Тема: Разработка системы светодиодного освещения для тепличных хозяйств

В настоящее время одной из наиболее актуальных задач современной светотехники и электроники является внедрение светодиодных технологий в процесс освещения тепличных хозяйств. Известно, что светодиодные фитооблучатели превосходят применяемые в настоящее время в теплицах натриевые лампы высокого давления по энергоэффективности и по возможности оптимизации спектральных характеристик для выращивания определённых видов растений. Основной причиной, замедляющей появление в тепличных хозяйствах светодиодных облучателей, является их высокая стоимость и, соответственно, большой срок окупаемости. Над снижением стоимости конечной продукции активно работают ведущие мировые и отечественные компании. Однако, срок окупаемости светодиодных систем освещения можно снизить путём повышения их энергоэффективности и снижения затрат на электроэнергию.
Для решения поставленной задачи необходимо учитывать особенности влияния освещения на процессы, протекающие в растениях, и стадию их онтогенеза. С целью полноценного роста и развития растения обязательно должны облучаться светом со строго заданным спектром излучения, имеющим ярко выраженные пики спектральной плотности интенсивности излучения в синей и красной области спектра. Пик спектральной плотности интенсивности излучения в синей области спектра приходится на длину волны 450 нм, в красной области — на 670 нм. Выпускаемые сейчас светодиодные фитооблучатели рассчитаны и спроектированы таким образом, что спектр их излучения не может регулироваться и корректироваться в процессе эксплуатации, и все их фитосветодиоды всегда работают в номинальном режиме. Однако, данный подход является не совсем рациональным применительно к тепличному освещению. Очевидно, что освещённость и спектральный состав света внутри теплицы формируется на основе естественного и искусственного освещения.
Интенсивность излучения в определённой области спектра естественного излучения постоянно изменяется в зависимости от времени суток, времени года, погодных условий. На каждой стадии развития растения ему также требуется освещение, имеющее определённый спектральный состав и интенсивность излучения в разных областях спектра. Производители светодиодных фитооблучателей задают некий универсальный спектр излучения, условно подходящий для различных условий внешнего освещения и разных стадий онтогенеза растений. Применение подобных режимов приводит к завышенному потреблению электроэнергии. Таким образом, регулирование спектрального состава и спектральной плотности излучения в определённых областях спектра позволит экономить электроэнергию и увеличить ресурс фитооблучателя, замедлить процессы деградации светодиодов и смещения спектра излучения в область коротких длин волн.
Применение современных цифровых информационных технологий для реализации системы освещения позволит сделать её более многофункциональной, универсальной и ориентированной на пользователя. На основе подобного оборудования и программного обеспечения возможно реализовать самые сложные алгоритмы управления освещением, учитывающие все основные факторы световой среды, влияющие на процессы жизнедеятельности растений на каждой стадии их онтогенеза.
Таким образом, разработка энергоэффективных систем светодиодного освещения тепличных хозяйств, является актуальной задачей для агропромышленного комплекса России и современной светотехники.

Купить

В ходе выполнения бакалаврской работы было проведено исследование российского рынка для поиска существующих аналогов разработанного фитооблучателя, который показал что существующие на данный момент фитосветильники имеют существенный недостаток — отсутствие возможности регулирования спектра излучения. Таким образом, на протяжении всего периода жизнедеятельности растения световая среда и спектр излучения светильника остаются неизменными. Однако, в процессе роста растений им необходимо приблизительно одинаковое количество красного и синего света, а в процессе созревания плодов ему требуется гораздо больше красного света. Разработанный фитосветильник позволяет на разных стадиях роста растения задавать необходимый спектральный состав, что в свою очередь приведет к увеличению урожайности растения и экономии электроэнергии не только в сравнении с лампами ДНаТ и ДРЛ, но и существующими на данный момент светодиодными фитосветильниками.
Разработано программное обеспечение для системы управления светодиодным фиооблучателем, которое позволит работать фитосветильнику в два этапа разной длительности, при этом имея операторную панель, подключенную к программируемому логическому контролеру, есть возможность задавать необходимые нам параметры.
Проведенные испытания разработанного макетного образца, показали, что при изменении управляющего напряжения сохраняется практически линейная зависимость между величиной управляющего напряжения и спектральной плотностью энергетического потока облучателя на основных длинах волн, равных 450 нм и 660 нм. Это подтверждает адекватность применяемых методов и подходов в создании светодиодного фитооблучателся.

Купить