типы ламп для искусственного освещения растений кратко

Газоразрядные лампы

Газоразрядные лампы высокого давления. Очень эффективны (более 30% используемой мощности преобразуется в свет, тогда как у люминесцентных КПД составляет примерно 15%), но сильно нагреваются и требуют установки системы охлаждения, например вентилятора. Чаще используются в оранжереях и зимних садах, нежели для подсветки квартирных растений.

Люминесцентные лампы.

Они обеспечивают равномерную освещенность требуемой поверхности и не сильно нагреваются при работе (приблизительно до 40-45°С), что позволяет располагать эти источники в непосредственной близости от растений, вплоть до расстояния около 10 см. Из отечественной продукции используют как обычные лампы белого света (ЛБ), так и специальные фитолампы (ЛФ) и лампы естественного цвета (ЛЕЦ). Фитолампы имеют наиболее подходящий спектр излучения с двумя максимумами - в синей и красной области (за счет более сложного подбора люминофоров). Из импортных наиболее популярны фитолампы немецких фирм OSRAM и SYLVANIA: Sylvania Gro-Lux, Osram Fluora (в модельном ряду представлены лампы мощностью от 15 до 58 Вт, их стоимость составляет $3,5-5). Используют также люминесцентные фитолампы производства PHILIPS, DULUX и GENERAL ELECTRIC. Светильник может включать одну или несколько ламп (они имеют форму трубок) и в идеале снабжается рефлектором. Модель Philips Reflex Super/80 NG оснащена внутренним отражателем, который значительно повышает светоотдачу лампы. Не рекомендуется использовать для подсветки растений специализированные аквариумные лампы, они имеют несколько иной спектр излучения. Хотя многие модели являются универсальными и используются как в аквариумах, так и для подсветки растений. Светильник можно закрепить на потолке (лучше на регулируемом подвесе), на стенах или на специальных штативах. Он не должен препятствовать поступлению естественного света и мешать уходу за растением.

 

Обычные лампы накаливания

Обычные лампы накаливания для подсветки растений применяются достаточно редко, ведь в их спектре отсутствует сине-фиолетовая составляющая. Хотя существуют лампы накаливания с усиленной синей составляющей спектра - в них на стекло нанесены специальные покрытия (например, рефлекторная лампа Osram Concentra Spot Natura мощностью 60 и 100 Вт, стоимость около $ 7).

Чтобы не нарушился естественный биоритм растений, искусственное освещение необходимо использовать регулярно. Длина светового дня примерно одинакова для всех видов и составляет 12-16 часов. Как определить мощность ламп, которые способны обеспечивать необходимую для данных растений освещенность? Конечно, все зависит от того, люминесцентные эти лампы или газоразрядные, от запросов выращиваемых культур, а также от расстояния между источником освещения и растениями. При подборе осветительных приборов пользуются следующим рассчетом: количество фотосинтетически активного излучения должно составлять 50-70 Вт/м2 для теневыносливых и 120-200 Вт/м2 для светолюбивых видов. Если же у вас есть возможность, обратитесь к специалистам - они рассчитают вам необходимую мощность, воспользовавшись специальными компьютерными программами.

Подсветку нередко используют не только с чисто практической целью, но и для создания всевозможных художественных эффектов: подчеркнуть фактуру листьев, сделать более объемной форму растения, "играть" тенями на стенах и потолке.

 

Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения[1], основанное на использовании светодиодов в качестве источника света.

Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с достижениями в технологии белых светодиодов. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды, специально предназначенные для искусственного освещения.

 

Преимущества 

В сравнении с обычными лампами накаливания, а также люминесцентными лампами светодиодные источники света обладают многими преимуществами:

1. Экономично используют энергию по сравнению с предшествующими поколениями электрических источников света — дуговыми, накальными и газоразрядными лампами. Так, световая отдача светодиодных систем уличного освещения с резонансным источником питания достигает 120 люменна ватт, что сравнимо с отдачей люминесцентных ламп — 60—100 люмен на ватт. Для сравнения, световая отдача ламп накаливания, включая галогенные, составляет 10—24 люмен на ватт.
2. При оптимальной схемотехнике источников питания, применении качественных компонентов и обеспечении надлежащего теплового режима срок службы светодиодных систем освещения при сохранении приемлемых для общего освещения показателей может достигнуть 36—72 тысяч часов[2], что в среднем в 50 раз больше по сравнению с номинальным сроком службы ламп накаливания общего назначения[3] и в 4—16 раз больше, чем у большинства люминесцентных ламп. Производители светодиодов из-за постоянного обновления и совершенствования продукции не имеют возможности проводить тестирование в реальном времени и указывают прогнозируемый срок службы, используя специальные методики, такие как TM-21 и IESNA LM-80[4]. Большой срок службы в некоторых применениях играет решающую роль. Так, экономия на обслуживании и замене ламп в уличных светильниках зачастую превышает экономию на электроэнергии[5].
3. Возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания).
4. Направленное излучение без применения рефлектора, возможность изменения угла излучения при помощи линз (линзы для ламп накаливания при сравнимом световом потоке имеют бо́льшие габариты и стоимость).
5. Отсутствие инерционности при включении и выключении, что важно для светодинамических установок.
6. Возможность диммирования по сравнению с большинством типов люминесцентных ламп.
7. Безопасность использования.
8. Малые размеры и, как следствие, меньшее, по сравнению с люминесцентной лампой, количество люминофора, содержащего редкоземельные материалы.[6]
9. Высокая прочность.
10. Отсутствие в составе соединений ртути (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутьюпри переработке и при эксплуатации.
11. Практически полное отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения.
12. Низкая температура (для маломощных устройств).
13. Устойчивость к вандализму.

Недостатки 

1. Высокие требования к качеству теплоотвода, поскольку температура оказывает решающее влияние на надежность[7]. Мощные осветительныесветодиоды требуют наличия внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности и не могут без специального теплоотвода рассеять столько тепла, сколько выделяют. Так, для рассеивания 5 Вт тепловой мощности, выделяемой полупроводниковым прибором с возможностью работы при температуре окружающей среды до +40 °C, потребуется радиатор площадью 100 см2[8]. Необходимость использования радиатора удорожает готовое изделие и затрудняет конструирование светодиодных ламп свыше 15 Вт, совместимых с типоразмером цоколя и габаритами ламп накаливания общего назначения.
2. Невозможность работы при высоких (более +100 °C) температурах окружающей среды (сауны, духовые шкафы, микроволновые печи и т. п.)
3. Напряжение питания светодиода значительно меньше напряжения питания обычных ламп накаливания. Для питания одиночного светодиода от сети необходим преобразователь питания постоянного тока, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты.
4. Последовательное включение нескольких светодиодов в некоторых схемах светильников снижает общую надёжность устройства, поскольку выход из строя одного светодиода приводит к отключению всей цепочки.
5. Относительно высокая цена. Впрочем, на начало 2011 года в продаже уже появились светодиодные лампы по ценам (за люмен), конкурентоспособным с компактными люминесцентными лампами.
6. Дешёвые массовые светодиоды имеют световую отдачу 80—110 лм/Вт, что по экономичности ниже современных натриевых ламп[9]. В связи с чем, несмотря на активное внедрение светодиодных бюджетных светильников в различные производственные и коммунальные сферы бытового обслуживания, в настоящее время для освещения улиц и дворовых территорий одними из самых энергоэффективных и надёжных источников света являются светильники типа ДНаТ (Светоотдача натриевых ламп высокого давления достигает 150 люмен/ватт, низкого давления — до 200 люмен/ватт).
7. Спектр светодиодной лампы отличается от солнечного, поэтому приходится идти на компромисс между световой мощностью и качеством. Вместе с тем, он зачастую, при правильно подобранных люминофорах лучше по сравнению с люминесцентными лампами[источник не указан 468 дней].
8. Несмотря на лёгкость регулировки яркости светодиода изменением питающего его постоянного напряжения, большинство светодиодных ламп, предназначенных для сетевого напряжения, не работают через диммер для ламп накаливания. Причина в конструкции встроенного в лампувторичного источника питания. Однако, существуют диммируемые светодиодные лампы, допускающие включение в сеть совместно с диммером для ламп накаливания. Стоимость подобных ламп обычно дороже на 10—30 %, а яркость при вращении регулятора диммера регулируется скачкообразно от 20 % до номинальной. Такого недостатка лишены диммеры, специально предназначенные для управления соответствующими светодиодными лампами.
9. Дешёвые лампы, подключаемые в сеть 220 В, мерцают (пульсации светового потока) с частотой 100 Гц, что может отрицательно влиять на зрение.
10. Применяемая в светодиодном освещении синяя компонента спектра негативно сказывается на функционирование пищевых цепей фауны и привлекают беспозвоночных из сельской местности в города.[10]

Применение 

Светодиодные технологии освещения благодаря эффективному расходу электроэнергии и простоте конструкции нашли широкое применение в светильниках, прожекторах, светодиодных лентах, декоративной светотехнике и особенно в компактных осветительных приборах — ручных фонариках. Их световая мощность доходит до 5000 лм. Светодиодные осветительные приборы подразделяются на уличные и интерьерные. Сегодня их применяют для подсветки зданий, автомобилей, улиц и рекламных конструкций, фонтанов, тоннелей и мостов. Данное освещение используют для подсветки производственных и офисных помещений, домашнего интерьера и мебели

Светодиодное освещение применяется в светотехнике для создания дизайнерского освещения в специальных современных дизайн-проектах. Надёжность светодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных для частой замены местах (встроенное потолочное освещение, внутри натяжных потолков и т. д.).

Декоративная светодиодная подсветка в основном применяется для праздничной иллюминации. Используется как новогоднее украшение — светодиодная гирлянда. В период праздников (в большей степени новогодних) их можно увидеть на улицах городов, они украшают деревья, фасады зданий и другие уличные объекты.

 

 

Преимущества светодиодного освещения для растений

• В отличие от натриевых ламп, светодиодные потребляют почти в 5 раза меньше электричества, например, светодиодный светильник для растений, потребляющий 90 Вт, соответствует по эффективности 270 ваттной ДНАЗ, ДНАТ;
• Не нагреваются (натриевые лампы греются от 200 до 600 градусов по цельсию) и обладают более полным спектром света;
• Обеспечивают непрерывную комплексную и долговременную досветку растений — до 50.000 часов;
• Способны работать в режиме контроля технологического процесса досветки (регулировка интенсивности и спектра облучения);
• Экономия средств — нулевые затраты на обслуживание;
• Экономия на дополнительном оборудовании — зачастую не требует дополнительного охлаждения и рефлектора;
• Имеют в основном модульную конструкцию;
• Отличаются мобильностью, размещены на легкой подвеске;
• Быстро монтируются за счет функционально самостоятельных модулей;
• Имеют компактные массогабаритные показатели при сравнительно большой производительности;
• Не требуют постоянного контроля за режимом досветки;
• Не требуют предварительной инженерностроительной подготовки площади под размещение.
• Имеют высокую световую отдачу светодиодов;
• Имеют высокую энергоэффективность (КПД светодиодной лампы 96%, то есть практически вся электроэнергия превращается в свет, против 30% у ламп ДНАТ)
• Безвредно человеку и окружающей среде — не содержит ртути и других опасных веществ, отсутствует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение;
• Энергоэффективность и экологичность.

Применение светодиодного освещения для растений:

1. Для теплиц, зимних садов, оражнерей, а также для замены устаревших ламп типа ДНАЗ и ДНАТ. При этом для дополнительного эффективного освещения растений на площади до 2 кв.м, при высоте подвеса 1,8-2,5 м совместно с естественным светом в осенне-зимне-весенний период, а также для дополнительного эффективного освещения растений на площади до 6 кв.м, при высоте подвеса от 2,5 м для увеличения урожайности и скорости роста в летний период.
2. Для закрытых помещений, кладовок, комнат, гроубоксов и т.п.
3. Основное освещение области до 1,1 м2, при высоте подвеса 0,4-1,3м.

Сигналы, говорящие о недостатке освещения для растений:

• Рост растения замедляется.
• Расстояние между вновь образующимися листьями и побегами увеличивается, стебель становится тоньше.
• Вновь образующиеся листья несколько меньше по размеру.
• Нижние листья желтеют и опадают.
• Цветущие растения образуют мало бутонов, и при этом они бледнее, чем обычно; бутоны не развиваются и опадают.
• Пестрые листья становятся зелеными.

Сигналы, свидетельствующие об избытке освещения для растений:

• Хотя земля достаточно влажная, листья днем поникают.
• Листья, на которые падают прямые лучи солнца, желтеют — сначала по краям, а затем и полностью.
• В самом худшем случае, когда листья — частично или целиком o становятся коричневыми и засыхают, можно даже говорить о «солнечном ожоге».

Создание искусственного освещения

Пищей растений, используемой для роста и создания массы, являются простые органические соединения – углеводороды. Растения сами вырабатывают их из двуокиси углерода и воды в результате процесса фотосинтеза. Этот процесс осуществляется за счет использования световой энергии, поглощаемой через так называемый ассимиляционный пигмент – хлорофилл, содержащийся в основном в листьях. Продуктом растительного фотосинтеза также является выделяющийся в атмосферу кислород, необходимый для жизни других организмов.

Интенсивность фотосинтеза зависит от интенсивности света, содержания двуокиси углерода и обеспечения водой, а также от окружающей температуры. Важным является, однако, не только общее количество световой энергии, достигающей растения, но и спектральный состав света, а также взаимное соотношение периодов освещения и отсутствия света, или дня и ночи – так называемый фотопериодизм.

Теперь разберемся что такое солнечный свет? Это спектр отдельных цветов. Светокультура растений складывается из таких факторов: спектр света (определенные длины волн), количество света (люксы, люмены, ватты и так далее, учесть здесь же расстояние от светильников), временной интервал (длительность облучения), частота облучения (периодичность), тепловой режим (определённая частота света). В течении дня эти факторы складываются таким образом, что растения получают необходимую порцию света чтобы расти. В природе эти факторы совмещаются довольно редко (в малом периоде года), в ином случае, мы получали бы большое количество урожаев. А возможно ли получать большее количество урожаев в один и тот же временной период культивации? Оказывается такое возможно в среде искусственного освещения при помощи диодных сборок (светодиодных ламп, прожекторов, матриц, светильников).

В процессе фотосинтеза растений используется электромагнитное излучение, длина волны которого составляет 400-700 нм. Свет в этом диапазоне способен стимулировать рост растений. Это так называемый PAR-диапазон (сокращенно от Photosynthetic Active Radiation-фотосинтетическое активное излучение). Около 45% солнечного излучения находится в PAR-диапазоне. Таким образом, если лампа предназначена для стимулирования роста растений, основная часть ее спектра должна находиться в этом диапазоне. А используемый растениями спектральный диапазон световых волн называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР или ППФ (плотность потока фотонов)).

Параметры длин волн светодиодного освещения для растений:

• 370-380 nm UV
• 410-420 nm Violet
• 450-460 nm Royal blue
• 460-475 nm Blue
• 520-530 nm Green
• 585-595 nm Yellow
• 605-618 nm Orange
• 620-635 nm Red
• 650-660 nm Far red
• 720-730 nm IR
• 850 nm IR
• 940 nm IR

Белый:

• 2500-4500 K Теплый белый
• 5000-7000 K Белый
• 7500-20000 K Холодный белый

Показатель фотосинтетически активного излучения является единственной мерой оценки пригодности источника света в процессе фотосинтеза. Чем выше такой показатель на ватт электрической мощности источника света, тем более он эффективен для роста растений. Показатель фотосинтетически активного излучения выражается в микромолях на секунду (µмоль/с). Скорость роста и развития растений зависит, прежде всего, от интенсивности облучения, то есть излучаемой энергии, выпадающей на единицу поверхности, а значит от мощности и количества установленных тепличных светильников.

Ультрафиолетовое излучение ниже 380 нм и инфракрасное – выше 780 нм в фотосинтезе не используется, но влияет на так называемые фотоморфогенетические процессы растений, связанные помимо прочего с ростом побегов, разрастанием, окраской листьев, цветением и старением растений.

В большинстве случаев мы оцениваем интенсивность освещения для растений в соответствии с особенностями глаза – человеческого органа зрения. При этом человеческий глаз видит только часть лучей, из которых состоит солнечный свет. Этот свет раскладывается на различные цвета спектра. Мы можем наблюдать это на примере радуги, где благодаря преломлению света представлены семь цветов спектра. Люди с хорошим зрением различат в ней фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Не все цвета солнечного спектра одинаково важны для растений: все равно, растут ли они в комнате или на улице. Для процесса фотосинтеза прежде всего необходимы синий и красный цвета. Это стоит учитывать, устраивая искусственное освещение для растений. Если Вы, например, повесите над ними обычную лампу накаливания, то, на первый взгляд, растения будут достаточно освещены. В действительности же лампа накаливания преобразует в свет только 5 процентов получаемой электроэнергии, остальная же ее часть теряется в виде тепла. Спектр излучения этой лампы составляет, в основном, красный цвет. Поскольку синий цвет отсутствует, рост растений замедляется, а их стебли становятся тоньше. Итак, для освещения растений следует использовать лампы, в спектре излучения которых присутствуют как синий, так и красный цвет, потому как уже было сказано выше — большая часть фотобиологических процессов в растениях наиболее интенсивно протекает при облучении излучением в сине-фиолетовой и оранжево-красной области спектра. Для глаза свет этих ламп кажется несколько непривычным.

 

Вы скорее всего спросите почему для светодиодных источников света для подсветки растений не указывают силу света в Люменах? Люмен — это единица измерения, пригодная для стандартного освещения. У растений иные запросы. Мощность источников PAR измеряется в ваттах на квадратный метр, однако в любом случае сложно определить значение точно.

Типа освещения растений:

• постоянная подсветка;
• фотопериодическое освещение;
• цикличная;
• краткосрочная подсветка в определенные промежутки времени.

Рассмотрим на примере созревания под светодиодным освещением фитолампы огурцов и помидоров:

В лампе для растений (фитолампа) применены светодиоды со спектральными характеристиками для наилучшего усвоения света растениями. В этих светодиодах используются следующие длины волн

 

Свет можно рассматривать как энергию электромагнитных колебаний с определённой длиной волны. Единицей измерения длины волны служит нанометр (миллимикрон). По спектру всю солнечную энергию можно подразделить на три основные части:

• ультрафиолетовые лучи (10-400 нм);
• видимое излучение (400-760 нм);
• инфракрасное излучение (более 760 нм).

По физиологическому действию на растения, определённые участки спектра различаются следующий образом.

1. 1. Лучи с длиной волны до 280 нм – убивают растение.

 

1. 1. Лучи с длиной волны 280-315 нм – губительны для большинства растений.

 

1. 1. Лучи с длиной волны 315-400 нм – растение становится короче, а листья толще.

 

1. 1. Лучи с длиной волны 400-510 нм – второй максимум поглощения хлорофиллом.

 

1. 1. Лучи с длиной волны 510-610 нм – зона спектра ослабленного фотосинтеза.

 

1. 1. Лучи с длиной волны 610-700 нм – зона максимального поглощения хлорофиллом и максимальной фотосинтетической активности.

 

1. Лучи с длиной волны 700-1000 нм – мало изучены.

Длина волны ультрафиолетовых лучей, доходящих до земли, в которых растение испытывает потребность, колеблется в пределах 280-400 нм.

 

Из вышенаписаного видим, что светодиоды (LEDs, Light Emitting Diodes) идеальны в освещении для растений, ведь они позволяют получить световые волны строго определенных значений. Кроме того они имеют фантастический срок жизни (до 100 000 часов), а это делает их самыми подходящими источниками света для оранжерей и теплиц. Цена на светодиоды для растений постепенно снижаются и они все более и более становятся доступнее нам. Светодиодные светильники потребляют на 75% меньше энергии по отношению к традиционным источникам света, что позволяет окупить их буквально за год. А с учетом их долголетия — и быстрее. Из подобных современных светильников вы сможете устроить самую замысловатую конструкцию подсветки — вам не понадобится разбирать ее каждый раз, когда перегорит лампа. И последнее — отличительной особенностью светодиодов для растений является отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения, поэтому такие светодиодные лампы абсолютно безопасны любым растениям и для окружающей среды.