VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В перспективе развитие оптических электротехнологий а АПК является наиболее наукоемким направлением. По различным оценкам, потери всех электроустановок при доле потребляемой энергии 20%. В связи с этим, энергосбережение в ОЭТ АПК является важнейшей проблемой отраслевой энергетики.

Часто облучение рассматривается лишь как один из факторов других технологических процессов – выращивания животных, культивировании растений, т. п. Однако, в связи с важностью оптического излучения в отдельных с/х технологических процессах, целесообразно выделить в отдельный технологический процесс сам процесс облучения. Под технологическим процессом облучения следует понимать процесс генерирования потока источником излучения; создание требуемых спектральных характеристик излучения; обеспечения требуемого пространственного распределения потока и его распространению по поверхности облучаемого объекта; соблюдению требуемого закона изменения во времени. В силу особенности процесса оптического облучения этапы технологического процесса облучения практически не разнесены по времени. Физическими границами этапов являются следующие элементы энергетической системы: линия электропитания, источник излучения, облучатель, среда, поверхность облучаемого объекта.

Целью работы является обоснование параметров к энергосберегающему светодиодному облучателю для светокультуры.

При провидении патентного поиска на сайте www1.fips.ru похожих облучателей с номерами 107449; 103704; 12529; 102178; 2468571; 136127; 123900; 112591; 2454066; были выявлены основные недостатки облучателей:

1. сложность конструкции, недостаточная степень защиты;

2. часть света теряется из за того, что сам корпус облучателя препятствует прохождению светового потока, идущего к освещенному объекту от внешнего источника освещения;

3. при облучении не учитывается этапы онтогенеза растений.

При использовании оптического излучения в светокультуре необходимым условием является обеспечение энергосбережения. Это связано с большими потерями, происходящими на различных этапах преобразования энергии в технологических процессах облучения.

Для оценки спектрального состава потока оптического излучения задают соотношения интенсивности излучения трех спектральных диапазонов : синего (B) (400..500 нм), зеленого (G) (500..600 нм) и красного (R) (600..700 нм) области фотосинтетически активной радиации (ФАР). Продуктивность светокультуры можно повысить путем приближения создаваемых спектральных параметров потока к нормативным значениям. Несоответствие спектра приводит к потерям, что увеличивает энергоемкость процесса облучения. Природа этих потерь связана с необходимостью обеспечить требуемую спектральную дозу облученности в наиболее «дефицитном» спектральном диапазоне.

Существующие конструкции светодиодных (СД) облучателей имеют ряд недостатков. Неравномерное пространственное распределение потока излучения облучателей приводит к неравномерному распределению потока по облучаемой поверхности. Для обеспечения необходимого уровня облученности в наименее облученной точке необходимо повышать установленную мощность, что приводит к дополнительным энергетическим затратам и не позволяет обеспечить энергоэффективность применения СД источников.

Задачей разработки являлось создание облучателя на СД источниках, обеспечивающего энергосбережение при его применении в светокультуре.

Основой фитооблучателя (рис.1, а) является прозрачный цилиндрический плафон 3, выполненный из стекла. Внутри плафона располагается полый квадратный профиль 2, на наружных плоских гранях которого расположены световые элементы 1, состоящие из групп светодиодов с различными спектрами излучения. Крепление световых элементов на профиле обеспечивает отвод тепла от световых элементов 1 восходящим потоком воздуха, проходящего сквозь фитооблучатель вдоль внутренней поверхности профиля 2 через отверстия в верхней и нижней крышках 5, служащих для защиты от влаги световых элементов. Светоотражающие элементы 4 выполнены пружинящими и, помимо коррекции светораспределения, служат для фиксации профиля 2 соосно в плафоне 3.

Поток ОИ излучается из т. O (рис.1, б). На рисунке n – нормаль к поверхности светоотражающего элемента 4 в направлении угла , - сила света в направлении O_x, - сила света в направлении угла без светоотражающего элемента 4, - сила света, отраженного светоотражающим элементом 4. Сила излучения световых элементов 1, расположенных на одной грани профиля 2 в направлении O_x максимальна, в направлении O_y – минимальна. При совместном излучении потока от световых элементов 1, расположенных на соседних гранях профиля 2 вектора сил излучения относят к единому световому центру СЦ. При этом формируется неравномерное пространственное светораспределение (кривая А на рис. 1, в). Благодаря наличию дополнительно введенных протяженных светоотражающих элементов 4 производится корректировка суммарного пространственного светораспредения до равномерного (кривая В на рис. 1, в).

а)	б)
	в)

Рис. 1. Конструкция и принцип действия фитооблучателя:

а - конструкция, б - процесс излучения потока ОИ световыми элементами,

в – пространственное светораспределение фитооблучателя

Устройство управления выполнено в виде отдельного блока и может являться общим для нескольких фитооблучателей.

Применение разрабатываемого фитооблучателя должна значительно повысить эффективность использования световой энергии облучательной установки культивируемыми растениями, а значит, сократить длительность периода вегетации до начала плодоношения, увеличить продуктивность самих растений, а так же повысить товарные качества плодов и содержание в них сахара и витаминов.

Литература

1. Ракутько С.А. Оптимизация технологического процесса облучения в АПК по минимуму энергоемкости /С.А.Ракутько // Светотехника.-2009.-№4.-С.57-60.

6. Ракутько С.А. Оценка эффективности применения оптического излучения в светокультуре по величине энергоемкости / С.А.Ракутько, В.Н. Судаченко, А.Е.Маркова // Плодоводство и ягодоводство России.- 2012.-№33.-С.270-278.

3. Сарычев, Г.С. Продуктивность ценозов огурцов и томатов в функции спектральных характеристик ОСУ / Г.С.Сарычев // Светотехника.-2001.-№2.-С.27-29.

Код для цитирования: Скопировать