Вопрос качества искусственного досвечивания растений крайне актуален для России: многие регионы страны расположены в зоне умеренного климата, выращивание многих видов овощей, зелени и цветов происходит в тепличных хозяйствах.

В настоящее время в российских теплицах для освещения растений используются преимущественно светильники с натриевыми лампами, которые имеют весьма ограниченный спектр освещения и не могут обеспечить достаточных результатов. Кроме того, в связи с тем, что в подобных помещениях очень высокая влажность, натриевые лампы приходится чаще менять, чем при обычных условиях эксплуатации. Кроме того, избыток теплового излучения вреден для растений, так как вызывает деформацию их листьев.
Способность растений «различать» цвета усиливается еще и различной реакцией растений на свет в различных спектральных диапазонах. Так, пигменты, наиболее чувствительные к красным лучам, отвечают за созревание плодов и развитие корневой системы, синей — за увеличение зеленой массы. Важную роль играет и зеленый спектральный диапазон: он необходим для фотосинтеза листьев нижнего яруса, куда почти не проникают синие и красные лучи. В целом, оптимальный для растений состав излучения выгладит так: 50 процентов энергии должно приходиться на красную область (600‑700 нм), 30 процентов — на синюю (380‑490 нм) и 20 процентов — на зеленую (380‑490 нм).
Все это так непохоже на спектр натриевых ламп. Он линейчатый, то есть представляет собой череду из нескольких максимумов, при этом главный пик не дотягивает до наиболее «вкусной» для растений красной области. Синяя же область и вовсе выпадает из спектра натриевых ламп, что является одним из основных недостатков этих источников освещения.
Светодиоды: цвет на любой вкус
Во второй половине 2000-х годов появились источники освещения, способные удовлетворить даже самые взыскательные растения, — светодиодные лампы и светильники. В отличие от традиционных (газоразрядных) источников света, в таких светильниках свет испускает полупроводниковая пластинка при пропускании через нее электрического тока. Для светодиодных светильников характерен высокий КПД и длительный срок службы.
Главное же для растений заключается в том, что светодиоды могут быть различного цвета. А значит, можно подобрать комбинацию светодиодов, наиболее полно соответствующую «аппетиту» растений. В то время как коэффициент использования световой энергии у традиционных газоразрядных ламп не превышает 0,35, у светодиодных ламп и светильников он может приближаться к единице.
Кроме того, управляя силой тока на светодиодах, можно управлять их яркостью, т. е. управлять как световым потоком светильника, так и его спектральным составом в зависимости, например, от времени суток и погодных условий — это особенно актуально для современных теплиц с автоматизированным управлением.
Еще одним плюсом для владельцев теплиц становится низкая стоимость владения: световая отдача современных светодиодных светильников превышает световую отдачу аграрных светильников с натриевыми лампами. А срок службы светодиодных светильников, собранных из качественных комплектующих, соответствует сроку службы светодиодов и намного дольше службы натриевых ламп высокого давления (около 25 тысяч часов).
Проекты и результаты
На сегодня в России и за рубежом проведены исследования, показавшие преимущества светодиодного тепличного освещения. Наибольшие успехи во внедрении светодиодного освещения достигнуты в Европе, Японии и других развитых странах, являющихся крупными сельхозпроизводителями. Что неудивительно в связи с политикой энергосбережения, проводимой этими странами.
Один из последних экспериментов в этой области успешно завершился в октябре 2012 года. На протяжении двух месяцев в Тимирязевской сельскохозяйственной академии проводилось уникальное исследование по созданию «искусственного солнца» для тепличных растений, в процессе которого велся сравнительный анализ светодиодных тепличных светильников производства компании «АтомСвет» (мощность 65 Вт) и светильников с натриевыми лампами (90 Вт) по влиянию различных типов освещения на культуру листового салата сорта «Московский парниковый».
Этот опыт отличался от других экспериментов тем, что в нем, пожалуй, впервые были наглядно продемонстрированы преимущества светодиодных светильников российского производства над основным конкурентом — натриевыми лампами.
Победа, как и ожидалось, досталась светодиодным светильникам, но победитель в «гонке» двух систем освещения обозначился не сразу.
Первый этап опыта (проращивание семян) не выявил преимуществ ни у той, ни у другой стороны: все семена «проклюнулись» примерно в одинаковые сроки.
Затем, на протяжении первой недели опыта, растениям из контрольной группы удалось даже немного вырваться вперед в своем развитии: в контрольном варианте листья «натриевого» салата образовывались на высоте 15‑20 миллиметров, в то время как листья салата «светодиодного» проявляли тенденцию к полеганию, располагаясь прямо на земле.
Но, как выяснилось в дальнейшем, — только потому, что «светодиодный» салат все это время набирался сил. В последующие две недели отставание было ликвидировано, а на последней, четвертой неделе «светодиодный» салат резко ушел в отрыв и финишировал в итоге со следующими результатами: масса листьев примерно на 40 процентов больше, чем у салата в контрольной группе, а масса корней — более чем в три раза. Блестящий результат! — особенно если учесть, что растения в варианте досвечивания светодиодными светильниками имели значительно лучший товарный вид.
Успешно завершенный опыт лишний раз подтвердил преимущества светодиодного освещения в тепличных предприятиях и то, что продукция российских производителей светодиодной светотехники вполне конкурентоспособна в сравнении с продукцией ведущих мировых светотехнических брендов.
— Для того чтобы разработать тепличный светильник, который станет своеобразным искусственным солнцем, мы провели масштабное исследование мировых теоретических и практических разработок в этой сфере, — говорит генеральный директор ООО «АтомСвет» Вадим Дадыка. — В результате нашим конструкторам удалось создать уникальный светодиодный светильник, максимально приближенный по характеристикам к световой кривой фотосинтеза. Появление экономичных светодиодных источников освещения, несомненно, скажется во всех областях агропромышленного сектора. Мы приглашаем специалистов тепличных комбинатов России и СНГ к использованию передовых технологий, получивших признание уже во всем мире.
Сегодня светодиодные светильники достаточно широко применяются не только в тепличном хозяйстве, но и в птицеводстве, в том числе в России, где насчитывается порядка шестидесяти птицефабрик, оборудованных системами светодиодного освещения.
Так что у светодиодных светильников и ламп есть все шансы открыть новую страницу в освещении теплиц и других сельскохозяйственных объектов.

Источник: Энергетика и Промышленность России