Исследовательский Центр Освещения (LRC) в Политехническом Институте Ренсселаера опубликовал новый доклад, в котором рассмотрены потребление электроэнергии и экономическая эффективность светодиодных светильников для сферы растениеводства. Исследование обнаружило, что экономические преимущества использования светодиодных светильников для выращивания растений не так очевидны, как многие в индустрии полагают. Исследовательский Центр проанализировал ключевые показатели для оценки общей экономической целесообразности при использовании светодиодных источников света в растениеводстве по сравнению с натриевыми лампами высокого давления и металлогалогенными. Плотность фотосинтетического фотонного потока (PPFD) была основным критерием, который был использован, чтобы обеспечить корректное сравнение.
Они проверили потребление электроэнергии, затраты на протяжении всего срока эксплуатации, распределение интенсивности светового потока и затенение источника света. Что сделало их исследование уникальным - это то, что Исследовательский Центр оценил эффективность всей системы освещения для конкретной контролируемой среды выращивания растений.
Исследовательская группа обнаружила, что некоторые светодиодные светильники для растениеводства, которые они протестировали, экономили электроэнергию при сравнении с металлогалогенными и натриевыми лампами для выращивания растений на определенном участке с особыми требованиями к плотности фотосинтетического фотонного потока (PPFD). Однако, неожиданным образом, выяснилось, что экономия электроэнергии не всегда была возможна при использовании светодиодных источников света, которые они тестировали. Они обнаружили существенный разброс показателей в ряду осветительных приборов.
Плотность фотосинтетического фотонного потока (PPFD) была основным критерием оценки
Исследовательский Центр принял плотность фотосинтетического фотонного потока (PPFD) в качестве основного критерия для анализа. Исследователи обратили внимание, что применительно к растениям, параметр PPFD аналогичен параметру потока излучения дневного света на единицу площади (люкс) на определенной поверхности в архитектурной сфере.
Исследователи предупредили, что рассмотрение сферы применения приборов освещения для растениеводства аналогично рассмотрению сферы общего освещения. Сравнение является легитимным только в том случае, если вы измеряете удельную мощность разных систем освещения при одинаковых уровнях освещенности на определенной рабочей поверхности (параметр «люкс» в сфере общего освещения). Таким образом, валидный сравнительный анализ светодиодных источников света для растениеводства требует, чтобы была обеспечена одинаковая плотность фотосинтетического фотонного потока для растительного покрова. Исследовательский Центр обнаружил, что, в среднем, потребовалось бы приблизительно в три раза больше светодиодных светильников для выращивания растений, чтобы обеспечить такую же плотность фотосинтетического фотонного потока как стандартная 1000-ваттная система натриевых ламп, предназначенных для растениеводства.
Фактическая плотность фотосинтетического фотонного потока (PPFD) чрезвычайно зависит от области применения (также требует сложного расчета)
Принимая во внимание, что оценка фактической плотности фотосинтетического фотонного потока в значительной степени специфична для каждого применения, исследователи Центра разработали общие принципы, которые гарантируют сравнение сопоставимых параметров.
В рамках данного метода сравнения, они рассмотрели 11 метрик, характеризующих источники света, и 5 метрик, характеризующих применения, чтобы дать производителям самую точную информацию о работе любого источника освещения, предназначенного для выращивания растений.
Исследовательский Центр Освещения использовал данные принципы, чтобы оценить 14 светильников для тепличных хозяйств, включая 10 светодиодных. В дополнение к фотометрическим измерениям, оценка включала моделирование условий применения и анализ затрат на протяжении всего срока эксплуатации. Рассмотрение только параметров эффективности самого светильника может ввести в заблуждение, согласно заключению исследователей. На самом деле, агрономы должны рассматривать распределение интенсивности излучения источника света и расположение светильников над площадью выращивания растений, чтобы достичь нормативной величины плотности фотосинтетического фотонного потока, необходимого для достоверного анализа затрат в течение всего срока эксплуатации.
«Исходя из анализа наших данных, мы были заинтригованы тем, что распределение интенсивности и расположение источников света показали себя как ключевые факторы для эффективности системы», отметила научный сотрудник Исследовательского Центра Леора Радетски, которая явилась автором отчета.
Светодиодные источники света для выращивания растений часто менее экономичны при применении в тепличных хозяйствах по причине затенения
В теплицах также должно учитываться время воздействия солнечного света на растения. При выборе источников света для выращивания растений в теплице, производители должны предусмотреть размер и количество необходимых светильников. Потому что светильники блокируют доступ естественного света к растениям. Анализ затенения, проведенный Исследовательским Центром, обнаружил увеличение затенения от светодиодных светильников по сравнению с натриевыми лампами. Данный рост затенения обусловлен двумя факторами – размерами светильников и тем, что большее количество источников света требуется, чтобы обеспечить такой же уровень плотности фотосинтетического фотонного потока.
Важно отметить, что затенение от светодиодных ламп снижало уровень естественного освещения в теплице до 55% по сравнению всего лишь с 5% снижения естественной освещенности от воздействия натриевых светильников. Таким образом, особенно в теплицах, системы светодиодного освещения растений часто должны были использовать больше электроэнергии, чтобы достичь такого же показателя плотности фотосинтетического фотонного потока, чем другие источники света в системе с большим количеством естественного освещения и меньшей затененностью.
В соответствии с недавним опросом Исследовательского Центра Освещения, 75% аграриев указали затраты на светодиодное освещение для выращивания растений в качестве барьера для внедрения.
Поэтому было важно включить анализ издержек на протяжении всего срока эксплуатации в отчет. Результаты измерений, отраженные в отчетной ведомости по итогам оценки параметров светодиодных светильников для выращивания растений оказались не настолько хороши, как это ожидалось. Исследовательский Центр Освещения обнаружил, что только три из прошедших тестирование светодиодных систем освещения для сферы растениеводства имели более низкие издержки на протяжении всего срока эксплуатации, чем каждая из двух протестированных 1000-ваттных систем освещения на основе натриевых ламп.
«Потребление электроэнергии и издержки на протяжении всего срока эксплуатации варьируются в широком диапазоне у систем освещения на основе светодиодных и натриевых ламп, использованных в контролируемой среде выращивания растений», отметила Радетски. «Это был стандартный подход на протяжении многих лет в архитектурном освещении, и становится абсолютно очевидным для сферы освещения в растениеводстве, что мы должны проводить анализ энергопотребления и затрат на протяжении всего срока эксплуатации для целостной системы, чтобы получить точную картину того, какая технология будет работать лучше для каждого конкретного применения».
Альянс «Лайтинг Энерджи» и Министерство природных ресурсов Канады стали спонсорами проекта.