Hybrid Supplemental Lighting vs Full LED in Northern Greenhouses
Результаты прямых испытаний натриевых, светодиодных и комбинированных систем
Исследователь Кристина Штадлер из Сельскохозяйственного университета Исландии провела прямое сравнение трёх подходов к искусственному освещению в защищённом грунте: натриевых ламп высокого давления (ДНаТ / HPS), полностью светодиодных установок (LED) и гибридной схемы (ДНаТ + LED). Работа посвящена поиску баланса между энергозатратами, накоплением биомассы и товарным качеством продукции в зимний период при минимальном естественном приходе радиации.
В условиях закрытого грунта при геотермальном обогреве автор оценила влияние разных источников света на накопление сырой массы, пигментацию листьев красного зимнего салата и удельную энергетическую эффективность светокультуры.
Фактические параметры и измеренные показатели
В ходе двух тепличных экспериментов зафиксированы следующие параметры микроклимата и световой среды:
- Светодиодные светильники (LED): обеспечивали плотность фотонного потока 167 мкмоль/(с·м²) при дневной температуре воздуха 20 °C.
- Натриевые лампы (HPS): обеспечивали плотность фотонного потока 132 мкмоль/(с·м²) при дневной температуре 19 °C.
- Гибридный контур: сочетал натриевые и светодиодные светильники для создания смешанного спектра и промежуточной плотности потока.
Полный перевод отделения на светодиодное освещение сократил потребление электроэнергии на досветку на 37% по сравнению с натриевой системой. При этом светодиодный вариант показал максимальную энергетическую эффективность: выход сырой массы растений на затраченный киловатт-час оказался наивысшим именно под LED.
Гибридная система снизила затраты электроэнергии лишь на 9% относительно чистых ламп ДНаТ. При этом схема не дала прироста удельной энергоэффективности: снижения потребляемой мощности оказалось недостаточно, чтобы компенсировать разницу в выходе продукции на единицу энергии.
По качественным параметрам чистые светодиоды с более высоким PPFD стимулировали накопление антоцианов и усиливали красную окраску листьев, хотя сырая масса была ниже, чем под натриевым излучением с преобладанием теплового спектра. Гибридная конфигурация улучшила пигментацию по сравнению с лампами ДНаТ, однако целевой порог насыщенности цвета достигнут не был.
Анализ для российских тепличных комбинатов
Для главных агрономов и инженеров российских хозяйств полученные данные ставят под сомнение гипотезу о безусловной выгоде гибридного шага. Часто сохранение части натриевых светильников с добавлением диодов рассматривают как способ сэкономить капитальные затраты и сохранить лучистое тепло, однако расчёты показывают узкие места такого подхода.
Снижение энергопотребления на 9% при установке гибрида не окупает затраты на усложнение электрической сети, закупку разнородного оборудования и его обслуживание. Дополнительно приходится рассчитывать суммарный суточный интеграл излучения с учётом двух разных спектров, что подробно описано в статье о том, сколько света нужно растениям в теплице (PPFD и DLI).
В условиях короткого светового дня северных широт решающую роль играет прямая отдача каждого киловатт-часа. Полный переход на светодиоды, сокращающий энергопотребление на 37%, позволяет либо разгрузить электрическую сеть комбината, либо пропорционально увеличить плотность потока фотонов без расширения подстанций.
Ограничения исследования
При переносе результатов в производство необходимо учитывать граничные условия эксперимента:
- Опыты проводились на культуре красного салата, где товарный вид зависит от баланса между скоростью набора массы и синтезом пигментов. Для огурца или томата соотношение урожайности и спектра меняется.
- Теплицы отапливались за счёт геотермального контура, что сняло вопрос дефицита тепла, возникающий при отказе от ламп ДНаТ в регионах с холодными зимами.
- Сравнение проводилось при фиксированных температурных режимах (19 °C и 20 °C) без динамического регулирования зашторивания под тепловыделение светильников.
Выводы для инженерной службы
При модернизации освещения или проектировании новых площадей гибридные схемы досветки требуют строгого технико-экономического обоснования. Если задача реконструкции — снижение энергозатрат и повышение отдачи с квадратного метра, гибрид с экономией 9% показывает себя половинчатым решением.
Инженерной службе рациональнее рассматривать полный перевод отделений на светодиоды с экономией электроэнергии до 37%, закладывая компенсацию тепла через отопительные контуры и экраны, чем эксплуатировать смешанную инфраструктуру с низкой удельной окупаемостью.
Источники
