Энергетическая эффективность осветительных установок со светодиодными источниками в сельском хозяйстве

УДК 631.3:621.382.2 Я.А. Кунгс, Р.А. Паникаев, Н.В. Цугленок

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СО СВЕТОДИОДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

В статье дается обоснование использования источников осветительных установок со светодиодами в сельских животноводческих и других помещениях для повышения энергетической эффективности. Предложены конкретные задачи для практической реализации данного вопроса в сельском хозяйстве.

Ключевые слова: сельское хозяйство, осветительная установка, животноводческое помещение, энергетическая эффективность.

Ya.A. Kungs, R.A. Panikayev, N.V. Tsuglenok POWER EFFICIENCY OF THE LIGHTING INSTALLATIONS WITH LIGHT-EMITTING DIODE SOURCES IN AGRICULTURE

Substantiation of use of the lighting installation sources with light-emitting diodes in rural cattle-breeding and other premises for power efficiency increase is given in the article. Specific tasks for practical realization of this issue in agriculture are offered.

Key words: agriculture, lighting installation, cattle-breeding premises, power efficiency.

Актуальность использования светодиодного освещения обусловлена необходимостью оптимизации принципов, методов, способов и средств освещения производственных и технологических помещений сельского хозяйства. Крайне неудовлетворительное состояние осветительных установок отдельных агропромышленных предприятий приводит к высокой аварийности и связанной с этим низкой надежностью освещения. Нельзя также забывать и об экологической опасности, обусловленной использованием традиционных источников световой энергии, содержащих ртуть [1].

Электрификация всех отраслей сельского хозяйства - одно из решающих условий создания материально-технической базы в нашей стране. Серьезное внимание должно уделяться сельскому хозяйству, его электрификации, так как это является основным и непременным условием комплексной механизации и автоматизации всех сельскохозяйственных процессов, резкого повышения производительности труда и коренного подъема сельского хозяйства. Электрификация постоянно претерпевает существенные качественные изменения, заключающиеся в модернизации существующего и создании нового электрооборудования, в том числе и осветительных установок.

На получение оптического излучения (ОИ) в сельском хозяйстве расходуется примерно 20 % потребляемой электроэнергии. Достоинства ОИ, как фактора энергетического и регуляторного воздействия на биологические объекты, общеизвестны: экологическая чистота, легкая управляемость, простота, дешевизна генераций и др. Доступная возможность получения требуемых параметров пространственного распределения потока Ои, его спектрального распределения и интенсивности облучения позволяет говорить об ОИ, как о средстве тонкого целевого воздействия со значительным эффектом. Общеизвестна также экономическая эффективность применения ОИ. Несмотря на эти и другие достоинства, масштабы применения ОИ в сельском хозяйстве в настоящее время даже в регионах с высоким уровнем электрификации соответствуют примерно 20-25 % потребности. Это объясняется в основном ограниченностью номенклатуры технических средств освещения, низкой надежностью его работы, недостаточной обоснованностью нормативных параметров. Повышение эффективности воздействия ОИ на биологические объекты возможно на основе глубоких знаний фотобиологии, распространения электромагнитных излучений в биологических средах, связи первичных и конечных эффектов воздействия, методов оценки этих и других явлений. Имеющиеся в сельскохозяйственном производстве технологические процессы основаны на применении искусственного ОИ (например, светокультура в теплицах, освещение безоконных птицеводческих и животноводческих помещений), поэтому реальны перспективы их развития и появление новых источников (например, спектральные лампы, лазеры).

В настоящее время существуют перспективы реконструкций системы освещения на основе применения светодиодов, что позволит повысить эффективность многих технологических процессов, улучшить условия труда работников, а также уменьшить потребление электроэнергии и вследствие этого себестоимость продукции [2].

В таблице 1 указаны перспективы использования светодиодных светильников в сельском хозяйстве.

Таблица 1

Области применения светотехнических установок сельскохозяйственного значения

Применение осветительных установок Применение облучательных установок

Животноводческие помещения (коровники, доильные площадки, свинарники, конюшни, помещения для содержания телят) Птичники Полевые работы в тёмное время суток Основное производственное освещение в помещениях для складирования сельхозпродукции, крытых токах, помещениях молоко- и мясопереработки и т.д. Теплицы или специальные культивационные помещения Помещения для содержания животных и птиц Помещения для обеззараживания воды, воздуха и сельскохозяйственных продуктов Сушка продукции Дезинсекция (борьба с насекомыми и прочими вредителями) Предпосевная обработка семян Животноводческие помещения любого профиля для исключения «солнечного голодания» и обогрева молодняка

В таблице 2 приведены значения стоимости единицы световой энергии при различной стоимости электроэнергии.

Таблица 2

Значения стоимости ЕСЭ Э при тарифе на электроэнергию

ИС Р, Вт Ф, клм г^, лм/Вт т, тыс. ч С, руб. +_^, П, Ф-т руб/Млм*ч, при я, руб/кВт ч равном

1,5 3 5

Лампы накаливания общего назначения 15 0,11 7 1 5 259 474 760

60 0,64 11 1 20 167 304 486

100 1,36 14 1 15 118 225 368

150 2,2 15 1 70 132 231 365

200 3,1 16 1 80 119 213 338

500 8,2 16 1 49 99 193 318

1000 20 20 1 100 80 155 255

Светодиодные модули, линейки, приборы 70 5,5 40 70 12000 69 106 156

140 2,3 33 70 10000 107 153 213

300 12,2 37 70 50000 99 139 193

480 15,3 40 70 72000 104 142 192

Газосветные лампы 100 3 10 1 380 276 426 626

500 6,5 13 1 700 223 338 492

1000 15 30 1 920 111 161 228

Люминесцентные лампы 14 1,2 86 20 210 26 44 67

28 2,6 93 20 110 20 34 56

36 3,35 93 20 210 19 35 57

58 5,2 90 20 135 18 34 57

Очевидно, что сегодня LED способны составить конкуренцию многим из существующих ИС, за исключением ЛЛ, и их применение в сельском хозяйстве экономически оправдано. Ряд преимуществ (в частности, стойкость к повреждениям и низким температурам) вскоре сделают LED оптимальным ИС для сельскохозяйственных нужд.

Для широкого внедрения светодиодов в установках оптического излучения необходимо решить ряд задач [3]:

- провести анализ современного состояния вопроса по применению светодиодов и светильников для создания комфорта в животноводческих и других помещениях;

- выполнить исследования светодиодов по данным литературных источников;

- рассмотреть вопросы внедрения светодиодов в осветительных установках;

- дать оценочные экономические показатели, относящиеся к применению светодиодов;

- разработать конструкцию и провести испытания опытного образца светильника со светодиодами;

- привести примеры проектирования установок оптического излучения на примере коровника с использованием светильников со светодиодными источниками света;

- дать технико-экономическое обоснование применения светодиодов в сельских животноводческих помещениях.

Решение поставленных задач позволит перевести технологические установки, использующие лучистые технологии, на новый уровень и получить экономию электроэнергии до 20 % в освещении технологических и жилых помещений.

Литература

1. Кунгс Я.А., Паникаев Р.А., Цугленок Н.В. Светодиодное освещение технологических и жилых помещений агропромышленного комплекса / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2010.

2. Свентицкий И.И. Электрическое освещение и облучение в сельскохозяйственном производстве. - М.: Колос, 1998. - 303 с.

3. Методика определения экономической эффективности технологий и техники / МСХ России. - M., 1998.