Wysokoprężne lampy sodowe. Lampy sodowe do roślin w szklarniach

Wyładowcze lampy sodowe są najbardziej wydajne spośród istniejących źródeł światła pod względem stosunku mocy światła do energii, ale ich spektrum jest niewygodne dla ludzkiego oka. Brak niebieskiego koloru tworzy monochromatyczny obraz otaczającej przestrzeni. Ze względu na tę funkcję, lampy sodowe, pomimo ich doskonałej ekonomiki, są używane w ograniczonym zakresie - głównie do oświetlenia ulicznego. Tymczasem przewaga żółto-czerwonych widm "słonecznych" i zielonych ma korzystny wpływ na wzrost wszystkich gatunków roślin, które znalazły szerokie zastosowanie w szklarniach.

Co to jest lampa sodowa

Odnoszą się do lampy wyładowcze przez analogię z rtęcią, luminescencyjne, halogenowe, ksenonowe "bracia". Źródłem luminescencji jest gaz sodowy w połączeniu z innymi pierwiastkami, pompowany do szklanej kolby. Pod wpływem łuk elektryczny Sód jest podgrzewany do wysokiej temperatury i zaczyna świecić jasnożółto-pomarańczowym światłem, zwracając się do czerwonego widma pod koniec okresu żywotności lampy.

Charakterystyka

Moc lamp sodowych jest najwyższa w tej klasie - do 200 Lm / W (Lumen na wat). Cechy charakterystyczne są niskie temperatura koloru (2100-2700 K) i dominacja widma emisji żółto-czerwonego z minimalną ilością niebieskiego. Ta kombinacja prowadzi do tego, że lampy tego typu wypełniają otaczającą przestrzeń monochromatycznym żółto-pomarańczowym światłem, w wyniku czego oko ludzkie nie rozróżnia wystarczająco kolorów i konturów obiektów. Tracą głębokość, objętość, orientację, a szacowanie odległości do obiektów jest stracone. Ale dla roślin na pewnych etapach wzrostu wystarczy widmo promieniowania "słonecznego".

Rodzaje lamp

Zasada działania dzieli się na dwie główne klasy:

• Wysokoprężna lampa sodowa (HPS - HighPressure Sodium).
• Niskociśnieniowe lampy sodowe (LPS - niskociśnieniowy Sód).

Opracowano lampy LPS w latach 30. ubiegłego wieku. Mają najwyższą sprawność (180-200 Lm / W), jednak ze względu na konstruktywne niedoskonałości lampy te okazały się kapryśne, a nawet niebezpieczne. Normalne szkło kwarcowe jest bezbronne wobec agresywnych skutków działania sodu: szybko odparowuje, a jeśli urządzenie oświetleniowe zostanie uszkodzone, może wybuchnąć (zapalić), gdy reaguje z tlenem.

W latach 60. firma General Electric opracowała ceramikę z wykorzystaniem tlenku glinu (polycore, lukalos), który jest w stanie wytrzymać działanie sodu w wysokich temperaturach. Przełom ten umożliwił powrót do produkcji tego typu lekkich urządzeń o doskonałej ekonomii. Aby poprawić gazową poświatę, pompuje się ją pod wysokim ciśnieniem. Obwód jest prostszy niż obwód LPS. Niestety, wzrost ciśnienia gazu i innych czynników doprowadził do znacznego zmniejszenia strumienia świetlnego - do 50-150 Lm / W (w zależności od mocy), ale współczynnik oddawania barw (CRI) wzrósł z 20 do 85 i więcej (z niedostatecznej do dobrej) .

Zakres

Lampy z niskociśnieniowymi lampami sodowymi nie są szeroko rozpowszechnione na świecie. W ZSRR i USA stawiają na bardziej technologiczne systemy oświetlenia rtęciowego. W wielu krajach europejskich są one aktywnie wykorzystywane do oświetlania dróg.

Wysokoprężne lampy sodowe są bardziej powszechne. W naszym kraju są one używane do oświetlania ulic miejskich, w projektowaniu krajobrazu, do oświetlania obiektów architektonicznych. Używany w obszarach produkcyjnych, gdzie jasne światło nie jest wymagane. Ostatnio wiodące korporacje (Philips, General Electric i inne) znacznie poprawiły jakość tych lamp i ich jakość dla konsumenta: ich zakres widmowy znacznie się zwiększył, temperatura barw wzrosła (z 2100 do 2700 K) - niektóre modele są już odpowiednie do oświetlania pomieszczeń mieszkalnych (produkcyjnych) . Na szczególną uwagę zasługuje zastosowanie lamp sodowych w szklarniach.

Klasyfikacja

Lampy sodowe różnią się na kilka ważnych sposobów. Typ konstruktywny dzieli się na:

• Lustro sodowo-łukowe (DNAZ).
• Łuk sodowy skośny (DNaMT).
• Łuk sodowy w kolbie rozpraszającej światło (DNaC).
• Łuk sodowy (DNaT).

Rozróżnij także lampy na pobór prądu (220 V i 380 V), które z kolei dzielą się mocą: od 50 do 1000 watów.

Lampy sodowe do szklarni

Analiza zużycia energii w szklarniach wykazała, że ​​najbardziej energochłonnymi procesami są napromienianie i ogrzewanie roślin. Około 40% energii elektrycznej zużywanej przez szklarnie jest wykorzystywane do napromieniowania. Dlatego rolnicy osiągają wzrost produkcji warzyw dzięki wprowadzeniu energooszczędnych urządzeń oświetleniowych.

Oprócz optymalnych parametrów mikroklimatu w szklarniach duże znaczenie ma jakość napromieniowania roślin. Dlatego istotne jest również zbadanie wpływu jakościowych parametrów oświetlenia na wzrost i rozwój morfologiczny sadzonek. Zastosowanie całkowicie nowych źródeł światła w technologiach napromieniowania roślin - nowoczesne lampy sodowe w połączeniu z innymi źródłami światła (np. Diodami elektroluminescencyjnymi) - pozwalają znacznie zwiększyć wskaźniki końcowej wydajności.

Podejście naukowe

Liderem w zakresie poprawy oświetlenia w szklarni jest holenderska korporacja Philips, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę zaawansowaną pozycję branży szklarniowej w Holandii. Firma przeprowadziła badania i praktyki (w 2012 r. Na Ukrainie, w 2013 r. W Holandii), które wykazały, że lampy sodowe są najbardziej preferowane dla roślin. Są bardziej wydajne niż kompaktowe. lampy fluorescencyjne, mają mniejszy strumień światła i nie zapewniają optymalnego zasięgu światła. Równoległe sprawdzone: żarówki żarowe a lampy rtęci zużywają zbyt dużo energii, aby były opłacalne.

Jeszcze lepsze wskaźniki uzyskuje się, gdy rośliny oświetlane są nie tylko z góry, ale także z boków, między rzędami. Do tego odpowiednie są ekonomiczne diody LED. Połączenie lamp sodowych z diodami LED przyczynia się do wyższej wydajności. W 2012 roku powstała pierwsza szklarnia przemysłowa w Uman (Ukraina), gdzie połączono te typy urządzeń oświetleniowych. Powierzchnia terenu z oświetleniem mieszanym lampami SD i sodowymi wyniosła 6000 m ² . W szklarni zainstalowano łącznie 1230 modułów LED i 870 opraw z lampami DNaT. Eksperyment wykazał, że plony pomidorów (w zależności od innych wymagań) mogą osiągać 73 kg / m ² rocznie.

Następnie, dzięki podobnemu eksperymentowi w Holandii (2013), wspólne wykorzystanie HPS i DM spowodowało wzrost wydajności o 30%. W przyszłości technologia została przyjęta w Anglii, Danii, Kanadzie, Japonii, Chinach i innych krajach.

Technologia

Zasadniczo szklarnie przemysłowe są wykonane z przezroczystych materiałów, dzięki czemu rośliny są oświetlane przez słońce. Jednak na szerokościach ponad 40 ^o (bliżej biegunów) światło naturalne trwa tylko 4-5 miesięcy (od maja do września). W pozostałym czasie potrzebny jest dodatkowy czas. Ponadto na różnych etapach sezonu wegetacyjnego i dla różnych upraw wymaga własnego spektrum promieniowania.

Oprawa pod lampą sodową umieszczona jest na górze - ładuje rośliny żółto-czerwonym "światłem słonecznym" (zielone widmo, emitowane również przez te urządzenia oświetleniowe, nie jest tak ważne). Diody elektroluminescencyjne (lub lampy fluorescencyjne) powinny być stosowane jako dodatkowe narzędzie do napromieniania bocznego, którego główną zaletą jest to, że będąc w dolnej części pionowo rosnących roślin, światło pada na dolne poziomy liści, które otrzymują niewystarczające światło górne. Ta kombinacja zwiększa intensywność fotosyntezy, wspomaga wzrost, prawidłowy rozwój roślin. Dodatkowe oświetlenie jest przydatne na etapach, gdy uprawiane rośliny wymagają niebieskiego spektrum światła, które jest prawie nieobecne w lampach sodowych.

Jak to działa

Do absorpcji fotonów światła w roślinach odpowiedzialne są specjalne pigmenty - karotenoidy, a- i b-chlorofile. Karatinoidy absorbują światło wyłącznie w niebieskim zakresie, chlorofile w kolorze niebieskim i czerwonym. Jednak maksima absorpcji chlorofili - głównych barwników fotosyntetycznych - mieszczą się w zakresie 640-680 nm, a karotenoidy - w granicach 470-480 nm. Zgodnie z tymi parametrami wysokoprężne lampy sodowe (NLVT) o zakresie roboczym 500-700 nm są uważane za najbardziej wydajne źródła światła w warunkach szklarniowych. Ich stabilność, czas pracy, powrót światła, efektywność ekonomiczna są najbardziej optymalne.

Lampy o mocy 50-150 W są mniej niezawodne i charakteryzują się niską stabilnością parametrów w okresie użytkowania niż lampy o średniej mocy (250 W i więcej). Przyczyny tego stanu są widoczne przy zauważalnym działaniu prostującym na zapalanie lamp małej mocy, które może osiągnąć 2 minuty. W tym samym czasie przez lampę przepływa zwiększony prąd, co powoduje intensywne rozpylanie materiałów katodowych i tworzenie nieprzejrzystej błony na wewnętrznej powierzchni rury wyładowczej. Impuls zapłonowy i wielkość prądu rozruchowego wpływają na istotność efektu prostowania, dlatego energia impulsu musi zapewniać szybkie przejście od wyładowania jarzeniowego do łukowego. Aby zapobiec efektowi bieżącej rektyfikacji, urządzenia służą do blokowania prądu stałego. Dlatego w szklarniach często używa się mocy NLVD od 250 watów.

Jednakże liczne teoretyczne i eksperymentalne badania procesów w wyładowaniu, na elektrodach i sekcjach bliskiej elektrody lamp wyładowczych wykazały, że istnieje wiele kwestii, które wymagają dalszej poprawy. W przypadku NLVT, które są wykorzystywane do produkcji upraw w glebach zamkniętych, należy przede wszystkim zoptymalizować skład widmowy promieniowania dla określonych kultur lekkich i zmniejszyć zawartość rtęci w rurze odprowadzającej, zapobiegając możliwemu zanieczyszczeniu środowiska przez pary rtęci z urządzeń, które zawiodły.

Problemy środowiskowe

Stworzenie nowoczesnych technologii do uprawy roślin szklarniowych wiąże się z wykorzystaniem lamp wyładowczych dużej intensywności, w szczególności sodu. Ich powszechne stosowanie jest pozytywnym czynnikiem intensyfikacji tej produkcji, chociaż wiąże się z poważnym problemem środowiskowym. Skład ogromnej większości nowoczesnych lamp wyładowczych obejmuje substancję toksyczną - rtęć. Lampy sodowe, na przykład, mogą zawierać amalgamat sodu (stop rtęci). Jeżeli taka lampa przełamie się nad nasadzeniami w szklarni, rośliny umieszczone pod nią (warzywa, warzywa, sadzonki, kwiaty w pomieszczeniach) stają się nieodpowiednie do użytku.

Głównym kierunkiem poprawy efektywności środowiskowej jest stworzenie wysoko wydajnych lamp wyładowczych bez rtęci. Ostatnio prace te były wykonywane przez indywidualne firmy oświetleniowe, w tym w krajach WNP. Lampy sodowe o zmniejszonej zawartości rtęci w rurze wyładowczej i całkowicie wolne od rtęci już istnieją i są coraz częściej stosowane w szklarniach.