Шаблон статьи
Скачать статью в pdf.УДК 628.993:631.544.4
DOI: 10.15507/2658-4123.033.202304.585-598
Разработка светодиодного фитооблучателя для выращивания растений в теплицах
Калабкин Александр Андреевич
аспирант 3 курса направления подготовки «Информатика и вычислительная техника» Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0009-0008-2975-6449, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Кузнецов Евгений Александрович
аспирант 3 курса направления подготовки «Электро- и теплотехника» Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4199-0931, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Ивлиев Сергей Николаевич
кандидат технических наук, доцент кафедры информационной безопасности и сервиса института электроники и светотехники Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6101-3388, Researcher ID: E-1697-2014, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Ашрятов Альберт Аббясович
доктор технических наук, доцент кафедры источников света института электроники и светотехники Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5674-7259, Researcher ID: D-8971-2014, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Калабкин Вениамин Андреевич
аспирант 2 курса направления подготовки «Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства» Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0009-0005-7824-5432, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Мусатов Андрей Сергеевич
магистр 2 курса направления подготовки «Электроника и наноэлектроника» Национального исследовательского Мордовского государственного университета (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: https://orcid.org/0009-0005-9076-3929, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Аннотация
Введение. Одним из ключевых факторов, влияющих на эффективное выращивание растений в теплицах, является освещение. В контексте этой задачи светодиодные фитооблучатели представляют собой перспективное решение, позволяющее точно регулировать параметры света, необходимые для оптимального фотосинтетического процесса.
Цель статьи. Разработать и исследовать светодиодный фитооблучатель с оптимальным спектром и интенсивностью света для обеспечения эффективного роста, развития и фотосинтеза растений в теплицах.
Материалы и методы. Разработка светодиодного фитооблучателя была выполнена в соответствии с нормативными стандартами, которые определяют основные требования в области светотехники для фитоосвещения: ГОСТ Р 57671-2017 и ГОСТ Р 58461-2019. Приведена последовательность этапов разработки, согласно которой осуществлялась разработка данного фитооблучателя.
Результаты исследования. В качестве источника излучения был выбран светодиод Full Spectrum-1 (Китай) с двумя выраженными максимумами излучения 440 нм и 642 нм. Для фитооблучателя был выбран прожекторный корпус, позволяющий точно направлять свет на растения, обеспечивая тем самым максимальную эффективность фотосинтеза и роста. Анализ результатов трассировки лучей в TracePro показал, что модель светодиодного фитооблучателя имеет светораспределение близкое к косинусному типу кривой силы света (далее – КСС). Энергетический поток излучения составил 4,14 Вт, фотосинтетический поток фотонов – 16,6 мкмоль/с.
Обсуждение и заключение. Разработанный светодиодный фитооблучатель имеет величину фотосинтетического потока фотонов, равную 16,2 мкмоль/с при потребляемой мощности 8,8 Вт. Фотосинтетическая эффективность фитооблучателя составила 1,84 мкмоль/Дж. Таким образом, данный фитооблучатель возможно использовать для эффективного процесса выращивания растений в теплицах, обеспечивая оптимальные условия освещения и способствуя повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: светодиодный фитооблучатель, мощность, энергетический поток излучения, спектральное распределение излучения, кривая силы света, фотосинтетический поток фотонов
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Разработка светодиодного фитооблучателя для выращивания растений в теплицах / А. А. Калабкин [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2023. Т. 33, № 4. С. 585–598. https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202304.585-598
Заявленный вклад соавторов:
А. А. Калабкин – анализ литературных данных, подготовка первоначального варианта и доработка текста, постановка задачи исследования, формирование частных и общих выводов.
Е. А. Кузнецов – разработка трехмерных моделей и сборка конструктивных частей фитооблучателя, осуществление светотехнического расчета, формирование частных и общих выводов, проведение измерений светотехнических параметров фитооблучателя.
С. Н. Ивлиев – научное руководство, формулирование основной концепции исследования.
А. А. Ашрятов – проведение измерений светотехнических параметров фитооблучателя.
В. А. Калабкин – разработка трехмерных моделей конструктивных частей фитооблучателя, проведение расчетов и обработка их результатов.
А. С. Мусатов – анализ литературных данных, доработка текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Поступила в редакцию 22.05.2023;
поступила после рецензирования 31.07.2023;
принята к публикации 10.08.2023
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мерзлякова В. М., Русских И. Т., Стрелкова Е. И. Определение спектральных характеристик фитосветильников // Аграрная наука ‒ сельскохозяйственному производству. 2019. С. 262–268. EDN: ZBJBXS
2. Чиков В. И. Эволюция представлений о связи фотосинтеза с продуктивностью растений // Физиология растений. 2008. Т. 55, № 1. С. 140–154. EDN: IBWWWJ
3. Кунгс Я. А., Угренинов И. А. Перспективы внедрения светодиодного освещения в теплицах // Вестник КрасГАУ. 2015. № 3 (102). С. 53–55. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-vnedreniya-svetodiodnogo-osvescheniya-v-teplitsah (дата обращения: 01.08.2023).
4. Katzin D., Marcelis L. F. M., van Mourik S. Energy Savings in Greenhouses by Transition from High-pressure sodium to LED Lighting // Applied Energy. 2021. Vol. 281, Issue 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116019
5. LEDs for Energy Efficient Greenhouse Lighting / D. Singh [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 49, Issue 4. P. 139–147. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.117
6. Development of an Ecological Lighting Device to Reduce the growth Time of Agricultural plants in Greenhouses / A. V. Cheremisin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 1942. 2021. Article no. 012094. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1942/1/012094
7. Olle M., Viršile A. The Effects of Light-Emitting Diode Lighting on Greenhouse Plant Growth and Quality // Agricultural and food science. 2013. Vol. 22, Issue 2. P. 223–234. https://doi.org/10.23986/afsci.7897
8. Ракутько Е. Н., Ракутько С. А., Васькин А. Н. Методика расчета параметров радиационной среды от светодиодного фитооблучателя // АгроЭкоИнженерия. 2019. № 1 (98). С. 71–82. https://doi.org/10.24411/0131-5226-2019-10123
9. Товстыко Д. А. Изучение роста и развития растений салата под влиянием узкополосных светодиодов // Безопасность и качество сельскохозяйственного сырья и продовольствия. 2020. С. 254–255. EDN IUPUQG
10. Research into Influence from Different Ranges of Par Radiation on Efficiency and Biochemical Composition of Green Salad Foliage Biomass / L. B. Prikupets [et al.] // Light & Engineering. 2018. Vol. 26, Issue 4. P. 38–47. EDN: YRVHVB
11. Ouzounis T., Rosenqvist E., Ottosen C. O. Spectral Effects of Artificial light on Plant Physiology and Secondary Metabolism: A Review // HortScience. 2015. Vol. 50, Issue 8. С. 1128–1135. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.50.8.1128
12. Светоизлучающее устройство, источник света на основе СИДА (светоизлучающего диода) для растениеводства и промышленное предприятие по выращиванию растений : патент № 2580325 C2 Российская Федерация. № 2013126797/07 ; заявл. 15.11.2011 ; опубл. 10.04.2016.
13. Singh P., Tan C. M. Degradation Physics of High Power LEDs in Outdoor Environment and the Role of Phosphor in the Degradation Process // Scientific reports. 2016. Vol. 6, Issue 1. Article no. 24052. https://doi.org/10.1038/srep24052
14. Evaluation of Photobiological Efficiency of Spectrum-Combined LED Phyto-Irraditators in Photo-Culture Cucumber Growing / A. E. Kurshev [et al.]// Light & Engineering. 2022. Vol. 30, Issue 3. P. 93–100. https://doi.org/10.33383/2022-028
15. Efficiency of an Alternative LED-based Grow Light System / E. G. Kulikova [et al.]// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2019. Vol. 288, Issue 1. Article no. 012064. https://doi.org/10.1088/1755-1315/288/1/012064
16. Эффект от применения светодиодных тепличных облучателей при выращивании культуры огурца в промышленных теплицах / С. И. Олонина [и др.] // Вестник НГИЭИ. 2020. № 9 (112). С. 31–40. https://doi.org/10.24411/2227-9407-2020-10082
17. Байнева И. И., Комаров Н. С. Исследование оптики для светодиодных световых приборов и методов ее компьютерного моделирования // Инженерный журнал с приложением. 2020. № 6. С. 27–31. https://doi.org/10.14489/hb.2020.06.pp.027-031
18. Микаева С. А., Железникова О. Е., Синицына Л. В. Комплекс современного исследовательского оборудования для световых измерений // Автоматизация и современные технологии. 2012. № 12. С. 33–36. EDN: PUWORL
19. Свешников А. Г., Степанова А. В., Белов В. В. Искусственное освещение теплиц // Студенческая наука – первый шаг в академическую науку. 2018. С. 118–121. EDN: XMVIKT
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
