СВЕТОДИОДНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к области облучения растений и может быть использована в теплицах, зимних садах, жилых помещениях для досвечивания как взрослых растений, так и рассады.
Известен облучатель для растениеводства, содержащий корпус, матрицу светодиодов, максимумы которых в спектре излучения лежат в области 450-480 и 660-690 нм, блок управления рабочими токами светодиодов с синим и красным цветом свечения, в котором матрица включает светодиоды с углом излучения, не превышающим 30° (патент РФ 59206 Бюл. 34 от 10.12.2006).
Недостатком известного облучателя является использование светодиодов с узким спектром излучения, в результате чего спектр облучателя оказывается прерывистым и отсутствует часть спектра, необходимого растениям. Также, использование такого облучателя в местах присутствия человека является нежелательным вследствие негативного восприятия такого спектра излучения человеческим глазом и искажения естественных цветов растения.
Известен универсальный светодиодный осветитель с микропроцессорным управлением, содержащий плафон с источником света, состоящим из групп светодиодов с различными спектрами излучения, корпус с микропроцессорной системой управления и коммутатором групп светодиодов, датчик освещенности и блок электрического питания; в данном осветителе плафон шарнирно установлен на держателе, а корпус и держатель прикреплены к подставке, расположенной на освещаемой поверхности (патент RU 39183, 20.07.2004).
Известен светодиодный облучатель, содержащий корпус, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, сборки модулей, установленные каждый внутри нижней части корпуса и снабженные каждый печатной платой с теплопроводной прокладкой и установленными на ней светодиодами закрытыми прозрачной панелью с интегрированными оптическими линзами, соосными со светодиодами, вертикальные ребра, установленные в верхней части корпуса, щели, расположенные на передней торцевой стенке корпуса, отсек для блока питания и держатель облучателя с фиксатором положения, прикрепленные к верхней части корпуса. В данном облучателе светодиоды выполнены в виде двадцати пяти светодиодов пяти цветовых спектров - оранжевого, синего, белого, красного, сине-зеленого и установлены на печатной плате в виде вертикальных и горизонтальных рядов с образованием пяти окружностей и размещением в центре светодиода оранжевого спектра и последовательно от центра этих окружностей с оранжевым, синим, белым, красным и сине-зеленым спектрами (патент RU 136127, 27.12.2013).
Недостатком известных облучателей является избыточное использование разноспектральных светодиодов, являющееся следствием универсальности осветителя, которая не требуется при выращивании растений, спектр поглощения которых является известным, и приводит к удорожанию прибора.
Как известно, разные спектральные диапазоны по-разному действуют на растения. Как было выяснено в ходе многочисленных экспериментов, физиологическое воздействие света на растения складывается из двух составляющих: субстратного воздействия и регуляторного воздействия. Субстратное воздействие света состоит в использовании его энергии на образование химических связей в процессе фотосинтеза, то есть на рост биомассы растения. Регуляторное воздействие проявляется в запуске механизмов, управляющих протеканием физиологических процессов: началом зацветания, фототропизмом (изменением пространственного положения органов растения при изменении направления падающего света), углеводной или белковой направленностью биохимических синтезов, открытием/закрытием устьиц и т.д. При этом энергия, необходимая для удовлетворения субстратных потребностей и роста биомассы, в 100-1000 раз превышает энергию, которая требуется для запуска регуляторных процессов (Тихомиров Α.Α., Шарупич В.П., Лисовский Г.М., Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы, Новосибирск, 2000 г.).
Поэтому необходимо освещать растение светом с широким непрерывным спектром в видимом диапазоне, но при этом участки спектра, соответствующие максимальной эффективности фотосинтеза и одинаковые для всех зеленых растений - 430…470 нм и 650…690 нм - должны быть усилены для достижения наибольшей продуктивности растения, причем красная составляющая должна преобладать над синей.
Универсальность спектра действия фотосинтеза подтверждается экспериментальными работами ученых К.А. Тимирязева, Маккри (МсСгее), Инада (Inada) и других авторов.
В настоящее время большинство тепличных хозяйств используют для досветки растений облучатели с натриевыми лампами, спектр которых не является оптимальным для выращивания растений в соответствии с вышеуказанным критерием.
Для выращивания растений в домашних условиях используются различные источники света, спектр которых также не оптимизирован для выращивания растений, либо является неприятным (сине-красный) для человека.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является светодиодная система освещения растений, включающая красные, синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды и блок управления с отдельными выходами регулирования уровня излучения светодиодов каждого спектра отдельно в зависимости от этапа развития и вида растений, содержащая также светодиоды белого спектра. В другом варианте светодиодная система освещения растений, включающая светодиоды и блок управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений, содержит светодиоды белого спектра и дополнительные ультрафиолетовые светодиоды; мощность излучения ультрафиолетовых светодиодов составляет 5…15% от белых, причем белые и ультрафиолетовые светодиоды работают или одновременно, или поочередно, с разными промежутками времени. В другом варианте светодиодная система освещения растений, включающая светодиоды и блок управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений, в качестве источника света содержит светодиоды белого спектра (патент RU 107020, 18.06.2010).
Недостатком такой системы освещения при досвечивании (т.е. при наличии естественного фонового освещения) низкорослых растений, например, салатов, является избыточность дополнительных спектральных составляющих в зеленой и ультрафиолетовой области в варианте с использованием синих, зеленых, красных, ультрафиолетовых и белых светодиодов и неоптимальность спектра излучения в остальных вариантах в соответствии с вышеуказанным критерием.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение продуктивности растений при снижении затрат на их досвечивание.
Техническим результатом является возможность создания светодиодного облучателя для растений с широким непрерывным спектром, оптимизированным для максимального усиления фотосинтеза растений и не являющегося неприятным для человеческого глаза.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый светодиодный облучатель для растений, содержащий светодиоды и блок питания и управления, содержит белые светодиоды холодного оттенка, а также красные светодиоды с пиковой длиной волны 660…680 нм в равном соотношении по мощности излучения с белыми светодиодами, при этом блок питания и управления выполнен с возможностью раздельного регулирования интенсивностью излучения белых и красных светодиодов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 представлена общая схема светодиодного облучателя для растений.
На фиг. 2 представлен спектр холодных белых светодиодов, спектр красных светодиодов и суммарный спектр белых и красных светодиодов.
Светодиодный облучатель для растений содержит белые светодиоды холодного оттенка 1, красные светодиоды 2, блок питания и управления интенсивностью излучения светодиодов 3.
Работает предлагаемый светодиодный облучатель для растений следующим образом.
В светодиодном облучателе для растений с широким непрерывным спектром излучения в видимом диапазоне и усиленными спектральными составляющими 430…470 нм и 650…690 нм используются белые светодиоды 1 с холодным оттенком, обеспечивающие непрерывность спектра излучения, и красные светодиоды 2 с пиковой длиной волны 660…680 нм в равном соотношении по мощности излучения с белыми светодиодами 1, при этом пик в синей области спектра холодных белых светодиодов совместно со спектром излучения красных светодиодов соответствуют максимумам спектра действия фотосинтеза. Блок питания и управления 3 осуществляет функцию раздельного регулирования интенсивности излучения белых и красных светодиодов для более точной подстройки соотношения синей и красной составляющих в спектре излучения облучателя под конкретный вид и фазу роста растений.
Потребляемая мощность облучателя может составлять от 5 и до 300 Вт и более. Количество белых и красных светодиодов будет зависеть от типа используемых светодиодов. Например, для создания облучателя мощностью 10 Вт при использовании одноваттных светодиодов потребуется 5 белых светодиодов холодного оттенка и 5 красных светодиодов.
Таким образом, можно добиться максимальной продуктивности разных видов растений во все фазы их роста.