Досвечивание LED в теплицах: когда и сколько добавлять

Досвечивание LED в теплице существует, чтобы закрыть разрыв между светом, который даёт природа, и светом, который нужен культуре. Зимой, при облачности или на высоких широтах естественный DLI может опускаться значительно ниже целевого для культуры — и именно тогда досвечивание оправдано. Вопрос никогда не стоит абстрактно «добавлять ли свет», он звучит так: «сколько и когда, чтобы закрыть конкретный разрыв для этой культуры в этом месте». В статье разобраны само решение и расчёт мощности. Полная методика планирования приведена на отраслевой странице о теплицах.

Начинайте с дефицита естественного света

Единственное число, которое показывает, сколько нужно добавить, — это дефицит: целевой DLI минус DLI, который теплица уже обеспечивает. Естественный DLI сильно зависит от места, сезона и конструкции (остекление, затенение, ориентация), поэтому первый шаг — измерить или смоделировать свой объект, а не предполагать. Зная дефицит, досвечивание рассчитывают так, чтобы за фотопериод выдать именно этот остаток.

Когда досвечивание обычно окупается

Досвечивание проще всего обосновать, когда культура даёт явный экономический отклик на свет: быстрее вызревает, даёт более высокий сорт или позволяет круглогодичное производство с соответствующей ценой. Высокорентабельные культуры на шпалере, земляника и цветы на срезку — типичные кандидаты. Летом или в солнечных широтах дефицит может быть близок к нулю большую часть года, поэтому система с регулированием и управлением по потребности не тратит энергию там, где природа уже даёт достаточно.

Верхнее освещение и конструкция

Большая часть тепличного досвечивания — это верхнее освещение, закреплённое на конструкции или фермах и подающее свет сверху на полог. Альтернатива — межрядное освещение — разобрана в отдельной статье. Для верхнего освещения действует та же логика равномерности и шага, что и в схемах для помещений, но здесь вы накладываетесь на неравномерный естественный свет, поэтому модель схемы с учётом тени от конструкции себя оправдывает.

• Измерьте или смоделируйте естественный DLI для вашего места и сезона.
• Задайте целевой DLI культуры по рекомендациям служб распространения знаний.
• Рассчитайте PPFD досвечивания по дефициту, а не по круглому числу.
• Сделайте систему регулируемой и учитывающей сезон, чтобы не тратить лишнего.
• Проверяйте замерами внутри полога, а не только по паспорту.

Источники

• MSU Extension / e-GRO — освещение теплиц
• University of Arizona CEAC — сельское хозяйство с контролируемой средой
• University of Florida IFAS — тепличное садоводство

Пример расчёта: сколько досвечивания реально нужно теплице

Это иллюстративный расчёт по данным о дневном свете, которые нужно заменить вашими местными значениями. Допустим, блок томата площадью 500 m2 в умеренном зимнем климате получает в декабре в среднем 8 mol/m2/day DLI от солнца, а планировочная цель для культуры — 20 mol/m2/day. Разрыв составляет 12 mol/m2/day, который должны выдать LED.

• Шаг 1 — переводим разрыв по DLI в отдачу светильников: при 16 часах работы требуемый PPFD = 12 / (16 x 0,0036) = 208 umol/m2/s.
• Шаг 2 — расчёт на площадь полога с учётом равномерности: 208 x 500 x 1,2 = 124800 umol/s требуемого PPF (в условиях смешанного солнца и тени обычно берут более высокий коэффициент равномерности).
• Шаг 3 — при верхних светильниках 2000 PPF количество = 124800 / 2000 = 62,4, округляем до 64 для ровной сетки.
• Шаг 4 — электрическая нагрузка при 2,6 umol/J: 64 x 769 W = около 49 kW. Подтвердите пропускную способность ввода и возможность снять эту нагрузку при ограничениях сетевой компании.
• Шаг 5 — проделайте ту же арифметику для каждого месяца года; требуемое количество обычно резко падает к марту, поэтому сезонное регулирование и расписание важнее одного лишь количества светильников.

Смысл упражнения именно в месячном профиле. Рассчитать систему по самой тёмной неделе и весь год гонять все светильники на полной мощности — самый дорогой из возможных вариантов. Расчёт по самому тёмному месяцу с регулированием в остальное время обычно обходится дешевле и даёт тот же DLI.

Управление: разница между планом и счётом

Логика управления по естественному свету

Досвечивание должно реагировать на солнце, а не на часы. Стандартный подход использует датчик PAR на уровне полога: светильники работают только тогда, когда PPFD солнечного света ниже уровня, необходимого для достижения суточной цели, а контроллер отслеживает накопленный DLI, чтобы выключить свет при достижении цели. Без отслеживания накопленного DLI яркий день, за которым идёт вечернее расписание, тратит ровно ту энергию, которая культуре уже не нужна.

Зонные тарифы и плата за мощность

Там, где цена электроэнергии зависит от часа, переносите как можно большую часть досвечивания в окна низкого тарифа, соблюдая фотопериод культуры. Плата за мощность тоже важна: поочерёдный запуск светильников блоками избегает единого пика потребления, а некоторые хозяйства соглашаются на немного меньший мгновенный PPFD, чтобы выровнять профиль нагрузки. Обе стратегии меняют экономику, не меняя количества светильников.

Вопросы, которые стоит задать до покупки

• Рассчитан ли светильник на тепличную влажность, попадание воды и диапазон температур вашей конструкции?
• Какой класс IP и какая защита от коррозии предлагаются и что исключает гарантия в условиях теплицы?
• Поддерживает ли светильник или контроллер вход от датчика PAR и управление по накопленному DLI, или это отдельная покупка?
• Каков вес светильника и система крепления и рассчитана ли ваша конструкция на дополнительную нагрузку?
• Можно ли регулировать светильники в переходные месяцы, чтобы одна и та же установка обслуживала все сезоны?

Типичные ошибки при досвечивании

Тепличные проекты досвечивания проваливаются предсказуемо. Вот повторяющиеся ошибки:

• Расчёт по среднегодовому солнцу вместо месячных данных: зимой мощности не хватает, в остальное время года она избыточна.
• Управление по часам без датчика PAR: светильники работают сквозь яркое утро и сжигают деньги, которые культуре не нужны.
• Забытые платежи за мощность: все светильники стартуют одновременно, пик потребления попадает в тарифное окно, и счёт отражает это весь год.
• Игнорирование нагрузки на конструкцию: светильники, экраны и трубы добавляют вес, а непросчитанная кровля — это отложенное замечание по безопасности.
• Покупка только по эффективности при схеме с плохой равномерностью: половина полога так и не увидит целевой PPFD.
• Отсутствие регулирования, из-за чего переходные месяцы проходят впустую; светильники, рассчитанные на декабрьскую темноту, работают на полной мощности под октябрьским солнцем.
• Чтение мелкого шрифта гарантии уже после монтажа, когда исключения по влажности уже сработали.

Совмещение с экранами, CO2 и тепловым балансом

Экраны и их взаимодействие со светом

Энергосберегающие экраны взаимодействуют с досвечиванием в обе стороны: в течение фотопериода закрытый экран может терять отдачу светильников, отражая или поглощая её, а ночью удерживает тепло, которое добавили светильники. Если экран работает в светлые часы, схему и рисунок экрана нужно проектировать вместе; одни хозяйства соглашаются на небольшие теплопотери, чтобы держать экран открытым под светильниками, другие выбирают рисунок экрана, пропускающий свет светильников. Любое из этих решений стоит принимать с поставщиком экрана за столом, а не после монтажа.

CO2 и зимнее окно света

В плотно закрытой зимней теплице обогащение CO2 повышает ценность каждого фотона досвечивания, и систему обогащения следует рассчитывать на те же месяцы, что и цели по освещению. Когда в тёплый зимний день открываются форточки, обогащение прекращается, и предельная ценность света падает вместе с ним; контроллер, который приглушает светильники на время проветривания, улавливает это изменение автоматически. Дело не в конкретной логике управления, а в связанности: решения по свету, CO2 и вентиляции должны быть в одном плане.

Частые вопросы