RU2723953C2 - Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses - Google Patents
Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723953C2 RU2723953C2 RU2018144051A RU2018144051A RU2723953C2 RU 2723953 C2 RU2723953 C2 RU 2723953C2 RU 2018144051 A RU2018144051 A RU 2018144051A RU 2018144051 A RU2018144051 A RU 2018144051A RU 2723953 C2 RU2723953 C2 RU 2723953C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- irradiator
- led
- cucumber
- irradiators
- irradiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к системам освещения, предназначенным для применения в растениеводстве. В частности, данную установку можно использовать для выращивания огурца в защищенном грунте по технологии светокультуры в промышленных теплицах.The present invention relates to agricultural machinery, namely to lighting systems intended for use in crop production. In particular, this installation can be used for growing cucumber in sheltered soil using light culture technology in industrial greenhouses.
Известны облучательные установки (ОУ), использование которых в технологии светокультуры позволяет увеличить продуктивность основного тепличного растения, огурца, в 3-5 раз и содействовать тем самым обеспечению населения страны свежей и богатой витаминами овощной продукцией в холодное время года.Irradiation plants (OS) are known, the use of which in light culture technology allows increasing the productivity of the main greenhouse plants, cucumbers, by 3-5 times and thereby contributing to providing the country's population with fresh and vitamin-rich vegetable products in the cold season.
В современных теплицах для компенсации недостаточности естественного излучения (октябрь-март месяцы) используются осветительные установки с облучателями на основе специальных мощных натриевых ламп высокого давления (НЛВД), устанавливаемых сверху над ценозом растений в виде шпалер высотой до 3,5 м. Шпалеры образуют ряды растений, располагаемые на небольшом расстоянии друг от друга, достаточном для технологического обслуживания и сбора урожая. Освещенность от верхней части, обращенной к облучателям, вглубь шпалеры быстро падает и уже в середине ее части, являющейся зоной образования плодов, становится недостаточной для продуктивной светокультуры. Подобная практика наблюдается, в частности, в самые темные месяцы года (ноябрь-декабрь), когда естественное излучение крайне незначительно и составляет около 10% от необходимого уровня.In modern greenhouses, to compensate for the insufficiency of natural radiation (October-March), lighting systems with irradiators are used based on special high-pressure sodium lamps (NLVD), mounted above the cenosis of plants in the form of trellises up to 3.5 m high. Trellis form rows of plants located at a short distance from each other, sufficient for technological maintenance and harvesting. Illumination from the upper part, facing the irradiators, deep into the trellis, quickly falls and already in the middle of its part, which is the zone of fruit formation, it becomes insufficient for a productive photoculture. A similar practice is observed, in particular, in the darkest months of the year (November-December), when natural radiation is extremely small and amounts to about 10% of the required level.
Известны так называемые, гибридные осветительные установки, в которых для компенсации указанного эффекта «светового колодца» используют дополнительное межрядное освещение на основе облучателей с НЛВД средней мощности (как правило, 250 Вт).The so-called hybrid lighting systems are known in which additional inter-row lighting is used on the basis of irradiators with NLVD of average power (usually 250 W) to compensate for the indicated “light well” effect.
Например, из RU 153690 U1 известна светодиодная установка-трансформер, содержащая фитооблучатель, состоящий из плат со световыми элементами, выполненных из гибкого материала в виде полуцилиндров, соединенных попарно навесами и установленных в прозрачный цилиндрический плафон, групп светодиодов с различными спектрами излучения, которые располагаются с наружной стороны плат в несколько рядов, с компьютерным управлением. Документ RU 159034 U1 описывает светодиодную осветительную установку с изменяемой цветовой средой, содержащую светильник, состоящий из корпуса, на задней стенке которого расположены основные светодиодные модули, излучающие белый свет, и объединенные в группы, а также драйвера питания и блока управления, отличающаяся тем, что в корпусе светильника расположены дополнительные светодиодные модули, излучающие свет с длинами волн, и также блок управления. Из документа RU 59206 U1 известен облучатель для растениеводства, содержащий корпус, матрицу светодиодов, максимумы которых в спектре излучения лежат в области 450-480 и 660-690 нм, блок управления рабочими токами светодиодов с синим и красным цветом свечения, отличающийся тем, что матрица включает светодиоды с углом излучения не превышающим 30°. Изобретение RU 2369086 С1 раскрывает светодиодный фитопрожектор, содержащий корпус со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчик освещенности, датчик - спектрометр, воздействующий на группы светодиодов через блок управления и позволяющий корректировать спектральный состав источника света в зависимости от внешнего освещения, и с учетом вида растений, с корпусом в виде прямоугольной рамы.For example, a transformer LED installation is known from RU 153690 U1, which contains a phyto-irradiator, consisting of boards with light elements made of flexible material in the form of half-cylinders connected in pairs by canopies and installed in a transparent cylindrical ceiling, groups of LEDs with different emission spectra, which are located with the outer side of the boards in several rows, with computer control. Document RU 159034 U1 describes a LED lighting system with a variable color environment, containing a lamp consisting of a housing, on the back wall of which are located the main LED modules emitting white light, and united in groups, as well as the power driver and control unit, characterized in that additional LED modules emitting light with wavelengths, and also a control unit are located in the lamp housing. From the document RU 59206 U1, an irradiator for crop production is known, comprising a housing, a matrix of LEDs, the maximums of which in the emission spectrum lie in the range 450-480 and 660-690 nm, a control unit for operating currents of LEDs with blue and red glow, characterized in that the matrix includes LEDs with an emission angle not exceeding 30 °. The invention RU 2369086 C1 discloses an LED phytoprojector containing a housing with light elements consisting of groups of LEDs with different emission spectra, an electric power supply unit, a microprocessor control system with a switch of LED groups, an ambient light sensor, a spectrometer acting on the LED groups through the control unit and allowing you to adjust the spectral composition of the light source depending on external lighting, and taking into account the type of plants, with a body in the form of a rectangular frame.
Однако, все предшествующие, в т.ч. и указанные осветительные установки не обладают оптимальным спектром фотосинтетически активной радиацией (ФАР) для светокультуры огурца и не обеспечивают дополнительный хозяйственный эффект из-за высоких температур и уровня облученности на небольших расстояниях от «горячих» ламп в случае натриевых ламп, что приводит к высыханию и порче листьев, снижает ассимиляционные возможности растений и создает неудобства для персонала.However, all the foregoing, including and these lighting installations do not have an optimal spectrum of photosynthetically active radiation (PAR) for the cucumber light culture and do not provide an additional economic effect due to high temperatures and the level of irradiation at short distances from “hot” lamps in the case of sodium lamps, which leads to drying and damage leaves, reduces the assimilation capabilities of plants and creates inconvenience for staff.
Появление светодиодов, позволяющих выполнить любые требования к спектру излучения в области ФАР, дают возможность подойти с реальных позиций к оптимизации этого важнейшего параметра ОУ с учетом видовых особенностей растений. Эти требования определены для растений огурца на основе специальных фотобиологических экспериментов и приведены в источнике [1]. В соответствии с ними доли излучения в синем (Δλс=400÷500 нм), зеленом (Δλз=500÷600 нм) и красном (Δλк=600÷700 нм) диапазонах ФАР должны соотноситься для светокультуры огурца, как 20%:40%:40%.The appearance of light-emitting diodes, which make it possible to fulfill any requirements for the radiation spectrum in the PAR area, makes it possible to approach, from a real perspective, the optimization of this most important parameter of the op-amp, taking into account the species-specific characteristics of plants. These requirements are determined for cucumber plants based on special photobiological experiments and are given in the source [1]. In accordance with them, the radiation fractions in the blue (Δλ c = 400 ÷ 500 nm), green (Δλ c = 500 ÷ 600 nm) and red (Δλ c = 600 ÷ 700 nm) ranges of the PAR should be correlated for cucumber light culture as 20% : 40%: 40%.
Создание осветительных установок со светодиодными облучателями для верхнего освещения с оптимизированным спектром ФАР не имеет существенного значения для практики из-за высокой стоимости (в 5-7 раз выше стоимости аналогов с НЛВД), ограничений по мощности и высокого уровня затенения естественного излучения (до 20% вместо 3-4% у аналогов с НЛВД).The creation of lighting systems with LED irradiators for overhead lighting with an optimized range of PARs is not significant for practice because of the high cost (5-7 times higher than the cost of analogues with NLVD), power limitations and a high level of shading of natural radiation (up to 20% instead of 3-4% for analogues with NLVD).
В тоже время задачам создания высокоэффективных облучательных систем для светокультуры растений с оптимальным спектром для светокультуры огурцов отвечают предлагаемые настоящим изобретением гибридные осветительные установки с верхними облучателями с НЛВД и межрядными светодиодными облучателями. С учетом того, что 90% всех тепличных комбинатов в настоящее время оснащены облучателями с НЛВД, которые могут быть сохранены в соответствии с предлагаемым изобретением и эксплуатироваться длительное время, подобный подход представляется наиболее рациональным. Следует отметить, что подобные гибридные ОУ считаются весьма перспективными в глобальных оценках развития теплиц со светокультурой растений [2].At the same time, the tasks of creating highly efficient irradiation systems for plant photoculture with an optimal spectrum for cucumber photoculture are met by the hybrid lighting systems proposed by the present invention with upper irradiators with NLVD and inter-row LED irradiators. Given that 90% of all greenhouse plants are currently equipped with irradiators with NLVD, which can be stored in accordance with the invention and operated for a long time, this approach seems to be the most rational. It should be noted that such hybrid OS are considered to be very promising in global assessments of the development of greenhouses with light culture of plants [2].
Согласно настоящей заявке, предлагается гибридная осветительная установка с облучателями с НЛВД для верхнего освещения и светодиодными облучателями для межрядного облучения, отличающаяся тем, что с целью повышения продуктивности светокультуры огурца спектр светодиодного облучателя выбран таким образом, чтобы суперпозиция действия на ценоз растений обоих типов облучателей обеспечивала оптимальное соотношение облученностей от отдельных диапазонов ФАР: синего (Δλc=400÷500 нм), зеленого (Δλз=500÷600 нм) и красного (Δλк=600÷700 нм).According to the present application, a hybrid lighting system with irradiators with NLVD for overhead lighting and LED irradiators for inter-row irradiation is proposed, characterized in that in order to increase the productivity of the cucumber light culture, the spectrum of the LED irradiator is selected so that the superposition of the action on the cenosis of plants of both types of irradiators provides optimal the ratio of irradiations from individual ranges of the PAR: blue (Δλ c = 400 ÷ 500 nm), green (Δλ s = 500 ÷ 600 nm) and red (Δλ c = 600 ÷ 700 nm).
При этом, в одном из вариантов, указанная гибридная осветительная установка имеет соотношение долей излучения в указанных диапазонах ФАР у светодиодного облучателя следующее: ФΔλс:ФΔλз:ФΔλк=(25-27)%:(27-30)%:(44-46)%.At the same time, in one of the options, the specified hybrid lighting system has a ratio of radiation fractions in the indicated ranges of the PAR for the LED irradiator as follows: Ф Δλс : Ф Δλз : Ф Δλк = (25-27)% :( 27-30)% :( 44 -46)%.
В еще одном из вариантов, указанная гибридная осветительная установка имеет такую конфигурацию, что межрядные светодиодные облучатели должны создавать фотосинтетическую фотонную облученность на уровне 90-100 мкмоль/(с⋅м2).In yet another embodiment, said hybrid lighting installation has such a configuration that inter-row LED illuminators should create photosynthetic photonic irradiation at a level of 90-100 μmol / (cm 2 ).
Гибридная осветительная установка отличается тем, что суммарная фотосинтетическая фотонная облученность средней части шпалеры огурца составляет 140-165 мкмоль/(с⋅м2)A hybrid lighting installation is characterized in that the total photosynthetic photon irradiation of the middle part of the cucumber trellis is 140-165 μmol / (cm 2 )
Если пренебречь естественным излучением (его доля в зимние месяцы находится на уровне 10%), задача оптимизации спектра в предлагаемой гибридной осветительной установки заключается в обеспечении указанных выше для растений огурца относительных значений облученностей для каждого диапазона ФАР с помощью суперпозиции излучения верхних облучателей с НЛВД и межрядных облучателей со светодиодными облучателями.If natural radiation is neglected (its share in the winter months is at the level of 10%), the task of optimizing the spectrum in the proposed hybrid lighting system is to provide the relative values of the irradiations indicated for cucumber plants for each range of the PAR using a superposition of the radiation from the upper irradiators with the HPLC and inter irradiators with LED irradiators.
Абсолютные значения облученности по полученным авторами данным от межрядных облучателей для светокультуры огурца должны соответствовать 90-100 мкмоль/(с⋅м2), что примерно в 1,5-2 раза превышает облученность от верхних облучателей в средней части шпалеры («зона налива») с учетом потерь излучения в ценозе. С учетом этого суммарная облученность в средней части шпалеры составит 140-165 мкмоль/(с⋅м2).The absolute values of the irradiation according to the data obtained by the authors from inter-row irradiators for cucumber light culture should correspond to 90-100 μmol / (cm 2 ), which is approximately 1.5-2 times higher than the irradiation from the upper irradiators in the middle part of the trellis (“filling zone” ) taking into account radiation losses in the cenosis. With this in mind, the total irradiation in the middle part of the trellis will be 140-165 μmol / (s⋅m 2 ).
При этом, распределение излучения НЛВД по трем диапазонам ФАР составляет ФΔλс:ФΔλз:ФΔλк=8%:60%:32% и, практически, не искажается ценозом растений.At the same time, the distribution of NLVD radiation over the three ranges of the PHA is Ф Δλс : Ф Δλз : Ф Δλк = 8%: 60%: 32% and, practically, is not distorted by the coenosis of plants.
С учетом приведенных относительных спектральных характеристик и уровней облученности от верхних и межрядных облучателей в гибридной осветительной установке оптимальные условия по спектру растений огурца EΔλс:EΔλз:EΔλк=20%:40%:40% в АС будут достигаться при следующем соотношении относительного спектрального распределения потока излучения от межрядного светодиодного облучателя:Given the relative spectral characteristics and levels of irradiation from the top and row row irradiators in a hybrid lighting system, the optimal conditions for the spectrum of cucumber plants E Δλс : E Δλз : E Δλк = 20%: 40%: 40% in the AS will be achieved with the following relative spectral ratio distribution of the radiation flux from the inter-row LED irradiator:
ФΔλс:ФΔλз:ФΔλк =(25-27)%:(27-30)%:(44-46)%.Ф Δλс : Ф Δλз : Ф Δλк = (25-27)% :( 27-30)% :( 44-46)%.
Использование гибридных ОУ с указанными характеристиками будет способствовать достижению максимальной продуктивности светокультуры огурца.The use of hybrid op-amps with the indicated characteristics will help to achieve maximum cucumber light culture productivity.
Авторами настоящего изобретения гибридные облучательные установки согласно настоящему изобретению были опробованы в теплицах (защищенном грунте) на различных видах культуры огурца, и было выяснено, что уровень облученности этих культур при использовании данных установок был повышен на 60-70% по сравнению с облучателями с НЛВД и прирост урожая в зимние месяцы составил 30-45% по сравнению с традиционными осветительными установками, не содержащими межрядных светодиодных облучателей и не дающих указанные соотношения спектров фотосинтетической активной радиации.The authors of the present invention, the hybrid irradiation plants according to the present invention were tested in greenhouses (sheltered soil) on various types of cucumber culture, and it was found that the level of irradiation of these crops when using these plants was increased by 60-70% compared with irradiators with NLVD and yield increase in the winter months was 30-45% compared with traditional lighting installations that do not contain inter-row LED irradiators and do not give the indicated ratios of the spectra of photosynthetic active radiation.
Исследования проводились в рамках Соглашения №14.576.21.0099 о предоставлении субсидии от 26.09.2017 года, заключенного между ООО «ВНИСИ» и Министерством образования и науки России. Идентификатор Соглашения: 0000000007417PD20002. Уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57617X0099.The studies were carried out in the framework of Agreement No. 14.576.21.0099 on the provision of a subsidy dated September 26, 2017, concluded between VNISI LLC and the Russian Ministry of Education and Science. Agreement ID: 0000000007417PD20002. Unique identifier of the work (project) RFMEFI57617X0099.
ИсточникиSources
[1]. Авторское свидетельство №1620062 А1, Институт биофизики СО АН СССР, Способ выращивания огурца [Текст] / А.А. Тихомиров, И.Г. Золотухин. Г.М. Лисовский, Ф.Я. Сидько, Л.Б. Прикупец. - 4550599/13; заявлено 17.02.89; опубл. 15.01.91, Бюл. 2.[1]. Copyright certificate No. 1620062 A1, Institute of Biophysics SB RAS, Method for growing cucumber [Text] / A.A. Tikhomirov, I.G. Zolotukhin. G.M. Lisovsky, F.Ya. Sidko, L.B. Merchant. - 4550599/13; claimed 02.17.89; publ. 1/15/91, Bull. 2.
[2]. Smallwood, P.Н. Tracking the Horticultural SSL Market and Technology // Horticulture Lighting conference 2017, Denver, CO, USA.[2]. Smallwood, P.N. Tracking the Horticultural SSL Market and Technology // Horticulture Lighting conference 2017, Denver, CO, USA.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144051A RU2723953C2 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144051A RU2723953C2 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018144051A3 RU2018144051A3 (en) | 2020-06-15 |
| RU2018144051A RU2018144051A (en) | 2020-06-15 |
| RU2723953C2 true RU2723953C2 (en) | 2020-06-18 |
Family
ID=71095466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018144051A RU2723953C2 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723953C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811128C1 (en) * | 2023-05-19 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРОЛЛИ" | Greenhouse lighting method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1620062A1 (en) * | 1989-02-17 | 1991-01-15 | Институт Биофизики Со Ан Ссср | Method of growing cucumber |
| US20090199470A1 (en) * | 2003-05-13 | 2009-08-13 | Larry Capen | Device and Method for Observing Plant Health |
| RU2448455C2 (en) * | 2006-12-07 | 2012-04-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Regulating device for greenhouse |
| RU2490868C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Method of increasing productivity and profitability of growing cucumbers in protected ground conditions in north |
| RU2510647C2 (en) * | 2012-08-22 | 2014-04-10 | Виктор Викторович Сысун | Combined light fixture |
-
2018
- 2018-12-12 RU RU2018144051A patent/RU2723953C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1620062A1 (en) * | 1989-02-17 | 1991-01-15 | Институт Биофизики Со Ан Ссср | Method of growing cucumber |
| US20090199470A1 (en) * | 2003-05-13 | 2009-08-13 | Larry Capen | Device and Method for Observing Plant Health |
| RU2448455C2 (en) * | 2006-12-07 | 2012-04-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Regulating device for greenhouse |
| RU2490868C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Method of increasing productivity and profitability of growing cucumbers in protected ground conditions in north |
| RU2510647C2 (en) * | 2012-08-22 | 2014-04-10 | Виктор Викторович Сысун | Combined light fixture |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2490868 C2, 27 08.2013. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811128C1 (en) * | 2023-05-19 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРОЛЛИ" | Greenhouse lighting method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018144051A3 (en) | 2020-06-15 |
| RU2018144051A (en) | 2020-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cocetta et al. | Light use efficiency for vegetables production in protected and indoor environments | |
| ES2909626T3 (en) | Method and apparatus for stimulating the growth and development of plants with visible and near infrared lights | |
| US8850743B2 (en) | Lighting assembly | |
| JP5779678B2 (en) | Lamp for plant cultivation and plant cultivation method using the same | |
| CN104582472A (en) | Horticulture lighting system and horticulture production facility using such horticulture lighting system | |
| KR102285707B1 (en) | Plant cultivation apparatus and plant cultivation method using light source for plant cultivation | |
| CN103476243A (en) | Light irradiation device, strawberry cultivation system, and strawberry cultivation method | |
| ES2959320T3 (en) | Transitional lighting to match biological rhythms | |
| US20210029891A1 (en) | Diffused fiber-optic horticultural lighting | |
| US11310964B2 (en) | Diffused fiber-optic horticultural lighting | |
| Zakurin et al. | Artificial-light culture in protected ground plant growing: Photosynthesis, photomorphogenesis, and prospects of LED application | |
| CN106718183B (en) | Water culture seedling culture light environment and seedling culture method for lettuce vegetables | |
| US20200000043A1 (en) | Under canopy electromagnetic radiation device | |
| Lu et al. | Supplemental lighting for greenhouse-grown fruiting vegetables | |
| JP5723901B2 (en) | Plant cultivation method | |
| JP2002272271A (en) | Artificial light source unit for culturing plant or the like | |
| RU2723953C2 (en) | Hybrid irradiator for cucumber light culture in greenhouses | |
| JP2015133939A (en) | Illumination device for plant cultivation | |
| Rakutko et al. | Comparative application efficiency of optical flux delivered from led and gas-discharge sources in indoor plant cultivation | |
| Zheleznikova et al. | Implementing Comparative Method in Education with the Case of Leaf Lettuce Irradiation Modes. | |
| JP2011101616A (en) | Method for cultivating plant by radiating three color mixed light | |
| Hao et al. | Inter-lighting in mini-cucumbers: interactions with overhead lighting and plant density | |
| RU2723725C1 (en) | Artificial phyto-lighting system | |
| JP5723902B2 (en) | Plant cultivation method | |
| KR20110075386A (en) | Led lighting module for plant cultivation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210428 Effective date: 20210428 |