WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 18 |

Повышение эффективности облучения меристемных растений с использованием светодиодных установок

-- [ Страница 10 ] --

Эксэргию монохроматического излучения можно определить на основе квантовой эквивалентности фотохимического действия излучения. В соответствии с квантовой эквивалентностью один поглощенный фотон вызывает единственный первичный фотохимический процесс (акт). Однако кроме эффективного поглощения, непосредственно вызывающего первичный фотохимический акт, определенная часть поглощенных фотонов может затрачиваться на сопутствующие побочные процессы, например превращаться в тепловую энергию. Для учета эффективно поглощенных фотонов введен показатель квантового выхода у, под которым понимается отношение числа частиц (молекул) N, претерпевших химические превращения, к числу поглощенных фотонов n. Для монохроматического излучения значение n можно определить отношением поглощенной энергии Wn к величине энергии фотона hv. Значение квантового выхода, исходя из этого, можно определить по выражению:

где Wп – энергия падающего излучения; a – коэффициент поглощения монохроматического излучения с рассматриваемой длиной волны ; hv – величина энергии фотона; Wn – энергия поглощенного излучения.

Расчеты в фотохимии проводят обычно из расчета на 1 моль. В связи с этим при расчете энергию излучения целесообразно выражать в Эйнштейнах (Эн). 1 Эн равен энергии, переносимой молярным числом (Na) фотонов с данной длиной волны, т. е.

где Еm – энергия молярного числа фотонов.

Эксэргию – максимальную фотосинтезную эффективность монохроматического излучения можно определить, исходя из возрастания свободной энергии Гиббса в процессе фотосинтеза (G). При восстановлении 1 граммоля двуокиси углерода или освобождении 1 граммоля кислорода максимальное значение G составляет 120 ккал [56]. Величину возрастания свободной энергии можно в данном случае отождествить с величиной энергии, эффективно преобразованной в процессе фотосинтеза. В соответствии с экспериментальными данными, приведенными в [88], спектральный коэффициент поглощения листа растения для излучения с длиной волны 680 нм, обладающего максимумом фотосинтезного действия, можно принять равным единице (100 %).

Минимальное количество энергии излучения, необходимой для возрастания свободной энергии в процессе фотосинтеза на 120 ккал, можно определить по минимальному квантовому расходу (величине, обратной квантовому выходу). Минимальный квантовый расход, полученный Варбургом экспериментально [98], составил 2,8. Если учесть, что часть энергии фотона, не использованная на элементарный процесс фотосинтеза, уже не может участвовать в этом процессе, то минимальное значение квантового расхода следует принять равным трем. Принимая во внимание это и значение энергии 1 Эн, равное для излучения с длиной волны 680 нм 42 ккал, а также отождествляя произведение энергии 1 Эн на квантовый расход с эффективно поглощенной энергией излучения, получим следующее значение эксэргии монохроматического излучения с рассматриваемой длиной волны:

Значение эксэргии монохроматического излучения с длиной волны 680 нм в отношении фотосинтеза растений при минимальном квантовом расходе, равном трем, составляет 95%. Это значение совпадает со значением этой величины и при расчете ее по формуле Карно для монохроматического излучения с длиной волны 680 нм, если температуру излучающей поверхности Солнца принять реальной, равной 6000 °К [43].

Эксэргию суммарную сложного солнечного излучения, а также излучения любого другого спектрального состава (ес), в отношении фотосинтеза растений, поступающего за период времени t1 – t2, можно определить, учитывая спектральную эффективность (спектр действия) фотосинтеза (К()Ф) и распределение излучения по спектру (()с), по формуле:

В зависимости от высоты Солнца и состояния атмосферы соотношение прямого и рассеянного солнечного излучения, а также их спектральный состав у поверхности земли могут существенно изменяться, но суммарный (прямое + рассеянное) спектральный состав остается практически постоянным. Возможно определение эксэргии как только прямого, так и сложного солнечного суммарного излучения. Рассчитана эксэргия - максимальная фотосинтезная эффективность - по формуле (2.19). Для прямого солнечного излучения, при высоте Солнца над горизонтом от 60° до 10°, в безоблачный день, эксэргия прямого солнечного излучения в отношении фотосинтеза растений составляет от 16 до 24 % от суммарной энергии прямого оптического излучения у поверхности земли. Для суммарного излучения (прямое + рассеянное) эта величина составляет 20 % [44]. Так как принципиальных различий фотосинтетического действия для прямого и рассеянного излучений не обнаружено, то удобно пользоваться эксэргией суммарного излучения.

Эксэргия солнечного излучения в отношении фотосинтеза растений представляет собой ту часть общей энергии солнечного излучения, приходящего на поверхность земли, которая потенциально (при наиболее благоприятных всех других экологических условиях) может быть использована растениями на фотосинтез и формирование продуктивности.

Эту величину можно непосредственно измерять с помощью прибора – фотометра, имеющего спектральную чувствительность, подобную спектру действия фотосинтеза, и соответственно отградуированного. Этот прибор целесообразно назвать измерителем мощности эксэргии оптического излучения в отношении фотосинтеза растений – мощности эксэргии излучения в растениеводстве.

Эксэргия солнечного излучения в отношении фотосинтеза растений является исходной величиной для корректного количественного, взаимно согласованного определения на единой методической основе в эксэргетических единицах других ключевых величин агроэкологии: агроклиматического (биоэнергетического) потенциала, мелиоративных потенциалов земли, ее потенциального плодородия и потенциальной (максимальной) продуктивности растений в заданных экологических условиях.



Проведенные нами исследования позволили получить следующие графические зависимости, иллюстрирующие изменение площади листьев меристемной малины в зависимости от вида облучения (рисунок. 2.3) Рисунок 2. 3 Изменение площади листьев меристемной малины за 30 дней.

66%:33%.; схема 2К.1С., Вариант 2 – ОУ с соотношением красного, синего и белого 33%:33%:33%., схема 1К.1С.1Б., Вариант 3 – ОУ с соотношением красного, синего и белого 50%:25%:25%., схема 2К.1С.1Б., Контроль – Светильник марки ЛПО 3017 с люминесцентными лампами мощностью 2х36 Вт (Контроль).

Из рисунка 2.3 видно, что все кривые имеют сложный характер и для получения высокой достоверности условно были разбиты на три участка и обработаны программой электронных таблиц Еxсel.

При облучении растений облучательной установкой с соотношением светодиодов 2К.1С уравнения имеют вид:

При облучении растений облучательной установкой с соотношением светодиодов 1К.1С.1Б уравнения имеют вид:

При облучении растений облучательной установкой с соотношением светодиодов 2К.1С.1Б уравнения имеют вид:

При облучении растений светильниками ЛПО 3017 с лампами ЛБ 2х36 Вт уравнения имеют вид:

Анализ специализированной литературы показал, что оптическое излучение рассматривают в лучистых величинах. Это чисто физические измерения, они не учитывают особенностей воздействия излучения на растения.

Нами предложено ввести понятие величины эффективной облученности для оценки облучательной установки с разной спектральной плотностью излучения Исходя из этого, предлагается критерий При использовании установки с соотношением светодиодов 2К.1С.1Б.

При использовании светильников ЛПО 3017 с лампой ЛБ 36 Вт.

В результате проведенных исследований наименьшие приведенные затраты и наибольшая продуктивность была получена у светодиодной установки с соотношением красного, синего и белого 50%:25%:25%., схема 2К.1С.1Б. Величина эффективной облученности также оказалась максимальной равной 0,07 Эн /руб.

1.Проведя аналитический анализ математических моделей оптического излучения, нами разработана математическая модель, позволяющая обосновать контролируемые и регулируемые параметры процесса функционирования системы и определить наиболее эффективный спектральный состав излучения источника облучения.

2. Разработана методика определения величины эффективной облученности, позволяющая оценить облучательные установки с разной спектральной плотностью излучения на основе эксэргии.

3 ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

НА СВЕТОДИОДНУЮ СИСТЕМУ ОБЛУЧЕНИЯ МЕРИСТЕМНОЙ

МАЛИНЫ

3.1 Влияние температуры на характеристики светодиодов Ошибочно полагать, что светодиоды не генерируют тепла. Несмотря на то, что светодиоды и не излучают его в потоке света (т. е. обладают холодными пучками света), они все же вырабатывают тепло. Как и другие источники света, светодиоды преобразуют электрическую энергию в энергию излучения и генерируют тепло. Отношение тепловой энергии к энергии излучения зависит от потребляемой мощности и эффективности системы. Лампы накаливания вырабатывают большое количество инфракрасного (ИК) излучения и выделяют большое количество тепла. При этом они излучают малое количество видимого света. Люминесцентные и металлогалогенные лампы производят не только большее количество видимого света, но и большое количество ИК и ультрафиолетового (УФ) излучения, а также много тепла. Как это ни странно, светодиоды преобразуют относительно небольшую часть электроэнергии в энергию излучения, примерно столько же, сколько металлогалогенные и люминесцентные лампы, но так как они излучают очень малое количество ИК и УФ-излучения, то доля (в процентном отношении) видимого света, испускаемого светодиодами, сравнима с такой же долей у металлогалогенных и люминесцентных ламп и превосходит ее у ламп накаливания [23].

На таблице 3.1 приведены сравнительные данные о долях (в процентном отношении) потребляемой мощности, преобразуемых в энергию излучения и в тепло светодиодами и некоторыми традиционными источниками света. Эти данные относятся к источникам белого света.

Таблица 3.1 Доли потребляемой энергии, преобразуемой в энергию излучения и тепла различными источниками света Эффективный отвод тепла является очень важным фактором для обеспечения нормальной работы светодиода, так как сильный нагрев снижает световой поток светодиода и уменьшает его полезный срок службы. Для нормальной работы светодиодного источника света от него должно отводиться генерируемое в нем тепло. В правильно сконструированных световых приборах применяются эффективные радиаторы и другие теплоотводящие и конвекционные устройства, удаляющие тепло от светодиодных источников света и рассеивающие его в окружающем пространстве [21].

Одной из важнейших характеристик светодиода является температура p-nперехода, которая часто обозначается как Tj. P-n переход является тем местом в светодиоде, где электрическая энергия (энергия электронов) преобразуется в видимый свет (фотоны) и в тепло. При увеличении температуры p-n перехода световой поток и срок службы светодиода уменьшаются.

На температуру перехода светодиода влияют три фактора: ток возбуждения, теплоотвод и окружающая температура. Как правило, чем выше ток возбуждения, тем выше температура перехода.

Количество тепла, которое может быть отведено, зависит от окружающей температуры и конструкции устройства отвода тепла от светодиода в среду, окружающую световой прибор [45].

Обычно мощные светодиодные осветительные приборы включают в себя излучатель, печатную плату и теплоотвод. Излучатель припаивается к печатной плате. Он включает полупроводниковый кристалл, оптику и теплоотвод, с помощью которого тепло отводится от полупроводникового кристалла. В большинстве светодиодных световых приборов используются печатные платы с алюминиевой подложкой (MCPCB).

Через печатную плату с алюминиевой подложкой тепло передается с тепло отвода светодиода на внешний радиатор, на котором установлена печатная плата.



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 18 |
 

Похожие материалы:

« Нигматулин Ильдар Дагиевич ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ, ОСНАЩЕННЫХ ГАЗОБАЛЛОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Володин В.В. Саратов – 2014 2 Содержание СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1 1.1 Системы ...»

« Кожевников Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО КОТЕЛЬНОГО БИОТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ И НЕФТЕХОЗЯЙСТВ 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание степени кандидата технических наук научный руководитель: д.т.н., профессор, академик РАСХН, заслуженный деятель науки РФ Стребков Д.С. Москва – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………………………………………. 6 Актуальность ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.