Учебное пособие 800577

УДК 628.9.041.9:635.071

Л.В. Бушлякова, Д.Г. Козлов

СВЕТОДИОДНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ КАК ИСТОЧНИК УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА

В данной статье рассматриваются светодиодные светильники как источники оптического излучения закрытого грунта. Представлены результаты эксперимента, заключающегося в эффективности воздействия светодиодов на растения. Дана сравнительная характеристика целесообразности их применения

Немаловажную роль оптическое излучение играет в повышении продуктивности в отрасли животноводства и повышении урожайности растений [1].Существует множество источников оптического излучения воздействующих на продуктивность и урожайность растений. Благодаря конструктивной особенности, наиболее целесообразно использовать в качестве оптического излучения в тепличных хозяйствах светодиодные светильники. Для того чтобы убедиться в эффективности использования полупроводниковых источников необходимо их сравнить с другими источниками оптического излучения, применяемых в тепличных хозяйствах. Данным источником послужит светильник с люминесцентными лампами.

Рис.1. Схема эксперимента по применению светодиодных светильников для выращивания растений

Как показывает анализ литературных источников [2, 3], эксперимент проводится в два этапа: первая группа растений находится под излучением светодиодных источников, вторая

81

группа под люминесцентными лампами. Схема проведенного эксперимента представлена на рис. 1.

В результате эксперимента было выяснено, что семена, освещаемые светодиодными светильниками, прошли за время эксперимента полный цикл от проращивания до плодоношения. Семена, освещаемые светильниками с люминесцентными лампами, за такой же период достигли лишь стадии цветения.

Для того чтобы более наглядно убедится в эффективности применения полупроводниковых источников, необходимо сравнить их спектр излучения со спектром натриевой лампы, как наиболее применяемых в защищенном грунте.

Рис.2. График соотношения спектров эффективности фотосинтеза, натриевой лампы высокого давления и светодиодной

лампы

На рис. 2 представлен спектр излучения натриевой лампы. Из графика видно, что наибольшая относительная спектральная эффективность находится в диапазоне длин волн от 570 нм до 650 нм. Если посмотреть на спектральную эффективность фотосинтеза, то можно сделать вывод о том, что диапазона длин волн натриевой лампы недостаточно, чтобы охватить весь световой спектр излучения, который необходим растениям для осуществления фотосинтеза. Более того, с этой проблемой поможет справиться предлагаемый полупроводниковый источник излучения (светодиодная лампа) [3]. Из рис. 2 можно сделать вывод о том, что максимумы относительной спектральной эффективности светодиодной лампы находятся в диапазоне 400-500 нм, а также в

82

диапазоне 600-700 нм. Это доказывает, что применение данного источника света наиболее эффективно для осуществления растением необходимо важного для жизнедеятельности процесса.

Светодиодный светильник обладает еще одним преимуществом: если использовать в светильнике светодиоды с различными значениями длины волны, то изменяя ток, проходящий через кристалл, мы можем получить различные по интенсивности спектры излучения. Таким образом, имея возможность регулирования силы тока, мы можем получить любую интенсивность, необходимую для различного этапа развития растения [4].

Сравнительная характеристика источников излучения

В таблице 1 представлена сравнительная характеристика светодиодов с другими источниками излучения. Для тепличного

83

хозяйства, как правило, играют важную роль экономические показатели используемых источников оптического излучения. На экономические показатели в значительной мере влияют технические характеристики, такие как потребляемая активная мощность и средняя продолжительность горения (срок службы).

Анализируя данные сравнительных характеристик источников излучения применяемых в защищенном грунте можно выявить как преимущества, так и недостатки полупроводниковых источников и сделать соответствующие выводы. Одним из значимых недостатков светодиодных (СД) источников является сравнительно невысокая светоотдача. Данный недостаток можно устранить таким образом, так как теплоотдача полупроводниковых источников невысока, мы можем при монтаже расположить СД на более малом расстоянии, что не повлечет пагубного эффекта на освещаемое растение. Одним из преимуществ СД в сравнении с другими источниками, такими как ДРЛ, ДНат, является продолжительность горения. А также, потребляемая активная мощность натриевых ламп в значительной мере превышает потребляемую мощность полупроводниковых источников. Таким образом, учитывая приведенные технические показатели, СД источники оптического излучения наиболее экономически выгодны при эксплуатации в условиях защищенного грунта, что оправдывает свою высокую стоимость.

Литература 1.Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б.

Айзенберга. 3-е изд., переработанное и дополненное. – Москва: Знак, 2006. – 972 с.

2. Применение светодиодных светильников для освещения теплиц: реальность и перспективы. "Аграрное обозрение", №3, 2011 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://agroobzor.ru/rast/a- 168.html

3.Тихомиров, А.А. Светокультура растений: биофизические и биотехнические основы / А.А. Тихомиров. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000. – 213 с.

4. Гужов, С. Концепция применения светильников со светодиодами совместно с традиционными источниками света / С. Гужов // Современные технологии автоматизации. – 2008. – № 1.

– С. 14–18.

Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I

84

УДК 621.316.98

С.В. Кузьмина, Л.Н. Титова

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕТОДИОДОВ

Рассматриваются особенности светодиодных ламп, приведена сравнительная характеристика светильника с лампой накаливания и светодиодного светильника

В последнее время для многих стран одним из приоритетных направлений стало развитие энергосбережения. Увеличение производственных мощностей, рост городов, следовательно, и количества потребляемой энергии на одного человека, а также ужесточение требований экологии по выбросам вредных веществ в атмосферу стали основными причинами для поиска путей снижения энергопотребления.

Вопрос энергосбережения актуален и для России, т.к. потребление электроэнергии в 2014 году составило 1 триллион 35,2 миллиарда кВт.ч, увеличившись на 0,4% по сравнению с 2013 годом. Выработка электроэнергии выросла на 0,1%, до 1 триллион 46,3 миллиарда кВт.ч.

Одним из важных направлений по снижению потребления электроэнергии в осветительных установках является повышение эффективности превращения электрической энергии в световую. На это влияют: проект схемы освещения, внешний вид и облицовка, световая отдача лампы, эффективность светильника, правильное использование выключателей и регуляторов, выбор схемы размещения светильников, автоматическое регулирование освещения, чистота помещения. Поэтому более эффективным является использование светодиодных технологий для освещения.

Развитие светодиодных технологий уже сегодня позволило многим производителям использовать новые источники света в светосигнальных устройствах, средствах отображения информации, декоративном освещении, включая архитектурное и ландшафтное, в рекламе, а также для освещения улиц и дорог.

Светодиодная лампа – это осветительный прибор, который устанавливается в существующий светильник (светодиодные лампы в настоящее время выпускаются практически под все

85

существующие типы цоколей). Использование светодиодных ламп в освещении уже занимает приблизительно 10% рынка.

По сравнению с другими типами ламп светодиоды имеют ряд преимуществ и недостатков.

Среди преимуществ можно выделить:

Экономичное потребление энергии (световая отдача люминесцентной лампы – 60-100 лм/Вт, светодиодной – 10-24 лм/Вт);

Высокий срок службы (при оптимальной схеме подключения в 50-200 раз больше по сравнению с лампами накаливания;

Малые размеры;

Надежность (светодиоды работают в любых условиях при температуре от -60°С до +40°С, имеют высокую стойкость к вибрации и механических воздействий);

Безопасность использования;

Возможность использования различных спектровых характеристик (получение любого цвета и оттенка излучения светодиодов);

Направленность излучения (не требует специальных отражателей или рассеивателей);

Безинерционность (возможность управления через контроллеры, диммеры);

Экологичность (отсутствие паров ртути, проблем с утилизацией);

Низкое ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.

Основные недостатки светодиодных ламп:

Высокая цена (в 10-15 раз больше лампы накаливания, окупаемость 3-5 лет);

Низкое питающее напряжение (требуется последовательное соединение либо использование инверторов);

Низкая граничная температура (при большой мощности светодиода требуется внешний радиатор для охлаждения);

Направленный свет (чтобы получить рассеянное освещение необходимо использовать специальные фильтры);

86

Отличие от солнечного спектра (при правильно подобранных люминофорах этот недостаток менее заметен в силу человеческого восприятия).

В таблице приведена сравнительная характеристика светильника с лампой накаливания и светодиодного светильника.

Общая экономия при замене светильников с лампами накаливания на светодиодные одинаковой мощности 75 Вт, составит около125 руб/год при работе 12 часов в сутки.

Выводы

Внедрение новых прогрессивных источников света с высоким КПД, использование рациональных схем освещения позволяют во многих случаях увеличить эффективность электроосветительных установок, увеличить освещенность рабочих мест и достигнуть экономии электроэнергии.

Литература

1.Бугров В.Е., Виноградова К.А. Оптоэлектроника светодиодов. Учебное пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. – 174 с.

2.Элит-монтаж. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://elites-montage.com.ua/ntled.php

3.Электронный ресурс: http://www.leds.ru

Воронежский государственный технический университет

87

УДК 681.322

А.А. Резников, С.В. Пономарев, И.Н. Зайцева, В.Г. Спирин

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ»

Представлена разработка электронного устройства, позволяющего управлять механизмом открытия ворот и включением освещения в системе домашней автоматики

В последнее время уровень требований к комфорту, предъявляемых современному жилому дому, несравнимо вырос.

В прежние годы основными условиями комфорта считались наличие центрального отопления, горячей воды, затем на первый план вышли телефонизация и кабельное телевидение, далее насущным стало наличие интернета. Сегодня на первый план достоинств дома выходит система автоматизации «Умный дом», объединяющая и управляющая всем оборудованием дома.

Говоря об автоматизации «Умного дома», часто имеют в виду сложные и дорогостоящие системы. Оказывается, во многих случаях можно эффективно использовать достаточно простые решения. Так, в результате работы студенческого научного общества кафедры радиоэлектроники и компьютерной техники, было спроектировано электронное устройство для управления элементами системы «Умный дом». Оно позволяет управлять механизмом открытия ворот и включением освещения в системе домашней автоматики. Внешний вид электронного устройства представлен на рис.1.

Рис. 1. Электронное устройство для управления элементами системы «Умный дом»

89

Структурная схема электронного устройства представлена на

рис. 2

Рис. 2. Структурная схема электронного устройства Схема включает в себя:

−Arduino Pro Mini, устройство на базе микроконтроллера ATmega328, выполняет основную функцию управления.

−Дисплейный модуль, отображает информацию о текущем состоянии устройства.

−Исполнительное устройство - релейный модуль, к которому

могут, подключены различные нагрузки. Он представляет собой 2- канальную релейную интерфейсную плату, которая управляется микроконтроллером.

−Точка доступа DWL-G700AP используется в качестве детектора Wi-Fi устройств, определения их идентификационных номеров

(MAC-адресов).

−Многокнопочная клавиатура служит для управления основными функциями электронного устройства.

Принцип работы электронного устройства следующий. Микроконтроллер опрашивает точку доступа с определенным интервалом времени. В случае обнаружения хотя бы одного подключенного устройства, микроконтроллер сравнивает его MACадрес с ранее заданными адресами в его энергонезависимой памяти. Если найдено совпадение, микроконтроллер выполняет действия, которые разрешены для данного устройства, открывает электромеханические гаражные ворота и включает освещение. Кроме этого микроконтроллер проверяет работоспособность точки доступа − если она перестала отвечать на команды, то микроконтроллер перезагружает её. За счет чего повышается надежность устройства. Точка доступа D-Link DWL-G700AP

90