LIGHTING.PL - Innowacyjna oprawa LED – nowoczesne rozwiązanie do doświetlania roślin

W ramach prac rozwojowych dotyczących stworzenia innowacyjnej oprawy LED do doświetlania roślin, firma Cezos zbudowała prototyp oprawy LED. Został on przebadany w laboratorium fotometrycznym.

Innowacyjna oprawa LED do doświetlania rożlin wraz ze sterownikiem opracowane przez firmę Cezos

Wykonane zostały pomiary w kuli całkującej oraz na goniometrze. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano charakterystykę rozsyłu, całkowity strumień świetlny opraw w (lm) oraz energię użyteczną dla roślin PPF (umol/s). Na tej podstawie utworzono pliki LDT wyskalowane w obu jednostkach. Zaimportowanie stworzonych plików do programów typu Dialux daje możliwość łatwego projektowania instalacji oświetleniowych pod konkretne uprawy. Rozmieszczenie w programie opraw w określonych odległościach a następnie ustalenie widma światła i mocy świecenia umożliwia wykonanie symulacji, której wynikiem jest rozkład natężenia światła lub energii w zakresie widmowym wykorzystywanym przez rośliny na powierzchniach naświetlanych. Co za tym idzie jeszcze przed wykonaniem instalacji w hali produkcyjnej czy też w szklarni jest możliwość wprowadzenia poprawek i skorygowania parametrów instalacji.

Oprawa LED w trakcie pomiarów w kuli Ulbrichta

Oprawa LED w trakcie pomiarów na goniometrze

Charakterystyka kierunkowa oprawy LED

Dla potwierdzenia poprawności pomiarów i stworzonych plików fotometrycznych wykonano także pomiary natężenia oświetlenia na powierzchni z odległości 250 i 500mm. Wyniki zostały stabelaryzowane i porównane z wynikami, które zostały uzyskane w drodze symulacji w programie Dialux. Różnice jakie występują pomiędzy symulacją a pomiarami są rzędu maksymalnie kilku procent co pozwala stwierdzić iż symulacje odzwierciedlają rzeczywiste warunki jakie będzie można uzyskać na instalacji po jej wykonaniu. Różnice są tym większe im niżej znajduje się badana oprawa. Wynika to z niedoskonałości pomiarów na goniometrze, który traktuje oprawę jak punkt świetlny niezależnie od jej długości. Przy tak niskich odległościach naświetlania (25-50 cm) duże znaczenie odgrywają pojedyncze punkty świetlne LED.

Pomiar rozkładu natężenia światła na powierzchni

Porównanie wyników symulacji z rzeczywistymi pomiarami

Widmo światła z opraw może być regulowane w dość szerokim zakresie co daje swobodę dopasowania dla każdego typu rośliny. Oprawa posiada cztery niezależne kanały.

Widmo światła oprawy LED

Oprócz pomiarów fotometrycznych zmierzona została także krzywa nagrzewania oraz wykonano dokumentację zdjęć termowizyjnych. Założenia teoretyczne i symulacje pokrywają się z rzeczywistymi pomiarami przeprowadzonymi na prototypie. Na szczególną uwagę zasługuje zachowanie oprawy w całym zakresie temperatur pracy – wraz z nagrzewaniem strumień oprawy zmniejsza się jedynie o 0,5%.

Krzywa nagrzewania oprawy LED

Zdjęcie termowizyjne

W celu zobrazowania jak może wyglądać przykładowa instalacja oświetleniowa, wykonano symulację doświetlenia uprawy wertykalnej dedykowanej hodowli bazylii, gdzie wysokość zawieszenia opraw to około 500mm nad powierzchnią roboczą a gęstość strumienia fotonów niezbędny do uzyskania to 150-180umol/s/m^2.

Założono następujące warunki instalacji:

szklarnia o rozmiarze 10x50m,
pokrycie ścian i sufitu materiałem refleksyjnym (współczynnik odbicia 6%),
współczynnik odbicia dla podłogi 20%,
współczynnik utrzymania 0,80 (strata strumienia, zabrudzenie itp.),

Otrzymano następujące wyniki:

średnia wartość PPFD 164 umol/m2/s,
odległość pomiędzy oprawami: 45cm między liniami, 8cm w linii,
gęstość mocy dla instalacji 83,64W/m^2.

Widok symulacji w programie Dialux

Oprawa zawiera także dodatkowe akcesoria takie jak zestaw uchwytów montażowych i sterowniki co w połączeniu w całość umożliwia stworzenie kompleksowego rozwiązania dla SmartFarmingu. System sterowania DMX umożliwia regulację mocy opraw zależnie od aktualnie dostępnego światła naturalnego ale także formowanie widma w zakresie najistotniejszych długości fal pożądanych z punktu widzenia roślin. Zastosowanie systemu sterowania dedykowanego do Smart Farmingu gwarantuje osiągnięcie korzyści nie tylko poprzez uzyskiwanie bardziej wartościowych roślin i owoców ale także poprzez zmniejszenie kosztów utrzymania upraw ze względu na niższe zapotrzebowanie energetyczne i dłuższą żywotność urządzeń.

Parametry prototypowej oprawy:

wymiary: długość 2m, średnica 55mm,
moc elektryczna – 79,2 W,
strumień wyjściowy – 203,9 umol/s,
sprawność oprawy – 2,58 umol/J, przy włączonych wszystkich kanałach na 100%,
strumienie i sprawności dla poszczególnych kanałów:

   RED – 125,65umol/s, 3,93umol/J,
   FAR RED – 2,59umol/s, 0,17umol/J,
   BLUE – 38,89 umol/s, 2,39 umol/J,
   WHITE – 36,75umol/s, 2,34umol/J,

żywotność oprawy powyżej 60 000 godzin,
szczelność IP67,
zakres temperatur pracy 0°C – 40°C,
masa całkowita oprawy – 2,7kg,
możliwość szybkiej i łatwej instalacji,
zewnętrzny sterownik z interfejsem wejściowym do sterowania w systemie DMX,

Projekt: „Prace badawcze nad opracowaniem innowacyjnej lampy LED” nr RPPM.01.01.01-22-0034/17 współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Pomorskiego na lata 2014-2020.