WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 18 |

Повышение эффективности облучения меристемных растений с использованием светодиодных установок

-- [ Страница 14 ] --

Рисунок 3.12 Спектральный состав солнечного излучения в зависимости от Таблица 3.3 Высота солнцестояния в полуденные часы на различных широтах в пределах России Естественная облученность, так же как и ее спектральный состав, зависит от высоты стояния солнца над горизонтом (таблица 3.3). Солнечный луч, проходя через земную атмосферу, проделывает различной длины путь в зависимости от высоты солнца над горизонтом в данный момент. Чем ниже солнце над горизон том, тем меньше солнечного излучения доходит до поверхности земли. Когда солнце находится на самом горизонте (0,5°), путь, проходимый солнечным лучом в атмосфере, будет в 35 раз длиннее, чем при положении солнца в зените, что видно из таблицы 3.4 и рисунка 3.13.

Таблица 3.4 Зависимость длины пути солнечного луча от высоты солнца Высота солнца над горизонтом Относительная длина пути солнечного луча в Рисунок 3.13 Относительная длина пути солнечного луча в атмосфере в зависимости от высоты солнца над горизонтом Интенсивность солнечного излучения характеризуется так называемой солнечной постоянной, т. е. тем количеством энергии, которое падает на площадь в 1 см2 за 1 мин на границе атмосферы. Солнечная постоянная близка к кал/см2-мин (1398 Вт/м 2). У земной поверхности облученность значительно меньше. Ее значение определяется двумя факторами: высотой солнца над горизонтом и прозрачностью атмосферы.

На широте Москвы (56° с. ш.) естественная облученность колеблется от 0,39 зимой до 1,43 кал/см 2-мин летом (или от 272 до 1000 Вт/м 2), когда высота солнца достигает 60°. Поверхность, расположенная перпендикулярно к падающим лучам, называется нормальной. Соответственно с положением солнца на небосводе она постоянно меняет свое положение. Количество излучения (облученность), падающее на нормальную поверхность, изменяется мало. На горизонтальной же поверхности с уменьшением угла солнцестояния уменьшается количество излучения, падающее на единицу площади (таблица 3.5). Вот почему зимой «светит да не греет».

Таблица 3.5 Зависимость естественной освещенности горизонтальной поверхности от высоты солнца На широте Москвы, на открытом месте летом в полдень, освещенность по верхности, перпендикулярной лучам солнца (т. е. нормальной), составляет 80…100 клк. Освещенность горизонтальной поверхности, на которую падают косые лучи солнца, в это время снижается до 60…65 клк (рисунок 3.14).

Рисунок 3.14 Суточный ход освещенности солнцем горизонтальной поверхности Важное значение в жизни растений имеет продолжительность светлого периода суток. Астрономическая длина дня в пределах России очень варьирует в зависимости от географической широты и времени года. На юге России длина дня колеблется от 10 до 14 ч. На Крайнем Севере (за Полярным кругом) зимой света нет, а летом стоит непрерывный день. Длина светлого периода суток летом в средней полосе России достигает 16…17ч. Зимой она уменьшается до 6–7 ч.

Однако длина дня, используемая растением для накопления органических веществ в процессе фотосинтеза, значительно меньше астрономической. Летом она составляет 14 ч, а зимой не более 3 ч в сутки (рисунок 3.15). Объясняется это тем, что утром и вечером у растений при недостаточной освещенности трата органического вещества на дыхание превышает его накопление.

Рисунок 3.15 Число астрономических светлых часов и реальных часов солнечного сияния на широте Москвы Для фотопериодической реакции растению необходимо значительно меньшая освещенность, чем это требуется для накопления органического вещества (10… 20 лк).

3.5 Разработка алгоритма управления спектрального состава и уровня освещенности светодиодной облучательной Таким образом, искусственно воздействуя на растения различным по спек тральному составу излучением и величиной облученности, можно удлинять или сокращать его вегетационный период. Благодаря уменьшению вегетационного периода можно значительно сократить расходы на тепловую и электрическую энергию при выращивании растений в защищенном грунте. Поэтому целесообразно подумать о наилучшем спектре и величине облученности для конкретной культуры защищенного грунта.

Солнечная радиация представляет собою чрезвычайно изменчивый фактор, зависящий от времени дня, времени года, географической широты, состояния атмосферы, облачности и других факторов.

В условиях закрытого грунта, так же как и в естественной обстановке, поздней осенью, зимою и ранней весною ограничивающим фактором являются интенсивность радиации и длина дня. В этот период для нормального роста и развития растений необходимо дополнительное искусственное освещение.

Для исследования воздействия спектра излучения на меристемные растения предлагается светодиодная облучательная система (рисунок 3.16).

Рисунок 3.16 Схема светодиодной облучательной системы (а) и общий вид светодиодной облучательной установки (б) где 1 – светодиодный светильник, 2 – блок питания, 3 – Zelio logic, 4 – датчик ос вещенности и цветовой температуры, 5 – пробирка с растением.



Предлагаемая система облучения меристемных растений работает следующим образом (рисунок 3.17).

Рисунок 3.17 Функциональная схема светодиодной облучательной системы Сигнал с датчика освещенности и цветовой температуры, размещенного в зоне расположения выращиваемых растений, поступает на Zelio logic, полученное значение сравнивается с заданным и при несовпадении пропорционально корректируется. С Zelio logic заданный сигнал подается на блок питания, который вырабатывает управляющее воздействие на светодиодный светильник, поддерживая тем самым заданный спектральный состав в зоне выращивания растений.

В качестве датчика цветовой температуры и освещенности используют микросхему TCS3200 – преобразователь «освещенность – частота» (рисунок 3.18 а).

Она состоит из матрицы фотодиодов 8 на 8 и операционного усилителя, превращающих изменение освещенности в изменение частоты. Фотодиодная матрица состоит из 16 фотодиодов с синим фильтром, из 16 – с красным, из 16 – с зеленым и 16 фотодиодов без фильтра, которые для минимизации эффекта неравномерности расположены в шахматном порядке [4].

Рисунок 3.18 Датчик цветовой температуры и освещенности Принцип работы заключается в следующем (рисунок 3.18 б). RGB-фильтры раскладывают падающий свет на красную, зеленую и синюю составляющие. Фотодиод, находящийся под соответствующим фильтром, превращает яркость в ток, после чего операционные усилители с токовым входом превращают изменение тока в изменение частоты. Принципиальная схема включения изображена на рисунке 3.18 в. Основными преимуществами данной микросхемы являются линейная зависимость частоты от освещенности (примерно 1 кГц на 1 лк) и спектральная чувствительность, приближнная к чувствительности человеческого глаза.

При введении разработанного алгоритма управления облучательной установкой (рисунок 3.19) появляется возможность регулировать как интенсивность общего светового потока, так и изменении спектрального состава, за счет регулировки интенсивности излучения светодиодов в различных цветовых диапазонах.

Это направление работы – важный шаг в применении светодиодных светильников для повышения энергоэффективности светодиодного освещения и увеличения товарного производства в тепличном хозяйстве. Используя светодиоды, можно при меньших затратах электроэнергии подавать растению свет с необходимым диапазоном длин волн.

Рисунок 3.19 Алгоритм управления светодиодной облучательной установкой Предлагаемый нами алгоритм управления позволяет поддерживать заданный спектральный состав излучения и освещенность, которые приближенны к ви димой части солнечного спектра. Разработанный алгоритм управления реализован с помощью программируемых логических контроллеров. На основании выше приведенного алгоритма работы системы управления освещенностью и спектральным составом была разработана программа в языке FBD для программируемых логических контроллеров представленная в виде блоков на рисунке 3.20.

Рисунок 3.20 Программа для управления освещенностью и спектральным Разработанная программа включает в себя 5 режимов освещенности и спектрального состава, которые поддерживаются в течение дня в технологии выращивания растений.

1.Обзор современных светодиодных технологий, показал светодиоды перекрывают весь видимый диапазон оптического спектра: от красного до фиолетового цвета. Диапазон длин волн излучения светодиодов в красной области спектра составляет от 610 до 760 нм, в оранжевой – от 590 до 610 нм, в жлтой – от 570 до 590 нм, в зелной – от 500 до 570 нм, в голубой – от 450 до 500 нм.

2. Составляя комбинации из светодиодов разных цветовых групп, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне.

3.Рост и развитие растений представляют собой процесс усвоения и переработки солнечной энергии.

4.Спектральный состав солнечного излучения, прежде всего, зависит от многих факторов, в том числе: географической широты, времени года, времени дня.

4.РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

ИСПЫТАНИЙ

4.1. Лабораторные эксперименты 2010 года LED – облучательная установка, разработанная представителями ФГБОУ ВПО Ижевской ГСХА, испытывалась при выращивании меристемной малинысорта «Гусар» в меристемной лаборатории ГНУ Удмуртский НИИСХ.

Испытывалась облучательная установка, включающая синие и красные светодиоды. Начало эксперимента 29 марта 2010 г., окончание эксперимента 28 апреля 2010 г. В каждом варианте испытывались 33 растения.

В меристемной лаборатории поддерживалась температура в пределах +27 0С ± 10С, фотопериод составлял 16 часов в сутки.

Общая площадь ассимиляционной поверхности листьев измерялась прибором-проектором через каждые 10 дней роста малины и определялась как средняя арифметическая от суммы двух взаимно перпендикулярных проекций листьев растений (рисунок 4.1).

Рисунок 4. 1 Прибор-проектор для определения общей площади листьев меристемных растений где а) – схема прибора; б) – общий вид; 1 – отражатель; 2 – источник излучения; – матовое стекло; 4 – пробирка; 5– растение; 6 – мостик для закрепления растения; 7 – селеновый фотоэлемент; 8 – люксметр Ю-16.

Разработанная сине-красная LED облучательная установка состояла их 8-ми синих и трех красных светодиодов и располагалась над пробирками с растениями (рисунок 4.2). Ее мощность составляла 11 Вт.

Рисунок 4. 2. Общий вид сине-красной LED (а) и меристемные растения малины сорта «Гусар» после 10 дней облучения светодиодной установкой (б) На рисунке 4.3 показаны растения на 20 день выращивания.

Рисунок 4. 3. Меристемные растения малины сорта «Гусар» на 20 день облучения:



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 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.