СВЕТОДИОДНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, а именно к световым приборам для выращивания растений в условиях защищённого грунта, для освещения растений сверху и освещения растений в многоярусных установках стеллажного типа.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения эффективности облучения рассады, овощей, цветов и зелени, и повышение безопасности при сохранении основных потребительских качеств.
Технический уровень
Известен облучатель для тепличных растений [1], содержащий несущий корпус, выполненный в виде протяженной профилированной детали из теплопроводящего материала, имеющий боковые стенки, сопряженные с основанием, и снабженный торцевыми крышками; по крайней мере, одну печатную плату, с, по крайней мере, одним светоизлучающим диодом с максимумом излучения в диапазоне 430-470нм, размещенную на основании корпуса и снабженную выводом для подключения к питающему напряжению, при этом корпус снабжен отверстием для упомянутых выводов; отражатель, представляющий собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием, при этом отражатель и торцевые крышки выполнены из материала или покрыты материалом, имеющим коэффициент диффузного отражения 0,95-0,99, имеющий в поперечном сечении форму трапеции, и установленный в корпусе своим основанием на печатной плате со светодиодами, при этом основание отражателя снабжено прорезями для размещения светодиодов; светопреобразующий элемент, выполненный из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм, закрепленный в корпусе на расстоянии от диодов; средства герметизации внутреннего пространства облучателя и средства крепления в корпусе светопреобразующего элемента, торцевой крышки, платы со светодиодами, отражателя.
Недостатком данного технического решения является низкая квантовая эффективность за счёт преломления излучения при переходе через среды воздуха, люминофора и оптически прозрачного материала.
Известен фитосветильник [2] для улучшенного роста растений, состоящий из светодиода, рефлектора, линзы, радиатора, вентиляторов, блоков питания, ручек, поворотных механизмов, функцию корпуса выполняет алюминиевый ребристый радиатор, имеющий ровную поверхность с одной стороны, а выпуклые ребра с другой, и система охлаждения, которая выполнена в виде крышки с двумя вентиляторами и закреплена поверх ребер радиатора, на внешней стороне крышки имеются отверстия для притока воздуха, защищенные решетками, вдоль ребер имеются открытые сквозные отверстия для оттока воздуха, на гладкой стороне радиатора расположен СОВ (Chips on Board) светодиод номинальной мощностью 150 Вт, активная часть которого - кристаллы и люминофоры, испускающие свет в требуемых значениях, рефлектор и линза расположены поверх светодиода и закреплены за радиатор, при этом блок питания для светодиода закреплен на ручки со встроенными поворотными механизмами, которые в свою очередь скреплены между собой алюминиевой планкой, выполняющей функцию крепежа всей конструкции, а блок питания для системы охлаждения закреплен снаружи на крайнем боковом ребре радиатора, при этом все источники питания имеют степень защиты IP67, а электрические соединения изолированы и влагозащищены.
Недостатком данной конструкции является сложность изготовления и низкая квантовая эффективность.
В качестве прототипа выбрано устройство для выращивания растений [3], характеризующееся тем, что используются светодиодные светильники, состоящие из светодиодов красного - длина волны 660 нм и синего - длина волны 450 нм цветов в соотношении 3:1 и углом рассеивания светового потока 120°, с безопасным низкотоковым питанием 12…24 В, 0,38…0,5 А, и укрепленные на держателях, установленных сверху в два ряда с возможностью переноса одного из светильников на незакрытую сторону, а закрытая задняя стенка и основание покрыты светоотражательным материалом. На стойках вверху рамы установлены штыри для надежной фиксации фитотрона при использовании многоярусной стеллажной системы.
Недостатком данного технического решения является узкополосный спектр излучения.
Органолептические свойства растительных продуктов, такие как цвет, вкус и аромат зависят от спектрального состава освещения. За время эволюции у растений сформировались биологические реакции к спектру освещения. На фиг. 1 приведён спектр излучения предлагаемой полезной модели, из которого видно, что комбинация светодиодов белого цвета свечения и красного цвета свечения заполняет видимый диапазон оптического спектра.
Целью полезной модели является повышения эффективности облучения рассады, овощей, цветов и зелени, и повышение безопасности при сохранении основных потребительских качеств.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в сохранении основных потребительских качеств светодиодного облучателя для растений при повышении его безопасности.
Технический результат достигается тем, что светодиодный облучатель для растений содержит печатную плату прямоугольной формы, печатная плата имеет алюминиевое основание, на верхней стороне нанесено диэлектрическое покрытие, на котором нанесены электрические соединения, на нижней стороне печатной платы установлены светодиоды, на верхней стороне установлен блок питания и кронштейны для крепления, передняя сторона и торцы печатной платы закрыты монолитным, оптически прозрачным блоком линз, светодиодный облучатель для растений отличается тем, что установлены светодиоды белого (цветовая температура 4000-5000 К, например светодиоды «Samsung LM301B» [4]) и красного цвета свечения (длина волны 660 нм), например «OSRAM OSLON Square Hyper Red» данная комбинация светодиодов позволяет заполнить оптический спектр, необходимый для растений, оптические спектры необходимые для роста и развития растений приведены в [5]. Печатная плата выполняет функцию корпуса и радиатора, блок линз формирует диаграмму направленности излучения и обеспечивает степень защиты IP67. Электропитание осуществляется от сети переменного или постоянного тока напряжением 18-36 В и светодиодный облучатель может быть подключен к альтернативным источникам энергии через аккумулятор.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами.
Фиг. 2 - схематический вид конструкции светодиодного облучателя для растений. Здесь: 1 - светодиоды, 2 - печатная плата, 3 - блок линз, 4 - блок питания, 5 - кронштейны для крепления.
Для подтверждения положительного эффекта проведены экспериментальные исследования. Изготовлен светодиодный облучатель для растений. Проведены исследовательские испытания. Установлено, что значение фотосинтетического потока фотонов 120 мкмоль/с, эффективность в области ФАР 2,14 мкмоль/Дж, что соответствует ГОСТ Р 57671-2017 «Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц».
Источники информации, использованные при составлении описания:
1. Патент на полезную модель № 147319 U1 Российская Федерация, МПК A01G 1/00, F21S 19/00. Облучатель для тепличных растений: № 2014133265/13: заявл. 13.08.2014: опубл. 10.11.2014 / И.Д. Ляпин, М.Е. Маракулин, К.Н. Фролов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Люмен".
2. Патент на полезную модель № 168490 U1 Российская Федерация, МПК F21V 33/00. Фитосветильник для улучшенного роста растений: № 2016121937: заявл. 02.06.2016: опубл. 06.02.2017 / К.А. Орлов.
3. Патент на полезную модель № 150658 U1 Российская Федерация, МПК A01G 31/02. Фитотрон энергосберегающий универсальный (ФЭУ): № 2013159136/13: заявл. 30.12.2013: опубл. 20.02.2015 / Г.Н. Самарин, В.А. Шилин, Ю.И. Кидыко [и др.]; заявитель Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Великолукская государственная сельскохозяйственная академия".
4. Официальный сайт Samsung. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.samsung.com/led/lighting/ (дата обращения: 21.08.2021 г.).
5. McCree K.J. Action Spectrum, Absorptance and Quantum Yield of Photosynthesis in Crop Plants // Agricultural Meteorology. - 1972. - No 9. - pp. 191-216.