RU209987U1

RU209987U1 - LED ILLUMINATOR FOR PLANTS

Info

Publication number: RU209987U1
Application number: RU2021125227U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Полторацкий; Денис Васильевич Былков; Василий Сергеевич Солдаткин; Максим Владимирович Виноградов
Original assignee: Акционерное общество "Физтех-Энерго"
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, а именно к световым приборам для выращивания растений в условиях защищённого грунта, для освещения растений сверху и освещения растений в многоярусных установках стеллажного типа. Светодиодный облучатель для растений содержит печатную плату прямоугольной формы, печатная плата имеет алюминиевое основание, на верхней стороне нанесено диэлектрическое покрытие, на котором нанесены электрические соединения, на нижней стороне печатной платы установлены светодиоды, на верхней стороне установлен блок питания и кронштейны для крепления, передняя сторона и торцы печатной платы закрыты монолитным, оптически прозрачным блоком линз. Светодиодный облучатель для растений отличается тем, что установлены светодиоды белого (цветовая температура 4000-5000 К) и красного цвета свечения (длина волны 660±10 нм). Печатная плата выполняет функцию корпуса и радиатора, блок линз формирует диаграмму направленности излучения и обеспечивает степень защиты IP67. Электропитание осуществляется от сети переменного или постоянного тока напряжением 18-36 В и светодиодный облучатель может быть подключен к альтернативным источникам энергии через аккумулятор. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в сохранении основных потребительских качеств светодиодного облучателя для растений при повышении его безопасности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to agricultural machinery, namely to lighting devices for growing plants in protected ground conditions, for illuminating plants from above and illuminating plants in multi-tier rack-type installations. The plant LED irradiator contains a rectangular-shaped printed circuit board, the printed circuit board has an aluminum base, a dielectric coating is applied on the upper side, on which electrical connections are applied, LEDs are installed on the lower side of the printed circuit board, a power supply and mounting brackets are installed on the upper side, the front side and the ends of the printed circuit board are closed by a monolithic, optically transparent block of lenses. The LED irradiator for plants is distinguished by the fact that white LEDs (color temperature 4000-5000 K) and red glow (wavelength 660 ± 10 nm) are installed. The printed circuit board functions as a housing and a heatsink, the lens unit forms the radiation pattern and provides an IP67 degree of protection. Power is supplied from AC or DC voltage of 18-36 V and the LED illuminator can be connected to alternative energy sources via a battery. The technical result of the proposed utility model is to preserve the basic consumer qualities of the LED irradiator for plants while increasing its safety. 2 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, а именно к световым приборам для выращивания растений в условиях защищённого грунта, для освещения растений сверху и освещения растений в многоярусных установках стеллажного типа.The utility model relates to agricultural machinery, namely to lighting devices for growing plants in protected ground conditions, for illuminating plants from above and illuminating plants in multi-tier rack-type installations.

Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения эффективности облучения рассады, овощей, цветов и зелени, и повышение безопасности при сохранении основных потребительских качеств.The proposed utility model solves the problem of increasing the efficiency of irradiation of seedlings, vegetables, flowers and herbs, and improving safety while maintaining the basic consumer qualities.

Технический уровеньTechnical level

Известен облучатель для тепличных растений [1], содержащий несущий корпус, выполненный в виде протяженной профилированной детали из теплопроводящего материала, имеющий боковые стенки, сопряженные с основанием, и снабженный торцевыми крышками; по крайней мере, одну печатную плату, с, по крайней мере, одним светоизлучающим диодом с максимумом излучения в диапазоне 430-470нм, размещенную на основании корпуса и снабженную выводом для подключения к питающему напряжению, при этом корпус снабжен отверстием для упомянутых выводов; отражатель, представляющий собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием, при этом отражатель и торцевые крышки выполнены из материала или покрыты материалом, имеющим коэффициент диффузного отражения 0,95-0,99, имеющий в поперечном сечении форму трапеции, и установленный в корпусе своим основанием на печатной плате со светодиодами, при этом основание отражателя снабжено прорезями для размещения светодиодов; светопреобразующий элемент, выполненный из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм, закрепленный в корпусе на расстоянии от диодов; средства герметизации внутреннего пространства облучателя и средства крепления в корпусе светопреобразующего элемента, торцевой крышки, платы со светодиодами, отражателя.Known irradiator for greenhouse plants [1], containing a supporting body made in the form of an extended shaped part of a heat-conducting material, having side walls associated with the base, and equipped with end caps; at least one printed circuit board, with at least one light emitting diode with a maximum emission in the range of 430-470nm, placed on the base of the housing and provided with a terminal for connecting to the supply voltage, while the housing is provided with a hole for the said terminals; reflector, which is an extended part with side walls and a base, while the reflector and end caps are made of a material or covered with a material having a diffuse reflection coefficient of 0.95-0.99, having a trapezoid shape in cross section, and installed in the housing with its base on a printed circuit board with LEDs, while the base of the reflector is provided with slots for accommodating LEDs; a light-converting element made of an optically transparent material with a layer deposited on its inner and/or outer surface, containing dispersed particles with fluorescence peak maxima in the wavelength range of 600-680 nm and a half-width in the range of 50-180 nm, fixed in the housing at a distance from diodes; means for sealing the internal space of the irradiator and means for fastening the light-converting element, the end cover, the board with LEDs, and the reflector in the housing.

Недостатком данного технического решения является низкая квантовая эффективность за счёт преломления излучения при переходе через среды воздуха, люминофора и оптически прозрачного материала.The disadvantage of this technical solution is the low quantum efficiency due to the refraction of radiation when passing through the medium of air, phosphor and optically transparent material.

Известен фитосветильник [2] для улучшенного роста растений, состоящий из светодиода, рефлектора, линзы, радиатора, вентиляторов, блоков питания, ручек, поворотных механизмов, функцию корпуса выполняет алюминиевый ребристый радиатор, имеющий ровную поверхность с одной стороны, а выпуклые ребра с другой, и система охлаждения, которая выполнена в виде крышки с двумя вентиляторами и закреплена поверх ребер радиатора, на внешней стороне крышки имеются отверстия для притока воздуха, защищенные решетками, вдоль ребер имеются открытые сквозные отверстия для оттока воздуха, на гладкой стороне радиатора расположен СОВ (Chips on Board) светодиод номинальной мощностью 150 Вт, активная часть которого - кристаллы и люминофоры, испускающие свет в требуемых значениях, рефлектор и линза расположены поверх светодиода и закреплены за радиатор, при этом блок питания для светодиода закреплен на ручки со встроенными поворотными механизмами, которые в свою очередь скреплены между собой алюминиевой планкой, выполняющей функцию крепежа всей конструкции, а блок питания для системы охлаждения закреплен снаружи на крайнем боковом ребре радиатора, при этом все источники питания имеют степень защиты IP67, а электрические соединения изолированы и влагозащищены.Known phytolamp [2] for improved plant growth, consisting of a LED, a reflector, a lens, a radiator, fans, power supplies, handles, rotary mechanisms, the body function is performed by an aluminum ribbed radiator, which has a flat surface on one side, and convex ribs on the other, and the cooling system, which is made in the form of a cover with two fans and is fixed over the radiator fins, on the outer side of the cover there are holes for air inflow protected by grilles, along the fins there are open through holes for air outflow, on the smooth side of the radiator there is an COB (Chips on Board) LED with a nominal power of 150 W, the active part of which is crystals and phosphors that emit light at the required values, the reflector and lens are located on top of the LED and fixed to the radiator, while the power supply for the LED is fixed to handles with built-in rotary mechanisms, which in turn queue are fastened together with an aluminum bar, in acting as a fastener for the entire structure, and the power supply for the cooling system is mounted on the outside on the extreme side edge of the radiator, while all power supplies have an IP67 degree of protection, and the electrical connections are insulated and waterproof.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления и низкая квантовая эффективность.The disadvantage of this design is the complexity of manufacturing and low quantum efficiency.

В качестве прототипа выбрано устройство для выращивания растений [3], характеризующееся тем, что используются светодиодные светильники, состоящие из светодиодов красного - длина волны 660 нм и синего - длина волны 450 нм цветов в соотношении 3:1 и углом рассеивания светового потока 120°, с безопасным низкотоковым питанием 12…24 В, 0,38…0,5 А, и укрепленные на держателях, установленных сверху в два ряда с возможностью переноса одного из светильников на незакрытую сторону, а закрытая задняя стенка и основание покрыты светоотражательным материалом. На стойках вверху рамы установлены штыри для надежной фиксации фитотрона при использовании многоярусной стеллажной системы.As a prototype, a device for growing plants [3] was chosen, characterized by the fact that LED lamps are used, consisting of red LEDs - a wavelength of 660 nm and blue - a wavelength of 450 nm colors in a ratio of 3: 1 and a light scattering angle of 120 °, with safe low-current power supply 12…24 V, 0.38…0.5 A, and mounted on holders installed on top in two rows with the possibility of transferring one of the lamps to the uncovered side, and the closed rear wall and base are covered with reflective material. On the racks at the top of the frame there are pins for reliable fixation of the phytotron when using a multi-tiered rack system.

Недостатком данного технического решения является узкополосный спектр излучения.The disadvantage of this technical solution is the narrow-band emission spectrum.

Органолептические свойства растительных продуктов, такие как цвет, вкус и аромат зависят от спектрального состава освещения. За время эволюции у растений сформировались биологические реакции к спектру освещения. На фиг. 1 приведён спектр излучения предлагаемой полезной модели, из которого видно, что комбинация светодиодов белого цвета свечения и красного цвета свечения заполняет видимый диапазон оптического спектра.The organoleptic properties of plant products, such as color, taste and aroma, depend on the spectral composition of the light. During evolution, plants have formed biological reactions to the spectrum of illumination. In FIG. Figure 1 shows the emission spectrum of the proposed utility model, from which it can be seen that the combination of white and red light LEDs fills the visible range of the optical spectrum.

Целью полезной модели является повышения эффективности облучения рассады, овощей, цветов и зелени, и повышение безопасности при сохранении основных потребительских качеств.The purpose of the utility model is to increase the efficiency of irradiation of seedlings, vegetables, flowers and herbs, and to increase safety while maintaining the main consumer qualities.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в сохранении основных потребительских качеств светодиодного облучателя для растений при повышении его безопасности.The technical result of the proposed utility model is to preserve the basic consumer qualities of the LED irradiator for plants while increasing its safety.

Технический результат достигается тем, что светодиодный облучатель для растений содержит печатную плату прямоугольной формы, печатная плата имеет алюминиевое основание, на верхней стороне нанесено диэлектрическое покрытие, на котором нанесены электрические соединения, на нижней стороне печатной платы установлены светодиоды, на верхней стороне установлен блок питания и кронштейны для крепления, передняя сторона и торцы печатной платы закрыты монолитным, оптически прозрачным блоком линз, светодиодный облучатель для растений отличается тем, что установлены светодиоды белого (цветовая температура 4000-5000 К, например светодиоды «Samsung LM301B» [4]) и красного цвета свечения (длина волны 660 нм), например «OSRAM OSLON Square Hyper Red» данная комбинация светодиодов позволяет заполнить оптический спектр, необходимый для растений, оптические спектры необходимые для роста и развития растений приведены в [5]. Печатная плата выполняет функцию корпуса и радиатора, блок линз формирует диаграмму направленности излучения и обеспечивает степень защиты IP67. Электропитание осуществляется от сети переменного или постоянного тока напряжением 18-36 В и светодиодный облучатель может быть подключен к альтернативным источникам энергии через аккумулятор.The technical result is achieved by the fact that the LED irradiator for plants contains a rectangular printed circuit board, the printed circuit board has an aluminum base, a dielectric coating is applied on the upper side, on which electrical connections are applied, LEDs are installed on the lower side of the printed circuit board, a power supply unit is installed on the upper side and mounting brackets, the front side and ends of the printed circuit board are covered with a monolithic, optically transparent lens block, the LED irradiator for plants is distinguished by the fact that white LEDs (color temperature 4000-5000 K, for example, Samsung LM301B LEDs [4]) and red are installed luminescence (wavelength 660 nm), for example "OSRAM OSLON Square Hyper Red" this combination of LEDs allows you to fill the optical spectrum necessary for plants, the optical spectra necessary for plant growth and development are given in [5]. The printed circuit board functions as a housing and a heatsink, the lens unit forms the radiation pattern and provides an IP67 degree of protection. Power is supplied from AC or DC voltage of 18-36 V and the LED illuminator can be connected to alternative energy sources via a battery.

Далее сущность полезной модели поясняется чертежами.Further, the essence of the utility model is illustrated by drawings.

Фиг. 2 - схематический вид конструкции светодиодного облучателя для растений. Здесь: 1 - светодиоды, 2 - печатная плата, 3 - блок линз, 4 - блок питания, 5 - кронштейны для крепления.Fig. 2 is a schematic view of the construction of an LED plant illuminator. Here: 1 - LEDs, 2 - printed circuit board, 3 - lens unit, 4 - power supply, 5 - mounting brackets.

Для подтверждения положительного эффекта проведены экспериментальные исследования. Изготовлен светодиодный облучатель для растений. Проведены исследовательские испытания. Установлено, что значение фотосинтетического потока фотонов 120 мкмоль/с, эффективность в области ФАР 2,14 мкмоль/Дж, что соответствует ГОСТ Р 57671-2017 «Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц».Experimental studies have been carried out to confirm the positive effect. Made LED irradiator for plants. Research tests have been carried out. It has been established that the value of the photosynthetic photon flux is 120 µmol/s, the efficiency in the PAR region is 2.14 µmol/J, which corresponds to GOST R 57671-2017 “Irradiation devices with LED light sources for greenhouses”.

Источники информации, использованные при составлении описания:Sources of information used in compiling the description:

1. Патент на полезную модель № 147319 U1 Российская Федерация, МПК A01G 1/00, F21S 19/00. Облучатель для тепличных растений: № 2014133265/13: заявл. 13.08.2014: опубл. 10.11.2014 / И.Д. Ляпин, М.Е. Маракулин, К.Н. Фролов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Люмен".1. Utility model patent No. 147319 U1 Russian Federation, IPC A01G 1/00, F21S 19/00. Irradiator for greenhouse plants: No. 2014133265/13: Appl. 08/13/2014: publ. 11/10/2014 / I.D. Lyapin, M.E. Marakulin, K.N. Frolov; applicant Limited Liability Company "Lyumen".

2. Патент на полезную модель № 168490 U1 Российская Федерация, МПК F21V 33/00. Фитосветильник для улучшенного роста растений: № 2016121937: заявл. 02.06.2016: опубл. 06.02.2017 / К.А. Орлов.2. Utility model patent No. 168490 U1 Russian Federation, IPC F21V 33/00. Phytolamp for improved plant growth: No. 2016121937: Appl. 06/02/2016: publ. 02/06/2017 / K.A. Orlov.

3. Патент на полезную модель № 150658 U1 Российская Федерация, МПК A01G 31/02. Фитотрон энергосберегающий универсальный (ФЭУ): № 2013159136/13: заявл. 30.12.2013: опубл. 20.02.2015 / Г.Н. Самарин, В.А. Шилин, Ю.И. Кидыко [и др.]; заявитель Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Великолукская государственная сельскохозяйственная академия".3. Utility model patent No. 150658 U1 Russian Federation, IPC A01G 31/02. Phytotron energy-saving universal (PMT): No. 2013159136/13: Appl. 12/30/2013: publ. 20.02.2015 / G.N. Samarin, V.A. Shilin, Yu.I. Kidiko [and others]; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Velikolukskaya State Agricultural Academy".

4. Официальный сайт Samsung. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.samsung.com/led/lighting/ (дата обращения: 21.08.2021 г.).4. Official website of Samsung. [Electronic resource]. - Access mode: https://www.samsung.com/led/lighting/ (Accessed: 08/21/2021).

5. McCree K.J. Action Spectrum, Absorptance and Quantum Yield of Photosynthesis in Crop Plants // Agricultural Meteorology. - 1972. - No 9. - pp. 191-216.5. McCree K.J. Action Spectrum, Absorptance and Quantum Yield of Photosynthesis in Crop Plants // Agricultural Meteorology. - 1972. - No 9. - pp. 191-216.

Claims

1. The plant LED grow light contains a rectangular-shaped PCB, the PCB has an aluminum base, the top side has a dielectric coating, which has electrical connections, the bottom side of the PCB has LEDs installed, the top side has a power supply and mounting brackets, the front side and the ends of the printed circuit board are closed with a monolithic, optically transparent lens block, an LED irradiator for plants, characterized in that white LEDs (color temperature 4000-5000 K) and red glow (wavelength 660 nm) are installed.

2. LED irradiator for plants from item 1, characterized in that the printed circuit board acts as a housing and a radiator, the lens unit forms a radiation pattern and provides a degree of protection IP67.

3. LED irradiator for plants from p. 1, characterized in that the power supply is from an AC or DC voltage of 18-36 V and the LED irradiator can be connected to alternative energy sources through a battery.