Энергосберегающая система управления источниками оптического облучения в теплицах Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.344.8

Энергосберегающая система управления источниками оптического

облучения в теплицах

И.Г. Минаев, А.Г. Молчанов, В.В. Самойленко vvs_stv@mail.ru

ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

Овощеводство защищенного грунта является одним из приоритетных направлений развития АПК. В связи с этим, вопрос создания прорывных отечественных энергосберегающих технологий производства рассады и взрослой культуры в теплицах сегодня особенно актуален. [1]

Рекомендуемый в России медициной уровень потребления овощей во внесезонный период составляет 12-15 кг на человека в год. За счет собственного производства обеспечивается только 3,7 кг тепличных овощей на человека в год. Дефицит овощной продукции во внесезонный период восполняется за счет импорта, объем которого по разным экспертным оценкам составляет до 800 тысяч тонн в год [2, 3]. Данная проблема ставит под угрозу продовольственную независимость страны.

По данным [2, 3] на 2010 год, на территории России функционирует около 2000 га зимних теплиц. Анализ показывает, что большая часть из них оснащена установками для искусственного оптического облучения. В структуре себестоимости продукции таких тепличных комплексов затраты на электроэнергию составляют порядка 40%, что в свете роста тарифов на электроэнергию также является немаловажной проблемой.

Фитотехническая система управления микроклиматом тепличного комплекса направлена на поддержание на требуемом уровне температуры и влажности воздуха и почвы, концентрации углекислоты, облученности растений, величина указанных параметров должна способствовать получению наибольшей урожайности [4].

Научные исследования А.Г. Молчанова позволили обосновать критерии оптимизации низкой и высокой интенсивностей переменного облучения растения, экспериментально выявить наиболее близкие к оптимальным низкую и высокую облученности для выращивания рассады огурцов и томатов в зимних теплицах. В рамках проводимой научной работы были изучены влияние переменного облучения на накопление основных фотосинтезирующих пигментов и прохождение фотосинтеза у рассады огурцов и томатов, а также на ее рост и развитие, разработан режим переменного облучения рассады огурцов и томатов. Предложенная электротехнология позволяет существенно снизить энергозатраты при выращивании рассады (до 40%) с одновременным снижением сроков ее выращивания до 25%.

Промышленная реализация предложенной электротехнологии переменного оптического облучения была затруднительна в силу недостаточного на тот момент уровня техники. Использование

дополнительно установленных при проведении экспериментов осветительных приборов и реле времени в промышленную теплицу существенно увеличивает капитальные затраты и не может быть признано экономически обоснованным. К тому же цикличное включение-отключение газоразрядных ламп высокого давления существенно снижает их срок службы.

Энергосберегающая система управления источниками оптического излучения в теплицах (рисунок) предназначена для управления яркостью газоразрядных ламп высокого давления в сооружениях защищенного грунта по заданной программе, обеспечивающей режим переменного облучения (п. 1.2).

Разрабатываемая энергосберегающая система состоит из следующих структурных элементов:

1 - Двухполупериодный трехфазный выпрямитель с удвоением электронных пускорегулирующих устройств.

2 - Блок управления, выполненный на основе программируемого логического контроллера [4].

3 - Источники оптического излучения.

4 - Датчик освещения.

Рисунок - Структурная схема энергосберегающей системы управления

освещением в теплице Принцип работы системы следующий.

Сетевое напряжение поступает на блок питания 1, представляющий собой двухполупериодный выпрямитель. Выпрямленное напряжение поступает по трехпроводной линии питания (плюс, минус и нейтраль) к блокам ЭПРУ 2. В свою очередь, на блок управления 3 поступают контролируемые сигналы: интенсивность облучения, солнечная радиация, сигналы таймера, напряжение питающей сети, где они преобразуются в управляющий сигнал. Далее управляющий сигнал поступает к ЭПРУ по отдельной линии связи.

Разрабатываемая энергосберегающая система управления источниками оптического излучения в теплицах предназначена для управления яркостью газоразрядных ламп высокого давления, используемых для искусственного освещения в теплицах. Это позволит реализовать режим переменного освещения растений по индивидуально задаваемой временной программе.

Эта система может быть применена при выращивании рассады и взрослых растений овощных культур в условиях промышленного тепличного производства, в личных, фермерских и подсобных хозяйствах [5, 6].

Режим переменного освещения растений защищенного грунта, который реализуется с помощью предлагаемой энергосберегающей системы управления тепличной облучательной установкой, особенно эффективен при светокультуре растений в центральных и северных районах страны.

Применение системы в овощеводстве защищенного грунта позволит сократить сроки выращивания рассады овощных культур на 20-25 % с одновременным повышением ее качества. Более качественная рассада обеспечивает ранний и высокий урожай (урожайность повышается в среднем на 15-20%.).

Режим переменного освещения растений, который реализуется предлагаемой системой, снижает расход электроэнергии на освещение растений, по сравнению с традиционным режимом досвечивания, на 3840%.

Кроме того, использование на практике в качестве балласта разрабатываемого электронного устройства управления яркостью газоразрядными лампами высокого давления позволит увеличить срок их службы на 20-25%.

Литература:

1. Шарупич, Т.С. Технологии финансирования, энергосбережения, выращивания и строительства в защищенном грунте России / Т.С.Шарупич, В.П. Шарупич и др. - Орел: «Труд», 2005 г. - 276 с.

2. Якубов, И.А. Огородники // Прямые инвестиции - 2009. - №1. - С. 58-62

3. Состояние в 2010 году и прогнозы рынка производства овощей,

зелени и цветов в промышленных теплицах ЮФО и СКФО [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.t-

rost.ru/ru/market research/greenhouse research/________greenhouse

russia south research2010.html

4. Минаев, И.Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления / И.Г. Минаев, В.М. Шарапов, В.В. Самойленко, Д.Г. Ушкур // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2011. - №7. - с.101-102.

5. Минаев, И.Г. Инновационная концепция регулирования факторов внешней среды растений / И.Г.Минаев, А.Г.Молчанов, В.В.

Самойленко // Достижения науки и техники АПК. - 2010. - №9. - С. 58-60.

6. Молчанов, А.Г. Технология регулирования факторов внешней среды растений / А.Г.Молчанов, В.В. Самойленко // Вестник АПК Ставрополья. - 2011. - №2. - С. 37-40.