due to the fact that in a wide range of power consumption the LED efficiency remains approximately constant, that is, when the power consumption is reduced by 2–3 times (or more), the radiation power changes in approximately the same proportion , that is, light output varies slightly. Accordingly, if it is necessary to reduce the illumination from the LEDs, for example, three times, then there is no need to turn off two of the three LEDs (although this option is possible), and you can triple reduce the power consumption of each LED. In both cases, with a three-fold decrease in illumination, the electricity consumed by the LEDs decreases approximately threefold; in the case of NLVD, as shown above, the situation is significantly different.
С целью выбора и поддержания оптимальной величины освещенности в «синем» спектральном диапазоне с учетом как естественной освещенности, так и освещенности от НЛВД в «синей» области спектра система освещения в предпочтительном варианте дополнительно содержит по меньшей мере один датчик освещенности, измеряющий освещенность в спектральном интервале 400-510 нм или участке спектра внутри указанного спектрального интервала, соответствующем спектру излучения светодиодных излучателей. Согласно сигналу такого датчика (датчиков) система управления регулирует потребляемую светодиодными излучателями мощность источника питания вплоть до отключения от источника питания (что эквивалентно потреблению 0% номинальной мощности).In order to select and maintain an optimal value of illumination in the "blue" spectral range, taking into account both natural illumination and the illumination from NLVD in the "blue" region of the spectrum, the lighting system in the preferred embodiment further comprises at least one light sensor that measures illumination in the spectral range 400-510 nm or a portion of the spectrum within the specified spectral range corresponding to the emission spectrum of LED emitters. According to the signal of such a sensor (s), the control system regulates the power supply consumed by the LED emitters until it is disconnected from the power source (which is equivalent to consuming 0% of the rated power).
Область спектральной чувствительности фотодатчика согласно заявляемому техническому решению должна разумно соответствовать спектру излучения используемых светодиодов. То есть, при характерной полосе излучения светодиодов, например 450-470 нм (соответствует эффективному поглощению не только хлорофиллом, но и каротиноидами) фотодатчик на область спектра 400-440 нм или 490-510 нм не является приемлемым, а фотодатчик на область спектра 440-500 нм или 430-460 нм может использоваться, причем первый фотодатчик предпочтителен.The spectral sensitivity region of the photosensor according to the claimed technical solution should reasonably correspond to the emission spectrum of the LEDs used. That is, with a characteristic emission band of LEDs, for example 450-470 nm (corresponding to effective absorption not only by chlorophyll, but also by carotenoids), a photosensor in the spectral region of 400-440 nm or 490-510 nm is not acceptable, and a photosensor in the spectral region of 440- 500 nm or 430-460 nm may be used, with a first photosensor being preferred.
Аналогично применению фотодатчиков для управления НЛВД, и для управления мощностью «синих» светодиодов возможно использование нескольких датчиков, расположенных на разной высоте и в различных участках теплицы, в том числе и для того, чтобы при необходимости отдельно измерять не только суммарную, но и только естественную освещенность. Управляющий сигнал в системе регулирования потребляемой светодиодами мощности может формироваться с учетом сигналов от многих датчиков и, кроме того, этот сигнал может учитывать специфику конкретного выращиваемого растения и стадию его вегетационного периода - вся соответствующая информация может быть заранее внесена в программу, управляющую системой регулирования потребляемой светодиодами мощности.Similar to the use of photosensors to control NLVD, and to control the power of “blue” LEDs, it is possible to use several sensors located at different heights and in different parts of the greenhouse, including to separately measure, if necessary, not only total, but also only natural illumination. The control signal in the system for regulating the power consumed by LEDs can be formed taking into account the signals from many sensors and, in addition, this signal can take into account the specifics of a particular plant being grown and the stage of its growing season - all relevant information can be pre-entered into the program that controls the system for regulating the LEDs consumed power.
Со светодиодами заявляемая система освещения позволяет управлять освещенностью в синей области спектра по сигналу соответствующих фотодатчиков практически мгновенно, поскольку светодиоды являются малоинерционными источниками света, то есть скорость реакции системы освещения на изменение освещенности будет определяться временем реакции фотодатчика, скоростью обработки сигналов обратной связи от фотодатчиков и временем изменения мощности, потребляемой от блоков питания. Характерное время отклика здесь может составлять от доли секунды до нескольких секунд, что вполне приемлемо при характерном времени освещения 10 часов в день и типичном времени изменения освещенности минуты и часы. Таким образом, за счет обратной связи с фотодатчиками заявляемая система освещения позволяет и в «синей» области спектра поддерживать оптимальную освещенность выращиваемых растений как в течение отдельного дня, так и всего вегетационного периода.With the LEDs, the claimed lighting system allows you to control the illumination in the blue region of the spectrum according to the signal of the corresponding photosensors almost instantly, since the LEDs are low-inertia light sources, that is, the response rate of the lighting system to changes in illumination will be determined by the response time of the photosensor, the processing speed of the feedback signals from the photosensors, and the time changes in power consumed by power supplies. The characteristic response time here can range from a fraction of a second to several seconds, which is quite acceptable with a typical illumination time of 10 hours per day and a typical time of illumination change of minutes and hours. Thus, due to feedback from the photosensors, the claimed lighting system also allows in the "blue" region of the spectrum to maintain optimal illumination of the grown plants both during a single day and throughout the growing season.
Укажем, что, поскольку мощность излучения светодиодов регулируется в широких пределах без заметного изменения светоотдачи, то осветители светодиодов или системы фокусировки их излучения могут быть выполнены так, чтобы освещать в основном только грядки и в минимальной степени освещать проходы в теплице. Здесь, в отличие от НЛВД, равномерное снижение освещенности выращиваемых растений без уменьшения энергоэффективности освещения может быть реализовано без выключения части светодиодов и равномерное освещение участка теплицы одновременно многими светодиодами не требуется.We point out that since the radiation power of LEDs is widely regulated without noticeable changes in light output, LED illuminators or focusing systems for their radiation can be designed to illuminate mainly only beds and to minimize passages in the greenhouse. Here, unlike NLVD, a uniform decrease in the illumination of cultivated plants without reducing the energy efficiency of lighting can be realized without turning off part of the LEDs and uniform illumination of the greenhouse at the same time by many LEDs is not required.
Оперативное управление мощностью излучения светодиодов позволяет также при необходимости реализовать элементы светоимпульсной обработки без применения движущихся осветительных элементов, с подвижными осветительными элементами (отражателями) светоимпульсная обработка предложена в ([9]: патент RU 2493694), причем в «синей области» спектра может быть реализован режим работы с короткими световыми импульсами от светодиодов ~1 с и менее. В «красной» области спектра с помощью НЛВД при регулировании потребляемой от блоков питания мощности также возможно достаточно быстрое и в том числе периодическое изменение освещенности в несколько раз при сохранении высокой светоотдачи, однако характерное время изменения освещенности для НЛВД составляет 1-1,5 минуты.Operational control of the LED radiation power also allows, if necessary, to realize light-pulse processing elements without the use of moving lighting elements, with moving lighting elements (reflectors), light-pulse processing is proposed in ([9]: patent RU 2493694), and in the “blue region” of the spectrum it can be realized operation mode with short light pulses from LEDs ~ 1 s or less. In the "red" region of the spectrum using NLVD while regulating the power consumed from the power supplies, it is also possible quite fast, including periodically changing the illumination several times while maintaining high light output, but the typical time for changing the illumination for NLVD is 1-1.5 minutes.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в заявляемой полезной модели совокупностью признаков, является, как было показано на приведенных примерах и экспериментально установлено авторами, сокращение на 30-40% и более затрат на освещение выращиваемых растений. Обеспечение оперативного поддержания их оптимальной освещенности на всех стадиях вегетационного периода позволяет дополнительно повысить урожайность теплиц. Отметим, что экономия электроэнергии дает еще и экологический эффект в виде уменьшения выбросов углекислого газа в том самом распространенном случае, когда электроэнергия вырабатывается при сжигании органического топлива.Thus, the technical result provided by the combination of features given in the claimed utility model is, as was shown in the above examples and experimentally established by the authors, a reduction of 30-40% or more of the cost of lighting cultivated plants. Providing operational support for their optimal illumination at all stages of the growing season can further increase the productivity of greenhouses. It should be noted that saving electricity also gives an environmental effect in the form of reducing carbon dioxide emissions in the very common case when electricity is generated by burning fossil fuels.
Сопоставительный анализ предлагаемой полезной модели и известных аналогов выявляет наличие существенных отличительных признаков по сравнению с аналогами и прототипом, что обеспечивает ей соответствие критерию «новизна».A comparative analysis of the proposed utility model and known analogues reveals the presence of significant distinguishing features in comparison with analogues and prototype, which ensures that it meets the criterion of "novelty."
Возможность создания заявляемой системы освещения выращиваемых растений на базе известных комплектующих (НЛВД, светодиоды) и технологий (например, технологии формирования диффузно-отражающего покрытия с коэффициентом отражения ~95%, технологии регулирования мощности источников питания НЛВД и.т.д.), а также целесообразность практического использования обеспечивает заявляемому техническому решению и соответствие критерию «промышленная применимость».The ability to create the inventive lighting system for cultivated plants based on well-known components (NLVD, LEDs) and technologies (for example, technologies for the formation of diffuse-reflective coatings with a reflection coefficient of ~ 95%, technologies for regulating the power of NLVD power supplies, etc.), as well as the feasibility of practical use provides the claimed technical solution and compliance with the criterion of "industrial applicability".
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов выполнения системы освещения выращиваемых растений, а также его переделка без отклонения от защищаемых формулой полезной модели положений. Например, в рамках заявляемого технического решения могут использоваться НЛВД, светодиоды, источники питания и фотодатчики различных производителей, управление (регулирование) потребляемой лампами и светодиодами мощностью по сигналам фотодатчиков, а также блок отключения НЛВД могут выполняться различными способами как дискретно (несколько заданных уровней мощности в определяемом формулой полезной модели интервале), так и непрерывно, геометрия осветителей, расположение источников света (НЛВД, светодиодов), а также размер и форма засвечиваемого отдельным источником света участка теплицы могут различаться, источники питания НЛВД могут работать при разном питающем напряжении и на разной частоте, а также генерировать разрядный ток в лампе, который отличается от синусоидального, и т.д. и т.п., все указанные изменения описываются положениями заявляемой формулы полезной модели и его описанием.To meet any possible specific requirements, changes obvious to qualified specialists in this industry can be made to the above described embodiments of the lighting system for cultivated plants, as well as its alteration without deviating from the positions protected by the formula of the utility model. For example, within the framework of the proposed technical solution, NLVD, LEDs, power sources and photosensors of various manufacturers, control (regulation) of power consumed by lamps and LEDs according to photosensor signals, and also a NLVD shutdown unit can be performed in various ways as discrete (several specified power levels in determined by the formula of the utility model interval), and continuously, the geometry of the illuminators, the location of the light sources (NLVD, LEDs), as well as the size and shape of the light the parts of the greenhouse that are shone by a separate light source may vary, the NLVD power sources can operate at different supply voltages and at different frequencies, and also generate a discharge current in the lamp, which differs from a sinusoidal one, etc. etc., all of these changes are described by the provisions of the claimed utility model formula and its description.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106099U RU185944U1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106099U RU185944U1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU185944U1 true RU185944U1 (en) | 2018-12-25 |
Family
ID=64753994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106099U RU185944U1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU185944U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719788C1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Method of assessing functional state of plants for determining their requirements in water |
| RU2811128C1 (en) * | 2023-05-19 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРОЛЛИ" | Greenhouse lighting method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2369086C1 (en) * | 2008-01-15 | 2009-10-10 | Валерий Николаевич Марков | Led plant spotlight |
| RU127286U1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" | LED SYSTEM FOR IRRADIATION OF MERISTEMIC PLANTS |
| RU2516001C2 (en) * | 2012-06-25 | 2014-05-20 | Виктор Викторович Сысун | Combined light fixture |
-
2018
- 2018-02-19 RU RU2018106099U patent/RU185944U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2369086C1 (en) * | 2008-01-15 | 2009-10-10 | Валерий Николаевич Марков | Led plant spotlight |
| RU2516001C2 (en) * | 2012-06-25 | 2014-05-20 | Виктор Викторович Сысун | Combined light fixture |
| RU127286U1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" | LED SYSTEM FOR IRRADIATION OF MERISTEMIC PLANTS |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719788C1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Method of assessing functional state of plants for determining their requirements in water |
| RU2811128C1 (en) * | 2023-05-19 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРОЛЛИ" | Greenhouse lighting method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7085839B2 (en) | Systems and methods for illuminating plants | |
| AU2015203695B2 (en) | Lighting assembly | |
| RU2654259C2 (en) | Dynamic light recipe for horticulture | |
| CA2974997C (en) | System and method for generating light representative of a target natural light | |
| RU2369086C1 (en) | Led plant spotlight | |
| WO2009044330A1 (en) | Lighting system, and method and computer program for controlling the lighting system | |
| US10999980B2 (en) | Dual-layer LED grow-light system | |
| US20190327908A1 (en) | Led grow-light system | |
| KR102013809B1 (en) | Natural light led lighting device and control method thereof | |
| US20220046773A1 (en) | Method and system of supplementing the spectral content of illuminating light based on a target illumination spectrum | |
| RU185944U1 (en) | LIGHTING DEVICE FOR GROWED PLANTS | |
| CN102523658B (en) | Adjustable illuminating lamp capable of imitating natural lights | |
| CN202475836U (en) | Illuminating lamp simulating natural light biological effect | |
| KR20120023394A (en) | Led pulse lighting system for plant growth regulation | |
| JP4711981B2 (en) | Functional optical device | |
| RU123903U1 (en) | LED LAMP | |
| Evdokimov et al. | Intelligent greenhouse lighting | |
| RU2811128C1 (en) | Greenhouse lighting method | |
| CN210781445U (en) | Plant growth lighting lamp circuit | |
| KR20220128575A (en) | Green LED park light for eco-friendly ecological protection that does not interfere with the growth of green plants | |
| TWI653931B (en) | Multiple spectrum automatic dimmer | |
| WO2024023053A1 (en) | Method and system for illuminating plants with artificial light |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190127 |