WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 18 |

Повышение эффективности облучения меристемных растений с использованием светодиодных установок

-- [ Страница 6 ] --

Это позволило разделить растения на три группы. Растения первой группы, например, огурец, могут погибнуть при длительном воздействии интенсивного красного света. Растения второй группы, например, томат, дают максимальный урожай. Растениям третьей группы нужны лучи белого света [51].

Каким должно быть соотношение ФАР/ИКР для обеспечения максимальной продуктивности растений. В пределах 20…50% от общего излучения инфракрасной радиации (ИКР) не влияет существенно на урожай, но сильно изменяет сроки вегетации. 50…60% ИКР повышают выход урожая при минимальных сроках вегетации. Превышение доли ИКР выше 60% снижает урожайность, а снижение ниже 20% сильно удлиняет сроки вегетации. С ростом уровня облученности ФАР рекомендуется снижать долю ИКР. Ближнее ИК излучение (750…1200 нм) слабо поглощается водой и тканями листа. Излучение 1200…1600 нм сильно поглощается водой, а следовательно, и тканями листа. Люкс=1 Вт на длине волны 550 нм.

Большим недостатком люксов является их привязка к зеленому диапазону 550 нм, к меньшим физиологическим значением (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 Относительная спектральная эффективность фотосинтеза зеленого листа Растения, как живой организм, приспосабливаются к условиям среды, и их оптические свойства могут со временем меняться. В условиях светокультуры растения могут расти как в направленном, так и в диффузном световом потоке. Диффузное излучение называют объемным (например, свет при равномерном облачном небе или свет через матовое стекло). Для получения диффузного света используют переизлучающую или рассеивающую поверхность. У растений чувствительны к свету не только листья, но и стебли. Листья верхних ярусов получают прямой свет, а листья внутри ценоза находятся частично или полностью в тени и получают менее интенсивное диффузное облучение с измененным спектральным составом (меньше синих и красных лучей и больше зеленых).

1.2 Энергетические свойства светодиодов Светодиоды (СД, в иностранной литературе —LED, Lighting Emitting Diodes) – наиболее «молодые» источники света, принципиально отличающиеся от тепловых или разрядных излучателей.

Впервые свечение на границе металла и полупроводниковою материала – карбида кремния – наблюдал русский инженер О.В. Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г. Позднее (в 1939 г.) он дал физическое объяснение этого свечения, получившего в литературе название «эффекта Лосева». Свечение было голубовато-зеленого цвета с очень малой яркостью, о практическом применении этою явления в те годы не могло быть и речи [23].

Светодиоды, или светоизлучающие диоды, являются электрическими источниками света. Первый красный светодиод был создан в 1962 г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е гг. прошлого столетия применялись для производства небольших световых индикаторов, используемых в электронных приборах. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться. В начале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях «Выход». Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения 1 люмен (лм).

В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компании Nichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды – это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет [37].

В 2000-2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения лм и выше. Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, подобными образуемым лампами накаливания, люминесцентными лампами и схожие с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении.

В настоящее время светодиоды широко используются в различных системах общего освещения. По мнению Департамента энергетики (Department of Energy) и Ассоциации развития оптоэлектронной промышленности (Optoelectronics Industry Development Association), к 2025 г. светодиоды станут самым распространенным источником света в жилых домах и офисах [22].

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый pn-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего на звание легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа - положительными носителями заряда (рисунок 1.7).

Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах р и n типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением.



Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал ртипа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения (рисунок 1.8).

Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света [11].

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на p-n-переходе генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры p-n-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы. Подробная конструкция светодиода показана на рисунке 1.9.

Строение светодиодов Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструк цию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус [16].

Так как индикаторные светодиоды являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Осветительные светодиоды, напротив, снабжаются корпусом для прямого припаивания к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Теплоотвод жизненно важен для обеспечения температурного режима и нормальной работы светодиода.

Светодиоды, изготовленные из разных полупроводниковых материалов, излучают свет разных цветов. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам видимого света (рисунок 1.10) Рисунок 1.10 Модель аддитивного смешения цветов применяется для све та, непосредственно излучаемого световыми источниками В первых светодиодах использовались такие материалы, как фосфид галлия (GaP), тройное соединение AIGaAs и тройное соединение GaAsP. Они создавали излучение от красного до желто-зеленого цвета. В настоящее время GaP, AIGaAs и GaAsP используются только для изготовления индикаторных светодиодов, так как большие токи, необходимые для получения излучения, и большое тепло, выделяющееся при работе светодиодов, изготовленных из этих материалов, значительно сокращают срок их службы [45].

Для производства осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий индий - галлий (AllnGaP), в синих, зеленых и голубых - индий - нитрид галлия (InGaN) (рисунок 1.11).

Рисунок 1. 11 Модель субтрактивного смешивания цветов Светодиоды, изготовленные из AllnGaP и InGaN, в совокупности перекры вают почти всю область спектра видимого излучения с промежутком в области зелено-желтого и желтого цветов. Корпоративные цвета с применением желтого (например, Shell или McDonald's) трудно получить с помощью одноцветных светодиодов.

Одним из способов получения «сложных» цветов является совместное использование в одном осветительном приборе светодиодов разных типов (рисунок 1.12).

Рисунок 1.12 Основные материалы для производства монохромных AllnGaP и InGaN покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности, кроме желто-зеленой и желтой областей спектра с длиной волны 550-585 нанометров (нм). Производители светодиодов обычно предлагают светодиоды различных цветов - синий, голубой, зеленый, янтарный, красно-оранжевый, красный и т. д. Самостоятельно светодиод может излучать свет только одного цвета, который определяется используемым в нем полупроводниковым материалом. Настоящее волшебство начинается тогда, когда в одном приборе объединяются светодиоды разного цвета. Именно объединение светодиодов разного цвета в одном световом приборе, таком как светильник или многокристальный светодиод, и управление интенсивностью излучения светодиодов разного цвета и обеспечивает получение миллионов оттенков. Подобно телевизионному экрану или компьютерному монитору, полноцветный светодиодный прибор реализует цветовую модель RGB (R - красный, G - зеленый, B - синий) [42].

Цветовая модель RGB - это модель аддитивного смешения цветов, которая применяется для света, непосредственно излучаемого его источниками. (Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами.) На диаграмме показано цветовое пространство МКО 1931, разработанное в 1931 г. Международной комиссией по освещению (МКО) для определения всего диапазона, или гаммы цветов, видимых стандартным наблюдателем (рисунок 1.13).

Ни одно из устройств - телевизионный экран, монитор компьютера, светодиодный световой прибор и другие трехцветные устройства - не может воспроизвести все цвета, различимые глазом человека. Гамма цветов, которую можно получить с помощью светодиодного светового прибора или многокристального светодиода, зависит от цветов отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, используемых в них.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.