Vysokotlaké sodíkové výbojky. Sodné lampy pro rostliny ve sklenících

Výbojové sodíkové výbojky jsou nejúčinnější mezi stávajícími světelnými zdroji, pokud jde o poměr výkonu světla k vynaložené energii, ale jejich spektrum je nepohodlné pro lidské oko. Neprítomnost modré barvy vytváří monochromní obraz okolního prostoru. Díky této vlastnosti se sodíkové výbojky, navzdory vynikající ekonomice, používají v omezené míře - zejména pro pouliční osvětlení. Zatím převažuje žlutá-červená "sluneční" a zelená spektra příznivý vliv na růst všech rostlinných druhů, které se v sklenících používají široce.

Co je sodíková lampa

Oni odkazují plynové výbojky analogicky s rtuťovými, luminiscenčními, halogenovými, xenonovými "bratry". Zdrojem luminiscence je plynný sodík v kombinaci s jinými prvky, čerpaný do skleněné baňky. Pod vlivem elektrický oblouk Sodík se zahřeje na vysoké teploty a začne svítit jasně žluté oranžové světlo, které se po uplynutí životnosti lampy otočí na červené spektrum.

Charakteristiky

Výkon sodíkových výbojek je nejvyšší ve třídě - až 200 Lm / W (Lumen na Watt). Charakteristické vlastnosti jsou nízké barevná teplota (2100-2700 K) a dominance žlutě červeného emisního spektra s minimálním množstvím modré. Tato kombinace vede k tomu, že lampy tohoto typu naplňují okolní prostor monochromatickým žlutooranžovým světlem, v důsledku čehož lidské oko nerozlišuje barvy a obrysy objektů dostatečně dobře. Ztráta hloubku, objem, orientaci a odhady vzdálenosti k objektům jsou ztraceny. Ale u rostlin v určitých fázích růstu stačí "sluneční" spektrum záření.

Typy světel

Podle principu práce jsou rozděleny do dvou hlavních tříd:

• Vysokotlaká sodíková lampa (HPS - vysokotlaké sodík).
• Nízkotlaké sodíkové výbojky (LPS - nízkotlaký sodík).

Vyvinula lampy LPS ve 30. letech minulého století. Mají nejvyšší účinnost (180-200 Lm / W), avšak kvůli konstruktivním nedostatkům se tyto lampy ukázaly jako naprosté a dokonce nebezpečné. Normální křemenné sklo je bezbranné proti agresivním účinkům sodíku: rychle se odpařuje a pokud je osvětlovací zařízení rozbité, může plyn při jeho reakci s kyslíkem explodovat (vznítit).

V 60. letech vyvinul General Electric keramiku za použití oxidu hlinitého (polykor, lukalos), schopného vydržet sodík při vysokých teplotách. Tento průlom umožnil návrat k výrobě tohoto typu světelných zařízení s vynikající ekonomikou. Pro zlepšení plynové záře je čerpána pod vysokým tlakem. Obvody jsou jednodušší než obvody LPS. Nárůst tlaku plynu a další faktory vedly k výraznému poklesu výkonu světla až na 50-150 Lm / W (v závislosti na jeho výkonu), ale poměr barevného vykreslování (CRI) se zvýšil z 20 na 85 a vyšší (z nedostatečného na dobrý) .

Rozsah

Svítidla s nízkotlakovými sodíkovými výbojkami nejsou na světě příliš rozšířena. V SSSR a USA se vsadili na více technologických osvětlovacích systémů. V řadě evropských zemí se aktivně využívají k osvětlení silnic.

Vysokotlaké sodíkové výbojky jsou častější. V naší zemi jsou používány k osvětlení městských ulic, v krajinářském designu, k osvětlení architektonických objektů. Používá se ve výrobních oblastech, kde není vyžadováno jasné světlo. Nedávno vedoucí společnosti (Philips, General Electric a další) výrazně zlepšily design a spotřebitelské kvality těchto svítidel: jejich spektrální pokrytí se výrazně zvýšilo, teplota barev se zvýšila (z 2100 na 2700 K) - některé modely jsou již vhodné pro osvětlení obytných (výrobních) prostor . Zvláštní pozornost je věnována používání sodíkových výbojek ve sklenících.

Klasifikace

Sodné lampy se liší několika důležitými způsoby. Podle konstruktivního typu jsou rozděleny na:

• Obloukové zrcadlo (DNAZ).
• Natrium obložené obloukem (DNaMT).
• Oblouk sodíku ve světlo rozptylující baňce (DNaC).
• Srdce sodné trubkové (DNaT).

Také rozlišujte lampy na spotřebě proudu (220V a 380V), které jsou naopak děleny výkonem: od 50 do 1000 wattů.

Sodné lampy pro skleníky

Analýza spotřeby energie skleníků ukázala, že nejvíce energeticky náročné procesy jsou ozařování a ohřev rostlin. Asi 40% elektrické energie spotřebované skleníky se používá pro ozařování. Proto zemědělci dosahují zvýšení produkce zeleniny díky zavedení energeticky úsporných zařízení pro osvětlení.

Vedle optimálních parametrů mikroklimatu skleníků má kvalita ozáření rostlin velký význam. Proto je také důležité zkoumat vliv kvalitativních parametrů osvětlení na růst a morfologický vývoj semenáčků. Použití zásadně nových zdrojů světla v technologiích ozáření rostlin - moderní sodíková svítidla v kombinaci s jinými zdroji osvětlení (např. Diody emitující světlo) - umožňuje výrazně zvýšit ukazatele konečného výtěžku.

Vědecký přístup

Vedoucím představitelem zdokonalování osvětlení skleníků je holandská společnost Philips, což není překvapující vzhledem k pokročilé pozici skleníkové výroby v Nizozemsku. Společnost provedla výzkumné a praktické studie (v roce 2012 na Ukrajině v roce 2013 v Holandsku), která prokázala, že sodíkové výbojky jsou pro rostliny nejvhodnější. Jsou efektivnější než kompaktní. zářivky, které mají menší návrat světla a neposkytují optimální rozsah světla. Paralelně osvědčené: žárovky žárovky a rtuťové lampy spotřebovávají příliš mnoho elektřiny, aby byly nákladově efektivní.

Dokonce lepší indikátory jsou dosaženy, pokud rostliny jsou osvětleny nejen zhora, ale také po stranách mezi řádky. Z tohoto důvodu jsou vhodné LED ekonomické LED. Kombinace sodíkových výbojek s LED diodami přispívá k vyššímu výtěžku. V roce 2012 byl v Umanu (Ukrajina) vytvořen první průmyslový skleník, kde byly kombinovány tyto typy osvětlovacích zařízení. Plocha areálu se smíšeným osvětlením SD a sodíkovými výbojkami činila 6000 m ² . V skleníku bylo instalováno celkem 1 230 LED modulů a 870 svítidel s DNaT lampami. Experiment ukázal, že výtěžek rajčat (podle jiných požadavků) může dosáhnout 73 kg / m ² ročně.

Poté díky podobnému experimentu v Nizozemí (2013) společné užívání HPS a DM vedlo k nárůstu výnosu o 30%. V budoucnu byla technologie zavedena v Anglii, Dánsku, Kanadě, Japonsku, Číně a dalších zemích.

Technologie

Zpravidla jsou průmyslové skleníky vyrobeny z průhledných materiálů, takže rostliny jsou osvětleny sluncem. Nicméně, v zeměpisných šířkách více než 40 ^° (bližší k pólům), přirozené světlo trvá pouze 4-5 měsíců (květen-září). V zbývající době je nutný dodatečný čas. Navíc v různých fázích vegetačního období a pro různé plodiny vyžaduje vlastní spektrum záření.

Svítidlo pod sodíkovou lampou je umístěno nahoře - nabíjí rostliny žlutě červeným "slunečním světlem" (zelené spektrum, které také osvětlovací zařízení vydává, není tak důležité). Jako přídavný nástroj pro boční ozařování by se měly používat světelné diody (nebo zářivky), jejichž hlavní výhodou je to, že v dolní části vertikálně pěstovaných rostlin dopadá světlo na spodní vrstvy listů, které nedostávají dostatečné světlo. Tato kombinace zvyšuje intenzitu fotosyntézy, podporuje růst a správný vývoj rostlin. Dodatečné osvětlení je užitečné ve fázích, kdy pěstované plodiny vyžadují modré spektrum světla, které téměř nenastává u sodíkových výbojek.

Jak to funguje

Pro absorpci fotonů světla v rostlinách jsou zodpovědné speciální pigmenty - karotenoidy, a- a b-chlorofyly. Karatinoidy absorbují světlo výhradně v modrém rozsahu, chlorofyly modře a červeně. Absorpční maxima chlorofylu - hlavní fotosyntetické pigmenty - jsou v rozmezí 640-680 nm a karotenoidy - v rozmezí 470-480 nm. Podle těchto parametrů jsou vysokotlaké sodíkové výbojky (NLVT) s provozním rozsahem 500-700 nm považovány za nejúčinnější světelné zdroje pro skleníkové podmínky. Jejich stabilita, pracovní doba, lehký návrat, ekonomická účinnost jsou nejoptimálnější.

Svítidla s výkonem 50-150 W jsou méně spolehlivá a mají nízkou stabilitu parametrů během jejich životnosti než světla s průměrným výkonem (250 W a více). Důvodem je přítomnost výrazného usměrňujícího účinku při zapálení lampy s nízkým výkonem, které mohou dosáhnout 2 minuty. Současně prochází lampou zvýšený proud, což vede k intenzivnímu rozprašování katodových materiálů a vytváření neprůsvitného filmu na vnitřním povrchu výbojky. Zapalovací impuls a velikost spouštěcího proudu ovlivňují význam nápravného účinku, proto impulsní energie musí poskytnout rychlý přechod od žhavého výboje k oblouku. Aby se zabránilo účinku současné opravy, zařízení se používá k blokování stejnosměrného proudu. Proto ve sklenících často používáte výkon od 250 W.

Nicméně četné teoretické a experimentální studie procesů ve výboji, na elektrodách a v blízkosti elektrických částí plynových výbojek ukázaly, že existuje řada otázek, které vyžadují další zlepšení. Pro NLVT, které se používají při plodině uzavřených půd, je především nutné optimalizovat spektrální složení záření pro specifické světelné kultury a snížit obsah rtuti ve vypouštěcí trubici a zabránit možnému znečištění životního prostředí rtuťovými výpary ze zařízení, které selhaly.

Otázky životního prostředí

Vytvoření moderních technologií pro pěstování skleníkových rostlin je spojeno s použitím vysoce intenzivních výbojek, zejména sodíku. Jejich široké využití je pozitivním faktorem při zintenzivnění této produkce, i když je spojeno se závažným problémem životního prostředí. Složení většiny moderních výbojek obsahuje toxickou látku - rtuť. Například sodíková výbojka může obsahovat amalgam sodný (slitina rtuti). Pokud se taková lampa rozbije nad výsadbou uvnitř skleníku, rostliny, které se nacházejí pod ním (zelenina, zelenina, sazenice, vnitřní květiny), se stávají nevhodnými pro použití.

Hlavním směrem zlepšování vlivu na životní prostředí je vytvoření vysoce účinných výbojek bez obsahu rtuti. Nedávno byly tyto práce prováděny jednotlivými osvětlovacími společnostmi, včetně zemí SNS. Sodné výbojky se sníženým množstvím rtuti ve výbojce a zcela bezrvnaté modely již existují a stále častěji se používají ve sklenících.