Использование светодиодных технологий в сельском хозяйстве.

Гладин Д.В., технический директор ООО «Техносвет групп»

Статья опубликована в журнале «Полупроводниковая светотехника», № 2, 2012г, стр 60

В последние годы наблюдается стремительное развитие области техники, основанной на физике полупроводников — оптоэлектронике. Прежде всего, это проявляется в стремительном революционном совершенствовании светодиодов — твердотельных полупроводниковых источников света. Если 15-20 лет назад большинству людей диоды, излучающие свет, были известны как устройства индикации, в лабораториях ведущих научных центров разрабатывались новые технологии производства полупроводников, которые позволили в настоящее время преобразить мир искусственного освещения, предоставив на замену классическим источникам света (лампы накаливания, люминесцентные лампы и т.д.) более эффективные и технологичные — светодиодные.

В тоже время правительство РФ ставит перед производителями оборудования и потребителями задачи по использованию энергосберегающих технологий во всех областях народного хозяйства. Соответствующие требования касаются и сельского хозяйства. В частности, принятая в 2007 году «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы» ставит задачу ускоренного перехода российского сельского хозяйства к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий. При этом устанавливаются задания (индикаторы) по относительному повышению энергоэффективности в сельском хозяйстве, в которых, в том числе, говорится об общем снижении энергоемкости сельхозпроизводства на 25% до 2020 года.

Одним из путей выполнения этих задач может стать применение новых высокотехнологичных энергоэффективных систем освещения. На эту роль в настоящее время больше всего подходит оборудование, построенное на использовании светодиодов. Обладая, пониженным энергопотреблением, системы освещения на основе светодиодов для предприятий сельского хозяйства обладают еще целым рядом преимуществ, которые проявляются именно в специфических условиях эксплуатации. Компания «Техносвет групп» в 2007 году впервые в России начала промышленный выпуск систем освещения для сельского хозяйства на основе светодиодов. Опыт внедрения и эксплуатации систем светодиодного освещения ИСО «Хамелеон» для птицеводческих, животноводческих и свиноводческих предприятий позволяет в настоящее время говорить о преимуществах применения такого освещения. Сравнение систем освещения для сельскохозяйственных помещений, построенных на основе светодиодных технологий и «классического» осветительного оборудования на лампах накаливания и люминесцентных лампах можно провести на основе ряда параметров.

Энергосбережение

До последнего времени освещение помещений для сельскохозяйственной птицы и животных, а также других мест, связанных с обработкой продукции птицеводства и животноводства, осуществлялось «классическими» источниками света, такими как лампы накаливания и люминесцентные лампы. В настоящее время только компания «Техносвет групп», как ведущий разработчик и производитель светодиодных систем освещения установила на сельскохозяйственных предприятиях по всей России и за рубежом уже более 250 комплектов осветительного оборудования на светодиодах. Теоретические исследования и более чем пятилетний опыт практической эксплуатации, позволяют сделать вывод о том, что светодиодные системы, используемые в сельском хозяйстве, сокращают потребление электроэнергии на освещение корпусов для птицы и животных в 8-10 раз по сравнению с лампами накаливания и в 1,8-2,2 раза по сравнению с люминесцентными лампами.

Дело здесь не только в том, что сами по себе светодиоды являются источниками света более эффективными и с пониженным энергопотреблением. Существенную роль здесь играют другие характеристики светодиодов, в частности, направленность светового потока. Для помещений с птицей и животными, как правило, необходимо создавать определенный уровень освещенности на кормушке, поилке и подстилке, а все это находится на полу. Таким образом, освещать потолок и стены не требуется. По сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами, которые имеют направленность светового потока 360º, светодиоды с углом половинной яркости в 120º-140º позволяют более эффективно использовать интенсивность источника света.

Кроме того, в таких помещениях освещенность не поддерживается на постоянном уровне, а изменяется в достаточно широких пределах. Например, при выращивании цыплят-бройлеров, максимальный уровень освещенности 40-60 лк необходим только в первые 1-3 дня, а остальные 37-40 дней он плавно снижается, причем 20-25 дней остается на уровне 15-20 лк. В таком случае, система управления яркостью светодиодов на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяет практически линейно снижать потребление электроэнергии в зависимости от освещенности помещений (от 100% до 0%). В тоже время способы управления яркостью ламп накаливания и люминесцентных ламп ограничены определенным уровнем напряжения и тока, при котором наступает для ламп накаливания свечение нагретой до определенной температуры вольфрамовой нити, для люминесцентных ламп тлеющий электрический разряд через область внутри колбы с парами ртути. Кроме того, сам режим подачи импульсного напряжения или тока питания постоянного значения является более предпочтительным для светодиодов, ввиду особенностей их функционирования. Необходимо также отметить, что в помещениях для содержания птицы и животных светильники можно размещать на относительно небольшой высоте от 0,4 м (при клеточном) до 2,5-4 метров (при напольном содержании птиц и животных), что позволяет эффективно использовать в светильниках маломощные сверхяркие светодиоды, массовое производство которых в настоящее время определяет достаточно низкую стоимость системы светодиодного освещения, которая окупается в течение от одного года до трех лет по сравнению с лампами накаливания или люминесцентными лампами.

Электро и пожаробезопасность

Исходя из требований по выращиванию и содержанию птицы и сельскохозяйственных животных через определенное время помещения подвергаются интенсивной мойке водой аппаратами высокого давления с применением агрессивных моющих и дезинфицирующих средств. Например, при выращивании цыплят-бройлеров процесс полной обработки и мойки всего оборудования совершается каждые 40-50 суток. Применение светильников, в цепи питания которых используется напряжение промышленной сети 220 В (лампы накаливания или люминесцентные лампы) влечет за собой опасность возникновения ситуаций, когда из-за потери герметичности корпуса светильника или повреждения кабелей питания, возможно поражение электрическим током обслуживающего персонала или возникновение пожара. В светодиодных светильниках может использоваться низкое напряжение питания, которое обеспечивает электро- и пожаробезопасность при обслуживании и эксплуатации системы освещения. Например, в светодиодной системе освещения ИСО «Хамелеон» производства «Техносвет групп», питание осуществляется безопасным напряжением 24 В.

Применение алгоритмов прерывистого освещения с целью повышения производственных показателей

Алгоритмы прерывистого освещения сельскохозяйственных помещений, разработанные в ведущих сельскохозяйственных институтах Российской Федерации, позволяют эффективно повысить производственные показатели при выращивании цыплят-бройлеров, содержании промышленного стада кур-несушек, ремонтного молодняка, родительского стада, а также животных. В частности, в последние годы при производстве куриных яиц интерес к режимам прерывистого освещения заметно возрос. Это вызвано тем, что, в отличие от режимов постоянного освещения, прерывистое позволяет не только увеличивать яйценоскость, массу яиц, прочность скорлупы, продолжительность использования кур-несушек, но и одновременно снизить затраты корма, отход поголовья, расход электроэнергии. Реализация режимов прерывистого освещения на лампах накаливания влечет за собой использование малоэффективных, с точки зрения потребления электроэнергии, технологий, приводящих кроме того к сокращению и так небольшого срока службы таких ламп. Люминесцентные лампы без применения специальных элементов, так называемых «балластов», не позволяют регулировать уровень освещенности в помещении ниже, чем 30-50% от максимального. Стоимость светильников с возможностью такой регулировки возрастает в несколько раз и становится сравнимой со стоимостью светодиодного светильника, потребление электроэнергии которого в 2-2,5 раза меньше, а срок службы больше в 5-8 раз. Применение светодиодных светильников с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет реализовывать режимы прерывистого освещения максимально эффективно с точки зрения энергопотребления, при низкой стоимости оборудования и высокой надежности.

Срок службы светильников

Экономическая привлекательность любого оборудования определяется в том числе, надежностью и продолжительностью работы. В настоящее время интерес к светодиодному освещению, как наиболее надежному, безопасному и экономически выгодному стремительно растет. Постоянное развитие технологий производства светодиодов, источников (драйверов) питания и светильников на их базе определяет существенное снижение стоимости оборудования при сохранении продолжительного срока службы и надежности, который при правильном проектировании и соблюдении требований к эксплуатации светодиодов может достигать 75 000 — 100 000 часов (8-11 лет). Для ламп накаливания этот показатель ограничивается сроком в 1 000 часов, а люминесцентных — до 10 000 часов.

Применение светильников со светодиодами различной длины волны (цвета) и цветовой температуры

В исследованиях, проведенных в ГНУ ВНИТИП Россельхозакадемии по изучению сравнительной эффективности традиционных ламп накаливания, компактных и обычных люминесцентных ламп белого холодного (4500 — 6500 К) и теплого (2700 — 3500 К), а также красного, синего, зеленого цвета свечения и светодиодных светильников той же цветовой температуры и свечения различной длины волны, соотвествующей красному (625-635 нм), зеленому (525-545 нм) и синему (460-475 нм) цвету освещения, в частности, при содержании яичных кур промышленного стада было установлено, что среди испытанных источников наиболее эффективными являются светодиодные светильники теплого белого (2700-3500 К) спектра. Использование указанных светильников по сравнению с другими испытанными источниками освещения позволяет существенно повысить производственные показатели промышленного стада кур-несушек, подобные результаты получены и для выращивания цыплят-бройлеров. В настоящее время на способ содержания сельскохозяйственной птицы с использованием светодиодного освещения специалистами ООО «Техносвет групп» совместно с научными работниками Всероссийского научно-исследовательского и технологического института птицеводства г. Сергиев Посад получен патент на изобретение. В настоящее время специалистами компании активно изучается влияние светодиодного освещения в растениеводстве, которое по предварительным данным, позволит существенно повысить производственные показатели при выращивании растений за счет применения монохромного светодиодного освещения различной длины волны.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

в настоящее время светодиодное освещение активно применяется в сельском хозяйстве России, позволяя эффективно снижать затраты на электроэнергию, более эффективно использовать энергетический ресурс предприятий и повышать за счет этого рентабельность производства, в том числе и за счет увеличенного срока службы;
использование пониженного напряжения в цепях питания светодиодных светильников позволяет повысить электро и пожаробезопасность помещений, что актуально для специфических условий эксплуатации в сельском хозяйстве;
особенности светодиодных светильников и систем освещения на их основе позволяют применять технологии выращивания и содержания птицы и животных, которые обеспечивают существенное повышение производственных показателей как в птицеводстве, так и в других областях сельского хозяйства.

В заключении хотелось бы отметить, что компания «Техносвет групп» осуществляет поставки светодиодного оборудования для сельхозпредприятий как в России, так и за рубежом, сотрудничает с крупными мировыми поставщиками оборудования для птицеводческих хозяйств. Кроме сельского хозяйства, активно участвует в программах по обеспечению энергосбережения в сфере ЖКХ.

Освещение как драйвер роста

Доклад на тему «Энергоэффективное светодиодное освещение в сельском хозяйстве»

Использование светодиодных технологий в сельском хозяйстве.

Гладин Д.В., технический директор ООО «Техносвет групп»

Светодиодное освещение для птицеводства, животноводства, промышленных предприятий и уличное освещение.