Lampade al sodio ad alta pressione. Lampade al sodio per piante in serra

Le lampade al sodio a scarica sono le più efficienti tra le sorgenti di luce esistenti in termini di rapporto tra l'emissione luminosa e l'energia spesa, ma il loro spettro è scomodo per l'occhio umano. L'assenza di colore blu forma un'immagine monocromatica dello spazio circostante. A causa di questa caratteristica, le lampade al sodio, nonostante la loro eccellente economia, sono utilizzate su base limitata - principalmente per l'illuminazione stradale. Nel frattempo, la predominanza degli spettri "solare" giallo-rosso e verde ha un effetto benefico sulla crescita di tutte le specie vegetali, che ha trovato ampia applicazione nelle serre.

Cos'è la lampada al sodio

Si riferiscono a lampade a scarica di gas per analogia con mercurio, luminescente, alogeno, "fratelli" allo xeno. La fonte della luminescenza è il gas di sodio in combinazione con altri elementi, pompati in un matraccio di vetro. Sotto l'influenza di arco elettrico Il sodio viene riscaldato a temperature elevate e inizia a emettere luce di colore giallo-arancio brillante, trasformandosi nello spettro rosso entro la fine della durata della lampada.

caratteristiche

La potenza delle lampade al sodio è la più alta della categoria - fino a 200 Lm / W (Lumen per Watt). Le caratteristiche caratteristiche sono basse temperatura del colore (2100-2700 K) e la dominanza dello spettro di emissione giallo-rosso con una quantità minima di blu. Questa combinazione porta al fatto che lampade di questo tipo riempiono lo spazio circostante con una luce monocromatica giallo-arancione, in conseguenza della quale l'occhio umano non distingue abbastanza bene i colori e i contorni degli oggetti. Perdono profondità, volume, orientamento e una stima delle distanze dagli oggetti è in perdita. Ma per le piante in certi stadi di crescita serve solo uno spettro di radiazione "solare".

Tipi di lampade

Secondo il principio del lavoro, sono divisi in due classi principali:

• Lampada al sodio ad alta pressione (HPS - HighPressure Sodium).
• Lampade al sodio a bassa pressione (LPS - Sodio a bassa pressione).

Sviluppato lampade LPS negli anni '30 del secolo scorso. Hanno la massima efficienza (180-200 Lm / W), tuttavia, a causa di imperfezioni costruttive, queste lampade si sono rivelate capricciose e persino pericolose. Il normale vetro al quarzo è privo di difese contro gli effetti aggressivi del sodio: si evapora rapidamente e, se il dispositivo di illuminazione viene rotto, il gas può esplodere (accendersi) quando reagisce con l'ossigeno.

Negli anni '60, General Electric sviluppò ceramiche utilizzando ossido di alluminio (polycore, lukalos), in grado di resistere al sodio alle alte temperature. Questa svolta ha permesso di tornare alla produzione di questo tipo di dispositivi leggeri con un'eccellente economia. Per migliorare il bagliore del gas viene pompato ad alta pressione. Il circuito è più semplice di quello dell'LPS. Sfortunatamente, l'aumento della pressione del gas e di altri fattori ha portato a una significativa riduzione della resa luminosa - fino a 50-150 Lm / W (a seconda della potenza), ma il rapporto di resa cromatica (CRI) è aumentato da 20 a 85 e superiore (da insufficiente a buono) .

ambito di applicazione

Le lampade con lampade al sodio a bassa pressione non sono molto diffuse nel mondo. In Unione Sovietica e negli Stati Uniti, hanno scommesso su più sistemi tecnologici di illuminazione al mercurio. In un certo numero di paesi europei sono attivamente utilizzati per l'illuminazione stradale.

Le lampade al sodio ad alta pressione sono più comuni. Nel nostro paese, sono abituati a illuminare le strade della città, a progettare il paesaggio, ad illuminare gli oggetti architettonici. Utilizzato in aree di produzione in cui non è richiesta luce intensa. Recentemente, le principali società (Philips, General Electric e altre) hanno migliorato significativamente il design e le qualità dei consumatori di queste lampade: la loro copertura spettrale è aumentata in modo significativo, la temperatura del colore è aumentata (da 2100 a 2700 K) - alcuni modelli sono già adatti per l'illuminazione di locali residenziali (di produzione) . Di particolare nota è l'uso di lampade al sodio in serra.

classificazione

Le lampade al sodio differiscono in molti modi importanti. Per tipo costruttivo, sono divisi in:

• Arc sodium mirror (DNAZ).
• Arc sodium matted (DNaMT).
• Arco di sodio in un matraccio diffondente (DNaC).
• Arc Sodium Tubular (DNaT).

Distinguere anche le lampade sul consumo di corrente (220V e 380V), che, a loro volta, sono divise per potenza: da 50 a 1000 watt.

Lampade al sodio per serre

L'analisi del consumo di energia delle serre ha mostrato che i processi più energivori sono l'irradiazione e il riscaldamento delle piante. Circa il 40% dell'energia elettrica consumata dalle serre viene utilizzata per l'irradiazione. Pertanto, gli agricoltori ottengono un aumento della produzione vegetale grazie all'introduzione di dispositivi di illuminazione a risparmio energetico.

Oltre ai parametri di microclima ottimale delle serre, la qualità dell'irradiazione delle piante è di grande importanza. Pertanto, è anche importante studiare l'effetto dei parametri di illuminazione qualitativa sulla crescita e lo sviluppo morfologico delle piantine. L'uso di sorgenti luminose fondamentalmente nuove nelle tecnologie di irraggiamento delle piante - i moderni apparecchi di sodio in combinazione con altre fonti di illuminazione (ad esempio i diodi emettitori di luce) - consente di aumentare significativamente gli indicatori di resa finale.

Approccio scientifico

Il leader nel miglioramento dell'illuminazione per serra è la società olandese Philips, che non sorprende, data la posizione avanzata dell'industria della serra nei Paesi Bassi. La società ha condotto studi di ricerca e pratica (nel 2012 in Ucraina, nel 2013 in Olanda), che hanno dimostrato che le lampade al sodio sono le più preferite per le piante. Sono più efficienti di quelli compatti. lampade fluorescenti, possedere un ritorno della luce più piccolo e non fornire un intervallo di luce ottimale. Parallelamente provato: lampadine a incandescenza e le lampade al mercurio consumano troppa elettricità per essere redditizie.

Indicatori ancora migliori si ottengono se le piante sono illuminate non solo dall'alto, ma anche dai lati, tra le file. Per questo, i LED economici sono abbastanza adatti. La combinazione di lampade al sodio con LED contribuisce a rendimenti più elevati. Nel 2012 è stata creata la prima serra industriale a Uman (Ucraina), dove sono stati combinati questi tipi di dispositivi di illuminazione. L'area del sito con illuminazione mista SD e lampade al sodio era di 6000 m ² . Un totale di 1.230 moduli LED e 870 apparecchi con lampade DNaT sono stati installati nella serra. L'esperimento ha dimostrato che la resa di pomodori (soggetti ad altri requisiti) può raggiungere 73 kg / m ² all'anno.

Quindi, grazie a un esperimento simile in Olanda (2013), l'uso congiunto di HPS e DM ha comportato un aumento del rendimento del 30%. In futuro, la tecnologia è stata adottata in Inghilterra, Danimarca, Canada, Giappone, Cina e altri paesi.

tecnologia

Di norma, le serre industriali sono realizzate con materiali trasparenti in modo che le piante siano illuminate dal sole. Tuttavia, a latitudini superiori a 40 ^o (più vicine ai poli) la luce naturale dura solo 4-5 mesi (maggio-settembre). È necessario ulteriore tempo nel tempo rimanente. Inoltre, nelle diverse fasi della stagione vegetativa e per diverse colture richiede il proprio spettro di radiazioni.

L'apparecchio sotto la lampada al sodio è posto sopra - carica le piante con "luce solare" giallo-rosso (lo spettro verde, emesso anche da questi dispositivi di illuminazione, non è così importante). I diodi emettitori di luce (o lampade fluorescenti) dovrebbero essere usati come uno strumento aggiuntivo per l'irradiazione laterale, il cui principale vantaggio è che, essendo nella parte inferiore delle piante cresciute verticalmente, la luce cade sui livelli inferiori delle foglie, che ricevono luce superiore insufficiente. Questa combinazione aumenta l'intensità della fotosintesi, favorisce la crescita, il corretto sviluppo delle piante. Un'ulteriore illuminazione è utile nelle fasi in cui le colture coltivate richiedono uno spettro di luce blu, che è quasi assente nelle lampade al sodio.

Come funziona

Per l'assorbimento dei fotoni di luce nelle piante, i pigmenti speciali sono responsabili - i carotenoidi, a- e b-clorofille. I caratoidi assorbono la luce esclusivamente nella gamma blu, le clorofille in blu e rosso. Tuttavia, i massimi di assorbimento delle clorofille - i principali pigmenti fotosintetici - sono compresi tra 640-680 nm e carotenoidi - entro 470-480 nm. In base a questi parametri, le lampade per l'illuminazione del sodio ad alta pressione (NLVT) con un intervallo operativo di 500-700 nm sono considerate le sorgenti luminose più efficienti per le condizioni di serra. La loro stabilità, durata del lavoro, ritorno della luce, efficienza economica sono le più ottimali.

Le lampade con una potenza di 50-150 W sono meno affidabili e hanno una bassa stabilità dei parametri durante la vita utile rispetto alle lampade di potenza media (250 W e oltre). Le ragioni di questo sono in presenza di un evidente effetto di rettifica sull'accensione delle lampade a basso consumo, che può raggiungere 2 minuti. Allo stesso tempo, una corrente aumentata passa attraverso la lampada, a seguito della quale avviene un intenso sputtering di materiali catodici e una fioritura opaca si forma sulla superficie interna del tubo di scarico. L'impulso di accensione e l'entità della corrente di avviamento influenzano il significato dell'effetto di rettifica, pertanto l'energia dell'impulso deve fornire una transizione veloce dalla scarica a bagliore a quella ad arco. Per impedire l'effetto della rettifica attuale, i dispositivi vengono utilizzati per bloccare la corrente continua. Pertanto, nelle serre spesso si utilizza la potenza NLVD da 250 watt.

Tuttavia, numerosi studi teorici e sperimentali sui processi nella scarica, sugli elettrodi e nelle sezioni di elettrodi vicini delle lampade a scarica di gas hanno mostrato che ci sono una serie di problemi che richiedono ulteriori miglioramenti. Per NLVT, che vengono utilizzati nella produzione agricola di terreni chiusi, è necessario innanzitutto ottimizzare la composizione spettrale della radiazione per specifiche colture leggere e ridurre il contenuto di mercurio nel tubo di scarico, prevenendo il possibile inquinamento ambientale causato dai vapori di mercurio da dispositivi non funzionanti.

Problemi ambientali

La creazione di moderne tecnologie per la coltivazione di piante da serra è associata all'uso di lampade a scarica ad alta intensità, in particolare il sodio. Il loro uso diffuso è un fattore positivo nell'intensificazione di questa produzione, sebbene sia associato a un grave problema ambientale. La composizione della maggior parte delle moderne lampade a scarica include una sostanza tossica - il mercurio. Lampade di sodio, ad esempio, possono contenere amalgama di sodio (una lega di mercurio). Se una lampada del genere si rompe sopra le piantine all'interno della serra, le piante poste sotto di esso (verdure, ortaggi, piantine, fiori interni) diventano inadatte all'uso.

La direzione principale per migliorare le prestazioni ambientali è la creazione di lampade a scarica ad alta efficienza prive di mercurio. Di recente, questi lavori sono stati eseguiti da singole società di illuminazione, anche nei paesi della CSI. Lampade al sodio con una quantità ridotta di mercurio nel tubo di scarico e modelli completamente privi di mercurio esistono già e sono sempre più utilizzati nelle serre.