СВЕТОДИОДНАЯ ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА-ТРАНСФОРМЕР

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, а именно к осветителям, предназначенным для выращивания различной растительной продукции, зелени, овощей или цветов в сооружениях защищенного грунта.
Известно устройство светодиодного фитопрожектора [Патент РФ №2369086, МПК A01G 9/20 «Светодиодный фитопрожектор», опубл. 10.10.2009 г., Бюл. №28], в котором светодиодный фитопрожектор содержит корпус со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчик освещенности, датчик-спектрометр, воздействующий на группы светодиодов через блок управления и позволяющий корректировать спектральный состав источника света в зависимости от внешнего освещения и с учетом вида растений. Корпус фитопрожектора выполнен в виде прямоугольной рамы, изготовленной из П-образного швеллера, светодиоды расположены на платах, которые установлены в один ряд в прозрачных герметичных плафонах. Плафоны установлены внутри корпуса в несколько параллельных рядов. В блок управления светодиодным прожектором введен программируемый контроллер, формирующий определенный режим управления светодиодами в соответствии с ФАР и набором обозначений, указывающий вид растения и этап его онтогенеза. В схему управления введен программируемый контроллер, обеспечивающий заданный режим импульсного включения источников света, с регулятором времени экспозиции и регулятором длительности темновых пауз.
Аналог имеет следующие недостатки:
1) конструкция фитопрожектора предполагает его закрепление на несущих конструкциях теплицы, поэтому фитопрожектор размещен над растениями на значительной высоте и верхний ярус листьев может препятствовать поступлению света к нижним ярусам листьев;
2) наличие металлического корпуса повышает его металлоемкость;
3) в каждый облучатель встроена очень сложная система управления, включающая в себя несколько программируемых контроллеров, что значительно удорожает облучатель.
Известно также устройство светодиодного фитооблучателя [Патент РФ №2454066, МПК A01G 9/20 «Светодиодный фитооблучатель», опубл. 27.06.2012 г., Бюл. №18], выбранное за прототип, в котором, кроме того, что фитооблучатель содержит платы со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, снабжен вентилятором и системой управления с коммутацией групп светодиодов, датчиком освещенности и датчиком-спектрометром, имеет еще электропривод, позволяющий перемещать фитооблучатель на тросовом подвесе по высоте, регулируя освещенность внутри посадок, а сам фитооблучатель имеет платы выполненные из гибкого материала в виде полуцилиндров, соединенные попарно навесами и установленные в прозрачный цилиндрический плафон, светодиоды расположены с наружной стороны плат в несколько рядов. Сама же система управления вынесена за пределы корпуса и выполнена на базе компьютера, управляющего фитооблучателем по программе, это позволяет объединить в одну систему несколько фитооблучателей.
К недостаткам выбранного за прототип фитооблучателя можно отнести следущее:
1) фитооблучатель имеет подвес только в вертикальном положении, но для ранних посадок, такое размещение не целесообразно, ведь растения еще не высоки и более приемлемо горизонтальное расположение облучателей, что позволит с максимальным эффектом использовать их световую мощность;
2) для обеспечения всей площади теплицы искусственным освещением необходимо большое количество фитооблучателей, потребляющих большое количество электроэнергии;
3) если придавать таким облучателям горизонтальное положение вручную, то будет потрачено много времени и облучать растения при этом будет лишь одна сторона фитооблучателя, для организации функционирования другой стороны (поворота облучателей на другую сторону) опять потребуется ручной труд;
4) так как нижняя часть фитооблучателя не снабжена перемещающим устройством, по аналогии с верхней частью из прототипа, передвижение по высоте, даже горизонтально размещенных вручную под кровлей теплицы фитооблучателей невозможно и большое количество света будет рассеиваться в пространстве впустую, а значит затраты электроэнергии на досвечивание будут неэффективны.
Задачей полезной модели является повышение эффективности использования световой энергии фитооблучателей культивируемыми растениями, и за счет этого сокращение количества необходимых фитооблучателей и затрат электроэнергии на их функционирование.
Указанная задача достигается тем, что светодиодная осветительная установка-трансформер содержащая фитооблучатель, состоящий из плат со световыми элементами, выполненных из гибкого материала в виде полуцилиндров, соединенных попарно навесами и установленных в прозрачный цилиндрический плафон, и групп светодиодов с различными спектрами излучения, которые располагаются с наружной стороны плат в несколько рядов; вентилятора; датчика освещенности и датчика-спектрометра; систему управления с коммутатором групп светодиодов, вынесенную за пределы корпуса и выполненную на базе компьютера, управляющую фитооблучателем по программе, причем фитооблучатель закреплен вертикально на тросовом подвесе, который может разматываться и сматываться при помощи электропривода, изменяя высоту, в отличие от прототипа снабжена еще одним тросовым подвесом с дополнительным электроприводом, размещенными с противоположной стороны от первого, что позволяет фитооблучателю принимать не только вертикальное, но и горизонтальное положение, так как тросовые подвесы и с одной и с другой стороны снабжены электроприводами с барабанами; причем электропривод нижней части фитооблучателя размещен на подвижной тележке со своим электроприводом, за счет чего фитооблучатель будет по очереди менять рабочую сторону, обращенную к растениям в горизонтальном состоянии. В этом случае все светодиоды фитооблучателя могут работать одинаковое по длительности время, а значит иметь один срок старения. Кроме того все перечисленные электроприводы и сам фитооблучатель размещены на подвижной кран-балке, которая по направляющим перемещается с помощью двигателя-редуктора от одной стенки теплицы к другой, осуществляя шаг-движения. На кран-балке размещают сразу несколько, не менее трех фитооблучателей в ряд, все зависит от длины кран-балки и веса осветительных устройств. Если количества фитооблучателей не будет достаточно для обеспечения суммарной активной суточной радиации, можно поместить кран-балки с противоположных сторон теплицы и направлять их к центру сооружения поочередно. После достижения центра теплицы кран-балки возвращаются на исходное местоположение. Центра теплицы они должны достигать поочередно, чтобы объединенное световое пятно не превысило допустимый уровень освещенности.
Повышение эффективности использования световой энергии светодиодной осветительной установки-трансформера обеспечивается за счет снабжения фитооблучателя двумя комплектами тросовых подвесов, закрепленных с двух торцевых сторон, что позволит изменить вид подвеса, сделать его удобным в какой-либо период роста растений. В раннем возрасте нет нужды освещать посадки, погружая фитооблучатели между рядами. В этот период развития растений фитооблучателям следует придать горизонтальное положение и опустить их в таком виде, максимально приблизив к верхним ярусам листьев. В период, когда растения становятся взрослее и длиннее, верхние ярусы листовой поверхности начинают перекрывать доступ света к нижним ярусам, тогда фитооблучатель нужно трансформировать и привести его в вертикальное положение. При этом подтягивают одну сторону фитооблучателя на тросовом подвесе вверх и опускают другую на нужную высоту и в таком виде погружают в посадки между рядками с растениями. Теперь все ярусы листьев будут получать достаточно света для обеспечения активного фотосинтеза.
Конструкция светодиодной осветительной установки-трансформера с дополнительным электроприводом размещенным на подвижной тележке позволяет обеспечивать равномерную по времени работу светодиодов, расположенных на всей поверхности фитооблучателя. Нижняя часть фитооблучателя при помощи этого электропривода на тележке перемещается относительно зафиксированной верхней части фитооблучателя либо влево, либо вправо, приводя фитооблучатель в горизонтальное положение. При этом в горизонтальном положении каждая из сторон фитооблучателя поочередно будет обращена к посадкам и, поэтому поочереди будет включена в режим досвечивания.
После проведения экспериментальных исследований можно определить, с какой скоростью должны перемещаться фитооблучатели над посадками для обеспечения необходимого уровня облучения и оптимизации фотосинтеза растений.
Такая конструкция светодиодной осветительной установки-трансформера позволяет повысить эффективность использования световой энергии, сократить количество фитооблучателей и затраты электроэнергии на их функционирование.
Совокупность признаков заявляемой светодиодной осветительной установки-трансформера не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «новизна».
Светодиодная осветительная установка-трансформер, представленная на фигуре, содержит фитооблучатель, состоящий из плат 1 со световыми элементами 2, набранными из групп светодиодов с разными спектрами излучения. Платы выполнены из гибкого материала в виде полуцилиндров и соединены попарно навесами 3, позволяющими в случае необходимости открывать их, что облегчает процесс монтажа и ремонта. Выводные провода расположены с внутренней стороны плат. Светодиоды расположены с наружной стороны плат в несколько рядов. Количество светодиодов в ряду, количество рядов на платах, а также количество попарно соединенных плат зависит от мощности светодиодов, требуемой суммарной величины светового потока и спектра их излучения. Платы установлены в прозрачный цилиндрический плафон 4, выполненный, например, из акрила. К верхней части плафона прикреплен вентилятор 5, направляющий воздушный поток внутрь плафона вдоль плат, что обеспечивает необходимое охлаждение. Фитооблучатель крепится на тросовом подвесе 6. Применение электропривода 7 с барабаном 15 позволяет поднимать или опускать фитооблучатель на необходимую высоту, накручивая на барабан 15 излишки тросового подвеса.
Светодиодная осветительная установка-трансформер снабжена дополнительным тросовым подвесом 8 на тросе переменной длины, электропривод 9 которого также позволяет поднимать (опускать) уже нижнюю часть облучателя, ослабляя или натягивая тросовый подвес, путем накручивания его на барабан 10. Электропривод 9 с барабаном 10 размещен на тележке 11, которая может перемещаться по верхней поверхности кран-балки 12. С помощью еще одного электропривода 13 тележка 11 имеет возможность перемещения в двух направлениях относительно неподвижно закрепленного сматывающего барабана 15 верхней части облучателя размещенного в точке А. Электропривод 7 размещен уровнем ниже на кран-балке 12, чем тележка 11, для обеспечения беспрепятственного ее движения влево или вправо от точки А.
Кран-балка 12 снабжена двигателем-редуктором 14, который может периодически включаться и выключаться, совершая шаг-движение и перемещая кран-балку 12 с подвешенными к ней включенными фитооблучателями на требуемое расстояние.
Светодиодная осветительная установка-трансформер работает следующим образом. По сигналу компьютера включаются светодиодные фитооблучатели, а двигатель-редуктор 14, после вычисленной и установленной компьютером временной паузы, делает шаг, перемещая кран-балку 12 по направляющим над посадками, и останавливается. Циклично двигаясь и останавливаясь, кран-балка с осветителями проходит до противоположной стенки теплицы и возвращается назад к исходной точке. Фитооблучатели суммарно образуют световое пятно, которое скользит над растениями с определенной скоростью. Оптимальные параметры работы двигателя-редуктора 14, а именно, время работы-перемещения и время паузы-отдыха, можно определить после экспериментальных исследований. Перемещение светодиодной осветительной установки-трансформера над посадками может происходить как с горизонтальным, так и с вертикальным положением фитооблучателей в соответствии с алгоритмом вырабатываемым компьютером. При этом тележка 11 должна остановиться над точкой А на кран-балке. Далее, если предусматривает программа, облучатели должны поменять свою рабочую световую поверхность. Для этого в какой-либо исходной точке начинает работать электропривод 13 тележки 11, размещенной на верхней части кран-балки 12. Электропривод 13 перемещает тележку к центральной точке А, при этом стравливая электроприводом 9 удерживающий фитооблучатель тросовый подвес 8. Последний больше не фиксирует облучатель и тот постепенно принимает вертикальное положение. Тем временем тележка 11 проезжает мимо фиксированной точки А над жестко закрепленным электроприводом 7 верхней части фитооблучателя, размещенного ниже тележки на кран-балке. После того как тележка 11 минует точку А, она продолжает движение или к точке Д или Б, но уже сматывая с помощью электропривода 9 излишки тросового подвеса нижней части фитооблучателя на барабан 10 и подтягивая его до уровня или высоты подвеса верхней части, поворачивая его на другую сторону. Тележка остановится, пройдя расстояние, равное длине фитооблучателя от точки А, а электропривод 9 смотает тросовый подвес 8 на барабан 10 до установленной длины первого тросового подвеса 6. К осветительной работе будет готова обращенная к посадкам другая сторона фитооблучателя. После перемещения фитооблучателей над посадками и возврата к своей исходной точке кран-балки 12, тележка 11 может по сигналу компьютера, управляющего работой светодиодной осветительной установки-трансформера, опять переместиться к точке А, стравливая тросовый подвес 8, и затем проследовать мимо нее к точке Д или Б. В процессе этого фитооблучатель опять принимает сначала вертикальное положение, а затем горизонтальное, но к посадкам уже будет обращена другая сторона, готовая к работе. Таким образом, количество рабочих часов для всех светодиодов двух сторон облучателей будет приблизительно равно. Их старение и выход из строя замедлится, реже нужно будет менять, и ремонтировать оборудование. Кран-балки, а их в зависимости от размера теплицы должно быть несколько, нужно разместить по всей длине теплицы.
Система управления вынесена за пределы корпуса фитооблучателя, что позволяет объединять в одну систему десятки фитооблучателей, и включает в себя компьютерный задатчик. Компьютерный задатчик по программе на основе данных, полученных от датчика суммарной радиации и датчика-спектрометра, формирует управляющий сигнал режима включения источников света, что позволяет снизить удельное энергопотребление.
Применение светодиодной осветительной установки-трансформера значительно повышает эффективность использования световой энергии растениями, а значит, позволяет сократить длительность периода вегетации до начала плодоношения. Кроме того, полезная модель позволяет сократить затраты на оснащение фитооблучателями промышленных теплиц, так как сокращает их число; повысить КПД их использования, так как они практически круглосуточно могут работать в режиме досвечивания.