CC BY
46
УДК 631.371:621.32
А.В. Казаков, канд. биол. наук, доцент А.В. Чурмасов, доктор биол. наук, профессор
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»
А.В. Половинкин, инженер
Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр -Научно-исследовательский институт атомных реакторов», г. Димитровград
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИД-ИСТОЧНИКИ СВЕТА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время для освещения при производстве растениеводческой и животноводческой продукции применяют осветительные установки с лампами накаливания, люминисцентными лампами низкого давления, газоразрядными лампами высокого давления — ртутными, металлогалогенными и натриевыми. Лампы накаливания составляют приблизительно 42 % всех используемых источников света и кроме дешевизны и простой конструкции не имеют преимуществ перед другими источниками [1].
Сравнительная эффективность большинства применяемых традиционных источников света характеризуется светоотдачей в пределах от 12 лм/Вт у ламп накаливания до 100 лм/Вт у газоразрядных ламп высокого давления и сроком службы соответственно от 1000 до 15000 ч. Преобразование энергии излучения в видимый свет в основных источниках света составляет: лампы накаливания — 9 %, лампы дневного света — 53, ртутные — 14, натриевые высокого давления — 30 % [2].
В плане энергосбережения для технологий сельскохозяйственного производства выгодно отличаются газоразрядные лампы высокого давления ДРЛ, ДНаТ, а также энергоэкономичные и компактные лю-минисцентные лампы. Однако, учитывая, что световое излучение направлено на биологические объекты, нельзя признать полностью удовлетворительны-
ми спектральную эффективность излучения, срок службы, экологическую безопасность и цветопередачу большинства применяемых разрядных ламп.
С развитием технологии твердотельных источников света (SSL) появляются новые возможности получения «управляемого» и недорогого света для промышленного использования в сфере АПК. Со времен изобретения первой электрической лампочки, ни одна из технологий получения искусственного света не выдерживает конкуренции со светодиодной в плане сбережения электроэнергии и получения света различного спектрального состава (таблица). Оптимистические прогнозы производителей светодиодов в основном связаны со сверхяр-кими светодиодными лампами, ультрафиолетовыми излучателями и лазерными диодами.
Создание светодиодов связано с открытием в 1923 г. российским физиком О.В. Лосевым слабого свечения кристаллов карборунда при пропускании через них электрического тока. Так был открыт эффект прямого преобразования энергии электрического тока в световую. Он писал: «Светящийся детектор может быть пригоден в качестве светового реле как безынертный источник света» [1]. Практическая реализация твердотельных излучающих приборов стала возможной в 60-70 годы прошлого века после обнаружения эффективной люминисценции
Сравнительные характеристики светодиодов и традиционных источников света
Светодиоды Традиционные источники света
♦ Высокая эффективность, КПД около 80 % ♦ Срок службы до 100 тыс. ч ♦ Световая отдача более 80 лм/Вт ♦ Хорошая управляемость и возможность программирования любых цветовых и временных программ ♦ Механическая прочность и водонепроницаемость, диапазон рабочей температуры: -50.. .+70 °С; ♦ Питающее напряжение 2.. .4 В, высокий уровень безопасности ♦ Безинерционность ♦ Компактность, светодиодные модули различных форм и размеров ♦ Цена люмена света примерно $0,1-0,05 ♦ Малая эффективность, КПД 3,5 20 % ♦ Срок службы 1... 15 тыс. ч ♦ Световая отдача 12...80 лм/Вт ♦ Низкое качество цветопередачи ♦ Пульсирующее излучение ♦ Потери энергии на тепло ♦ Наличие вредных компонентов ♦ Массовое производство, рентабельность, стандартизованность ♦ Хорошо отлаженные технологии ♦ Цена люмена света примерно $0,001
фосфида и арсенида галлия. На их основе созданы первые светодиоды и заложены основы современной энергосберегающей технологии получения искусственного света.
Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Конструкция светодиода серии Luxeon схематично показана на рисунке.
В настоящее время по данным производителей лучшие образцы светодиодных (СИД, LED) ламп имеют светоотдачу более 80 лм/Вт, срок службы до 100 000 ч и КПД преобразования электрической энергии в световую более 95 %. Они обладают рядом несомненных преимуществ, в числе которых экономичность, хорошая управляемость, оптическая совместимость, долговечность, высокая механическая прочность. Кроме того, низкое напряжение питания делает их незаменимыми в условиях повышенной влажности и агрессивной среды, свойственных для сельскохозяйственных объектов.
Однако специалисты в области оптоэлектроники отмечают, что в условиях массового производства и недобросовестной конкуренции многие светодиоды (в основном азиатских производителей) не соответствуют заявляемым параметрам, подвержены значительной тепловой и электрической деградации в процессе эксплуатации, что во многом является следствием применения дешевых и несовершенных технологий производства. Срок службы таких светодиодов и их компонентов не превышает нескольких сотен часов.
Применительно к технологиям сельскохозяйственного производства с созданием светодиодов появляется перспектива применения света, максимально приближенного к спектральным характеристикам биологических приемников излучения. В настоящее время имеются коммерческие предложения для приобретения установок со светодиодами для растениеводства закрытого грунта, выпускаются светодиодные лампы со стандартным цоколем, светодиодные
Конструкция светодиода серии Luxeon:
1 — алюминиевая (медная) основа; 2 — корпус;
3 — катод; 4 — кристалл; 5 — силикон;
6 — пластиковая линза; 7 — анод
светильники для уличного освещения. Разработан светодиодный осветитель растений, в котором специальная комбинация светодиодов позволяет создать более полноценное искусственное освещение растений по сравнению с традиционными лампами [3].
Несмотря на очевидные преимущества новых источников света, практическое использование светодиодов сдерживается относительно высокой стоимостью, отсутствием массового производства готовых приборов для создания на их основе систем освещения и их адаптации к разным сферам сельскохозяйственного производства. Несомненно, что с развитием и удешевлением светодиодных технологий и массовым применением СИД-ламп в сфере бытового освещения, их будут широко использовать и в сельскохозяйственном производстве.
Список литературы
1. Широков, Ю. Источники света: вчера, сегодня, завтра / Ю. Широков // Современная электроника. — 2005. — № 4.
2. Живописцев, Е.Н. Электротехнология и электрическое освещение / Е.Н. Живописцев, О.А. Косицын. — М.: Агропромиздат, 1990. — 303 с.
3. Сайт компании CREE: http//www.cree.com.
4. Материалы сайта: http//www.portal-electro.ru.
УДК 631.22:628.8/.9
О.Ю. Коваленко, канд. техн. наук, доцент
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева»
ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ И ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Расширение номенклатуры источников света (ИС) рядных ламп высокого и низкого давления мощно-
обусловливает возможность применения в осве- стью 50.150 Вт. Ограничением является низкая
тительных установках (ОУ) для животноводства расчетная высота подвеса светового прибора (СП).
ламп повышенной эффективности, а именно, раз- Оптимизацию ОУ необходимо проводить по кри-
--------------------------- 39
