Методика оценки преимуществ применения светодиодной фитоленты в промышленных тепличных комплексах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Выполнена оценка эффективности светодиодной фитоленты в области фотосинтетически активной радиации и проведено ее сравнение с альтернативными фитооблучателями, применяемыми в промышленных тепличных комплексах. Эффективность фитоленты в области фотосинтетически активной радиации составила 42%, что в 4,7 раза выше эффективности фитолампы полного спектра и в 4,4 раза выше эффективности люминесцентной лампы. Определены спектрально-энергетические характеристики светодиодной фитоленты. Среднее значение плотности фотосинтетического фотонного потока, применимое для выращивания растений (≈ 300 мкмоль / м2 / с), достигается при снятии излучения с одного метра фитоленты на расстоянии ≈20 см от облучаемой области при пропускании через нее тока. Благодаря высокой эффективности, фитолента позволит улучшить рост различных классов сельскохозяйственных культур в автономных агропромышленных предприятиях, а также позволит снизить затраты на электроэнергию.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Мария Михайловна Дегтерева

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-6797-0595

аспирант

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Левин

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0000-3811-487X

аспирант

Россия, Санкт-Петербург

Александр Эдуардович Дегтерев

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-6151-6567

аспирант

Россия, Санкт-Петербург

Александр Александрович Богданов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0004-2540-4228

студент магистратуры

 

Россия, Санкт-Петербург

Иван Анатольевич Ламкин

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-3680-7725

кандидат технических наук, доцент кафедры фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Анатольевич Тарасов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-6321-0019

доктор технических наук, заведующий кафедрой фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Павел Андреевич Сергеев

ООО «Светояр»

Email: journal@electronics.ru

инженер, генеральный директор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Chang M-H., Das D., Varde P. V., Pecht M. Light emitting diodes reliability review. Microelectronics Reliability. 2012; 52(5): 762–782. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2011.07.063
  2. Yang Z-C., Kubota C., Chia P-L., Kacira M. Effect of end-of-day far-red light from a movable LED fixture on squash rootstock hypocotyl elongation. Scientia Horticulturae. 2012; 136: 81–86. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.12.023
  3. Tennessen D. J., Singsaas E. L., Sharkey T. D. Light-emitting diodes as a light source for photosynthesis research. Photosynthesis Research. 1994; 39: 85–92. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00027146
  4. Fujiwara K, Sawada T, Kimura Y, Kurata K. Application of an automatic control system of photosynthetic photon flux density for LED–low light irradiation storage of green plants. HortTechnology. 2005; 15: 781–786. DOI: https://doi.org/10.21273/HORTTECH.15.4.0781
  5. Gong Z., Jin Sh., Chen Y. Size-dependent light output, spectral shift, and self-heating of 400 nm InGaN light-emitting diodes. Journal of Applied Physics. 2010; 107(1): 013103–013103–6. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3276156
  6. Bochkareva N. I., Gorbunov R. I., Klochkov A. V., Lelikov Yu. S., Martynov I. A., Rebane Yu. T., Belov A. S., Shreter Yu. G. Optical properties of blue light-emitting diodes in the InGaN/GaN system at high current densities. Physics of Semiconductor Devices. 2008; 42: 1384–1390. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782608110225
  7. Pikhtin A. N. Quantum and Optical Electronics / Textbook. – M.: Abris. 2012. 656 p. (In Russ.). Пихтин А. Н. Квантовая и оптическая электроника / Учебник. – М.: Абрис, 2012. 656 C.
  8. Romanovich M. M., Lamkin I. A., Tarasov S. A. Accounting the quantum-confined Stark effect on the determination of the active LED region temperature. Journal of Physics Conference Series. 2019; 1400: 066046. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/6/066046
  9. Menkovich E. A., Tarasov S. A., Lamkin I. A., Suihkonen S., Svensk O., Lipsanen H. Investigation of physical processes occurring at low temperatures and currents in light-emitting nanoheterostructures based on semiconductor nitrides. Nanophysics and nanotechnologies MIPT Proceedings. 2014; 6(1): 12–19. (In Russ.). Менькович Е. А., Тарасов С. А., Ламкин И. А., Suihkonen S., Svensk O., Lipsanen H. Исследование физических процессов, возникающих в условиях низких температур и токов в светоизлучающих наногетероструктурах на основе полупроводниковых нитридов. Нанофизика и нанотехнологии. Труды МФТИ. 2014; 6(1): 12–19.
  10. Pikhtin A. N., Tarasov S. A., Menkovich E. A. Patent No. 2473149 C1 of the Russian Federation, IPC H01L 21/66. Method for determining the temperature of the active area of the LED: No. 2011147653/04: application 23.11.2011: publ. 20.01.2013. Пихтин А. Н., Тарасов С. А., Менькович Е. А. Патент № 2473149 C1 РФ, МПК H01L 21/66. Способ определения температуры активной области светодиода: № 2011147653/04: заявл. 23.11.2011: опубл. 20.01.2013.
  11. GOST R 57671-2017. Irradiation devices with LED light sources for greenhouses. General technical conditions. – M.: Standartinform. 2017. (In Russ.). ГОСТ Р 57671-2017. Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ. 2017.
  12. GOST 34819-2021. Lighting devices. Lighting requirements and test methods. – M.: Russian Institute for Standardization. 2022. (In Russ.) ГОСТ 34819-2021. Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний. – М.: Российский институт стандартизации. 2022.
  13. Kiang N. Y., Siefert J., Govindjee G., Blankenship R. E. Spectral Signatures of Photosynthesis. I. Review of Earth Organisms. Astrobiology. 7: 222–251. DOI: https://doi.org/10.1089/ast.2006.0105
  14. Robert B., Cogdell R., Grondelle R. The Light-Harvesting System of Purple Bacteria. Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. 2003; DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-2087-8_5
  15. Yan Z. N., He D. X., Niu G. H., Zhou Q., Qu Y. H. Growth, nutritional quality, and energy use efficiency in two lettuce cultivars as influenced by white plus red versus red plus blue LEDs. Int. J. Agric & Biol. Eng. 2020; 13(2): 33–40. DOI: https://doi.org/10.21273/HORTSCI14236-19
  16. Avendaño-Abarca V. H., González-Sandoval D. C., Munguía-López J. P., Hernández-Cuevas R., Luna-Maldonado A. I., Vidales-Contreras J. A., Niño-Medina G., Rodríguez-Fuentes H. Growth and total nutrimental absorption of baby romaine lettuce cultivated with led lighting under plant factory system. Informacion Tecnica Economica Agraria. 2020; 116(4): 280–293. DOI: https://doi.org/10.12706/itea.2020.011
  17. Armanda D. T., Guinée J. B., Tukker A. The second green revolution: Innovative urban agriculture’s contribution to food security and sustainability – A review. Global Food Security. 2019; 22: 13–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gfs.2019.08.002

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Белый СИД (a) и красный СИД (b), секция светодионой фитоленты (c), светодиодная фитолампа (d) и люминесцентная лампа (e)

Скачать (253KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Блок-схема установки для измерения спектральных и энергетических характеристик светодиодов

Скачать (171KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вольт-амперные характеристики белых (1, 2) и красных светодиодов (3, 4)

Скачать (67KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектральные характеристики светодиодной фитоленты (1), люминесцентной лампы (2) и светодидной фитолампы (3)

Скачать (122KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение пиковой длины волны излучения синего кристалла белого СИД (а) и красного (b) СИД

Скачать (143KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эффективность светодиодной фитоленты

Скачать (65KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость значения PPFD от расстояния для всех исследуемых источников излучения (1 – метр фитоленты, 2 – люминесцентная лампа, 3 – светодиодная лампа) (a); зависимость фотосинтетического потока фотонов секции фитоленты (b) и эффективности прибора в области ФАР (c) от тока

Скачать (238KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры поглощения основных фотохимических пигментов растений и спектр излучения светодиодной фитоленты (1 – хлорофилл a, 2 – хлорофилл b, 3 – хлорофилл d, 4 – лютеин, 5 – бета-каротин, 6 – фитолента, 7 – люминесцентная лампа, 8 – светодиодная лампа)

Скачать (234KB)
Метаданные

© Дегтерева М.М., Левин Е., Дегтерев А.Э., Богданов А.А., Ламкин И.А., Тарасов С.А., Сергеев П.А., 2023