В статье приведены результаты исследований снижения фотонного потока различных типов тепличных облучателей. Различная скорость фотонного потока влияет на эксплуатационные затраты, связанные с заменой источника света.

Ключевые слова: разрядные лампы, светодиоды, эксплуатационные затраты, срок службы.

Введение

Уровень фотонной облученности существенно влияет на урожай различных культур [1,2,3]. Вместе с тем известно, что фотонный поток источников света снижается с течением времени эксплуатации.

Материалы и методы

Для определения срока службы источников света использовался стандарт ТМ-21 «Метод оценки срока службы светодиодных источников света по снижению их светоотдачи». Этот стандарт принят в 2011 году светотехническим инженерным обществом IES (Illuminating Engineering Society). Согласно стандарту, строится аппроксимационная кривая по данным, собранным за последние 5 тыс. ч тестирования, проводимого по методике LM-80 в течение 6–10 тысяч часов. При сборе данных более чем за 10 тысяч часов TM-21 использует вторую половину данных. Далее используется экспоненциальная аппроксимация по методу наименьших квадратов:

(1)

где t — время работы, ч; Ф(t) — усредненный нормализованный выходной световой поток в момент времени t; В — константа, полученная при аппроксимации кривой методом наименьших квадратов; α — коэффициент спада кривой, полученный при аппроксимации кривой методом наименьших квадратов.

Прогнозируемый интервал стабильности светового выхода определяется по выражению:

(2)

где Lp — продолжительность периода стабильности светового выхода, ч; р — заданный процент от исходного светового выхода.

Такая аппроксимация может быть проведена для любого, заданного пользователем, значения светового выхода. Принято срок службы источника света определять при снижении светового потока до 70 % начального (L70).

Затраты на системы освещения определяются по выражению:

(3)

где С _к — капитальные затраты на системы освещения, руб.; С _э — эксплуатационные затраты на освещение, руб.

Капитальные затраты включают затраты на светильник и лампу. Эксплуатационные затраты включают затраты на потребленную электроэнергию и определяются по выражению:

(4)

где P — электрическая мощность, потребляемая источником света, кВт; k _пра — коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре, отн.ед. (для газоразрядных светильников с электронными ПРА — 1,12; для светодиодных светильников — 1); T — срок службы светильника, часы; β — тариф на электроэнергию, руб./кВт.ч.

Результаты и обсуждения

На рис. 1 показаны зависимости изменения фотонного потока источников света от времени эксплуатации, полученные в лаборатории светотехники Нижегородского государственного агротехнологического университета.

Рис. 1. Зависимости изменения фотонного потока от времени эксплуатации различных источников света: натриевых ламп GreenPower, светодиодов Oslon SSL фирмы Osram в составе облучателя TL-PROM FITO

Получены регрессионные уравнения изменения фотонного потока источников света от времени эксплуатации.

Для газоразрядных светильников уравнение имеет вид:

(5)

Для светодиодных светильников уравнение имеет вид:

(6)

По полученным уравнениям рассчитан срок службы источников света при падении фотонного потока до 70 % от номинального. Для газоразрядных светильников срок службы составил 19 645 часов, для светодиодных светильников — 35 967 часов.

Стоимость лампы GreenPower составляет 3650 руб./шт. Стоимость светильника ЖСП-50–600 составляет 10200 руб. Стоимость светильника TL-PROM FITO 12480 руб. Затраты на системы освещения с различными типами тепличных типов облучателей при создании равного уровня светового потока в течение срока эксплуатации показаны на рис. 2.

Выводы

Срок службы светодиодных тепличных облучателей в 1,83 раза больше, чем тепличных облучателей с газоразрядными лампами. Затраты на различные типы тепличных систем освещения сравниваются после 16000 часов (4 лет эксплуатации). За полный срок службы светодиодные тепличные облучатели экономят 18 % финансовых затрат в сравнении с тепличными облучателями с газоразрядными лампами.

Литература:

1. Pennisi, G., Pistillo, A., Orsini, F., Cellini, A., Spinelli, F., Nicola, S., Marcelis, L. F. M. (2020). Optimal light intensity for sustainable water and energy use in indoor cultivation of lettuce and basil under red and blue LEDs. Scientia Horticulturae, 272, 109508. doi:10.1016/j.scienta.2020.109508.
2. Xiao-Xue Fan, Zhi-Gang Xu, Xiao-Ying Liu, Can-Ming Tang, Li-Wen Wang, Xue-lin Hanc. Effects of light intensity on the growth and leaf development of young tomato plants grown under a combination of red and blue light. Scientia Horticulturae 153 (2013) 50–55.
3. Kwack, Y., Park, S. W., & Chun, C. (2014). Growth and development of grafted cucumber transplants as affected by seedling ages of scions and rootstocks and light intensity during their cultivation in a closed production system. Horticultural Science & Technology, 32(5), 600–606.