Выбор источника дополнительного освещения в защищённом грунте определяет валовой сбор продукции и операционные расходы тепличного комбината. Традиционные натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) долгое время оставались стандартом благодаря высокой светоотдаче в красно-жёлтой зоне спектра. Однако развитие твердотельных источников ставит перед специалистами практический вопрос: оправдана ли высокая стоимость специализированных фито-LED по сравнению с более доступными промышленными белыми диодами и классическими лампами ДНаТ при культивировании светотребовательных культур.
В исследовании, опубликованном в журнале Horticulturae, научная группа провела сравнительное испытание четырёх вариантов освещения при выращивании огурца (Cucumis sativus L.) в условиях коммерческой теплицы. Интенсивность дополнительного облучения во всех опытных вариантах поддерживалась на уровне 250 мкмоль/(м²·с). В эксперименте оценивали параметры роста, физиологическое состояние культуры, показатели урожайности, а также структуру энергетических и капитальных затрат.
Урожайность и морфология растений
По результатам испытаний максимальный валовой сбор зафиксировали в варианте с натриевым освещением. При испытании систем досветки огурца урожайность под натриевыми лампами ДНаТ (HPS) составила 42,86 кг/м², под специализированными фито-LED (hLED) — 39,03 кг/м², под промышленными белыми LED (iLED) — 38,84 кг/м², а в контроле без досветки — 30,16 кг/м².
Разница в спектральном составе существенно повлияла на архитектонику куста. Спектр ламп ДНаТ с преобладанием жёлто-оранжевой зоны стимулировал вытягивание междоузлий и увеличивал общую высоту растений. Напротив, светодиодные системы благодаря наличию синей фракции спектра формировали более компактный габитус растений с укороченными междоузлиями и развитой листовой поверхностью. При этом разница в урожайности между специализированными фито-LED и промышленными белыми диодами оказалась минимальной и составила менее 0,2 кг/м².
Физиологические параметры и расход электроэнергии
Оценка газообмена и водного режима показала выраженную реакцию культуры на тип облучателя. Показатель внутренней эффективности использования воды (iWUE) у растений под iLED составил в среднем 35,65 мкмоль CO2/моль H2O против 24,55 под HPS и 22,04 в контрольной группе. Снижение непроизводительной транспирации под светодиодами указывает на оптимизацию работы устьичного аппарата и стабильность фотосинтетических процессов без избыточной водной нагрузки.
Энергетический баланс продемонстрировал существенное преимущество светодиодных технологий над традиционными газоразрядными источниками. Энергопотребление промышленных диодов (iLED) составило 378,31 кВт·ч/м², фито-LED (hLED) — 465,39 кВт·ч/м², а ламп HPS — 634,53 кВт·ч/м², что обеспечило iLED экономию энергии на 40,38% по сравнению с HPS и на 18,71% по сравнению с hLED. Такое сокращение энергопотребления напрямую снижает нагрузку на распределительные сети и генерирующие мощности предприятия.
Капитальные вложения и экономический баланс
Сопоставление первичных затрат на закупку оборудования показало значительный разрыв между типами светодиодных модулей. Начальные капитальные затраты на установку iLED составили 124,20 CAD/м², тогда как у HPS они были выше на 32,26% (164,26 CAD/м²), а у специализированных hLED — на 102,91% выше (252,00 CAD/м²). Высокая стоимость специализированных фито-LED связана с применением узкополосных диодов глубокого красного спектра и специфической оптики.
Авторы исследования зафиксировали, что нормативный срок службы светодиодных модулей обоих типов достигает 50 000 часов по сравнению с 24 000 часов у ламп ДНаТ. В сочетании с наименьшим расходом электроэнергии вариант на базе промышленных белых диодов обеспечил наилучшие показатели чистой экономической выгоды в условиях моделируемого эксперимента.
Значение для российских тепличных хозяйств
Для отечественных комбинатов полученные данные дают практическую основу при планировании модернизации осветительных установок. Практика показывает, что замена ДНаТ на светодиоды в теплице требует детального расчёта не только светотехнической части, но и теплового контура. В отличие от ламп ДНаТ, выделяющих значительную часть лучистого тепла непосредственно в зону верхушек растений, светодиодные светильники передают тепло в объём теплицы через конвекцию от радиаторов, что снижает риск локального перегрева листьев в тёплые периоды.
В условиях ограниченных электрических мощностей применение белых светодиодов широкого спектра позволяет снизить энергоёмкость квадратного метра при сохранении продуктивности, близкой к специализированным фито-светильникам. Опыт отечественных агропредприятий также подтверждает, что сравнение ДНаТ и светодиодов в теплице при правильном управлении микроклиматом позволяет нивелировать разницу в валовом сборе за счёт резкого сокращения затрат на киловатт-часы.
Ограничения переноса результатов
При адаптации выводов исследования к реальной практике необходимо учитывать ряд ограничений:
- Экономический расчёт работы базировался на канадских тарифах на электроэнергию (0,11 CAD за кВт·ч) и ценах реализации огурца (2,96 CAD за кг), которые отличаются от структуры затрат и выручки в российских регионах.
- В исследовании не учитывались затраты на компенсационный обогрев теплицы в зимний период при отказе от инфракрасного излучения натриевых ламп.
- Испытания проводились при фиксированном уровне PPFD 250 мкмоль/(м²·с); при других уровнях освещённости соотношение фотосинтетических показателей может измениться.
Практические выводы для специалистов
На основе экспериментальных данных техническим и агрономическим службам рекомендуется:
- Главному агроному: учитывать влияние светодиодного спектра на компактность растений и формировать схему ведения культуры с расчётом на меньшую длину междоузлий и сниженную транспирационную нагрузку.
- Главному инженеру: при расчёте модернизации освещения закладывать реальную разницу в потреблении мощности между типами светильников и сопоставлять ресурс работы диодных модулей (50 000 часов) с периодичностью сервисной замены натриевых горелок (24 000 часов).
- Руководителю хозяйства: перед утверждением бюджета на полную замену освещения провести сравнительное технико-экономическое моделирование с учётом регионального тарифа на электроэнергию и капитальных затрат на различные типы светодиодных модулей.
Читайте также
Все материалы рубрики
