Динамичный рост масштабов использования в тепличном овощеводстве прогрессивной технологии светокультуры растений, характерный для последних лет, приводит к радикальным изменениям многих устоявшихся представлений о эксплуатации в теплицах светотехнического оборудования. В самые тёмные и холодные месяцы года тепличные светильники, обеспечивая до 90% необходимого для роста и развития растений физиологически активного излучения, перестают быть просто «досветкой» и решающим образом определяют их продуктивность.
Известно, что для получения 1 кг овощной продукции при современной светокультуре требуется 8,0÷10 кВт∙ч электроэнергии (для огурца), 6,5÷8 (для томатов) и 7÷8 кВт∙ч для салата. В таких условиях затраты на электрическое освещение при светокультуре (а не «досветку»!) могут составлять до 50% и выше от себестоимости продукта.
По энергоемкости осветительные установки для светокультуры (ОУС) уникальны и превосходят, практически, все другие традиционные системы освещения. Отметим, в частности, что удельные установленные мощности (Вт/м2) в ОУС более, чем на порядок превосходят аналогичные показатели в ОУ внутреннего освещения зданий. В ОУС российских теплиц в настоящее время установлено около 500 тыс. светильников (~65% от общего числа с учетом рассадных отделений), к 2020г. это количество может возрасти в 2÷3 раза. По потребляемой за год электроэнергии 330 Га теплиц со светокультурой, включая цветочные теплицы и салатные линии, значительно превосходят затраты электроэнергии на уличное освещение таких городов, как Москва и Санкт-Петербург.
Основными типами световых приборов, применяемыми в настоящее время в ОУС являются светильники с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) мощностью 600Вт; 2013÷2014 годы дали старт массовому использованию в отечественных ОУС светильников с фито-НЛВД мощностью 1000Вт.
В таблице 1 приведены основные параметры этих источников света.
Таблица 1
| Мощность, Вт | Uc, В | Iлампы*, А | Iсети, А | Световой поток, лм | Световая отдача, лм/Вт | Фотонный поток, мкмоль/с |
Фотонная отдача, мкмоль/Вт∙с |
Срок службы, тыс.ч | |
| ЭмПРА | ЭПРА | ||||||||
| 600 | 220 | 6,2 | 3,4 | 2,4 | 90∙103 | 150 | 1100 | 1,83 | > 30 |
| 600 | 380 | 3,6 | 1,9 | 1,6 | 87∙103 | 145 | 1150 | 1,92 | > 30 |
| 1000 | 380 | - | - | 2,61 | 145∙103 | 145 | 1850 | 1,85 | > 25 |
* - с электромагнитным ПРА
Мы привели в таблице фотонные фотосинтезные параметры ламп, поскольку, большинство зарубежных фирм-производителей указывают их в своих проспектах. Отметим в то же время, что в нашей стране они могут быть использованы лишь, как справочные, поскольку система фотонных фотосинтезных величин не стандартизована и метрологически не обеспечена. В настоящее время, поскольку в тепличных ОУС используются только НЛВД, введение ещё одной системы эффективных величин, дополнительно к световой, лишено каких-либо серьезных оснований. Ситуация изменится в том случае, если начнётся массовое использование в теплицах красно-синих светодиодных источников света, измерение излучательных характеристик которых с помощью световых величин, практически, невозможна.
Световой поток фито-НЛВД вполне описывает меру эффективности этих ламп, к сожалению, как и у любого другого искусственного источника света, в процессе срока службы он снижается. При этом физический срок службы (продолжительность горения) НЛВД, например, PlantaStar может достигать 30 и более тысяч часов. Но, поскольку, величина светового потока фито-НЛВД прямым образом влияет на продуктивность растений, целесообразно ввести понятие экономически целесообразного срока службы; очевидно, что он должен быть связан с величиной спада светового потока в процессе эксплуатации лампы.
Спаду светового потока одинаково подвержены любые типы НЛВД, что иллюстрируется фото 1. На стенках керамической горелки ламп видны следы распыления материала электродов, приводящие к снижению светового потока.
Фото 1. НЛВД 600Вт в стандартной и зеркальной колбе после 4-х лет эксплуатации.
На рис. 1 приведена кривая спада светового потока НЛВД типа PlantaStar 600Вт/400В, полученная в результате измерения излучения случайной выборки ламп в количестве 5 шт. в процессе эксплуатации в одном из тепличных комбинатов. Измерения производились во ВНИСИ в фотометрическом шаре перед началом эксплуатации (0 ч.) и далее через 4,5 тыс.ч.; 9 тыс.ч. и 18 тыс.часов (или через 1, 2, и 4 года эксплуатации).
Как видно из приведенных данных по истечении 4-х лет эксплуатации спад светового потока и, соответственно, уменьшение уровня освещенности растений достигают 20%.
Попробуем оценить, как это может сказаться на продуктивности огурца в условиях светокультуры.
На рис.2 приведена, построенная на основе реальных данных 2013÷2014 гг. по нескольким тепличным комбинатам «световая кривая», описывающая зависимость урожайности (кг/м2) огурца от уровня освещенности с использованием технологии светокультуры. Кривая, конечно, может рассматриваться, как ориентировочная, имеющая «методическое» значение, поскольку продуктивность, которая зависит от многих факторов, не всегда удается привязать к определенному уровню освещенности. Тем не менее, мы считаем вполне возможным использовать эту зависимость для количественных оценок влияния спада светового потока ламп и, соответственно, освещенности в ОУ на потери урожая огурца. Из рис.2 легко видеть, что снижение на 20% освещенности (4 года эксплуатации) от начального уровня 22,5 клк создает условия для снижения урожайности огурца со 130 до 115 кг/м2 , т.е. на 15 кг/м2.
При возможной на 2015г. среднегодовой цене растений огурца 120 руб/кг это приведет к потере выручки порядка 18 млн.руб. на 1 Га.
Соответствующие оценки стоимости затрат на замену 3000 ламп мощностью 600Вт, обеспечивающих освещенность 22,5 клк на 1 Га, в масштабе цен на начало 2015г. такова:
Сл = 1700руб ∙ 3000 = 5,1 млн.руб.
Таким образом, своевременная замена ламп после 4–х лет эксплуатации обеспечит сохранение дохода ~ в 13 млн.руб. в расчёте на 1 Га.
Цифры убеждают лучше всяких слов!
