17.07.2019

Искусственное освещение и эффективность тепличного производства

Спрос на системы искусственного тепличного освещения — светокультуру — в России растет. Это неудивительно: тепличные хозяйства стремятся обеспечить круглогодичное производство, независимо от сезона и количества солнечных дней в году.

Обеспечение дополнительного освещения для растений — одна из основных составляющих при проектировании и строительстве современных теплиц, убежден генеральный директор агрокомбината «Московский» Виктор Семкин. «Светокультура позволяет выращивать продукцию круглый год, вне зависимости от расположения тепличных комплексов по световым зонам, — отмечает он. — Например, агрокомбинат “Московский” имеет 30 га площадей под светокультурой, на которых мы выращиваем цветы и салаты».

Светокультура растений находит все более широкое применение при выращивании овощей в теплице, соглашается Антон Бреховских, руководитель по продажам в сельскохозяйственном сегменте компании Signify в России (ранее носившей название Philips Lighting). По его словам, данное решение реализовано в десятках хозяйств, например, в тепличном комплексе «Агро-Инвест», «Луховицких Овощах», ГК «Эко-Культура». Эту тенденцию специалист связывает в первую очередь с высокой экономической эффективностью современных систем досветки, позволяющей окупить дополнительные капитальные вложения за счет существенного прироста урожая.

Так, согласно подсчетам Виктора Семкина, светокультура позволяет увеличить урожайность огурца в современных теплицах в 3,5–4 раза, томата — в 2–2,5 раза, по сравнению с показателями в старых комплексах без дополнительного освещения. При этом, подчеркивают специалисты «Райк Цваан», это период, когда нет свежей продукции и она максимально востребована.

Светят круглый год

Светокультура используется в очень многих хозяйствах России. И главные причины ее популярности — круглогодичная потребность рынка в свежих овощах и зелени, а также климатические условия страны, добавляет Роман Нуриев, коммерческий директор компании «Интерагро», также отмечая, что системы искусственного освещения позволяют повысить урожайность на десятки процентов.

«Круглогодичное выращивание овощей тесно связано с технологическим обеспечением прогнозов и подтверждением объемов производства. Нет ничего лучше, чем гарантированно подтвержденные объемы производства для устойчивого планового развития предприятия, — убежден Сергей Иванов, главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский» (Республика Коми). — А желанную гарантию объемов может дать только светокультура». Как справедливо замечает специалист, не все новые теплицы реализованы с применением искусственного освещения. По его словам, это связано с особенностями энергообеспечения технологии светокультуры.

«Чтобы заинтересовать рынок, необходимо производить не менее определенного объема продукции, что требует потребления как минимум 1,6 МВт электрической энергии на 1 гектар, не считая энергопотребления на дополнительные нужды предприятия, — рассуждает Сергей Иванов. — К сожалению, не во всех регионах имеются такие свободные мощности внешних энергосетей, что лишает их привлекательности, несмотря на другие преимущества, такие как уровень жизни, густонаселенность, близость транспортных развязок и узлов». Кроме того, добавляет он, сами комплектующие светокультуры достаточно капиталоемкие, особенно на первоначальном этапе.

Досветка является важным, но далеко не единственным фактором, влияющим на урожайность, а значит, и экономику проекта, обращает внимание Антон Бреховских. «Каждый проект индивидуален, его рентабельность зависит от множества факторов, таких как, например, расход и стоимость электроэнергии, климатическая/световая зона, стоимость реализуемой продукции и других», — перечисляет он. Однако вложения в системы ассимиляционного освещения в любом случае окупаются за счет прироста урожая, успокаивает специалист.

Антон Бреховских рассказал, что двумя основными источниками света для досветки растений на данный момент являются газоразрядные натриевые лампы (традиционный вариант), а также инновационные светодиоды. «Причем, что бы вы ни выбрали, минусы будут всегда и везде, — предупреждает он. — У светодиодов, как и у натриевых ламп, существуют недостатки, но проявляются они по-разному в разных проектах, в зависимости от вводных данных/параметров».

Кстати, по словам Антона Бреховских, есть и другие технологии, например, плазменные, однако они пока не доказали свою эффективность с точки зрения урожайности и окупаемости вложений. А Роман Нуриев из «Интерагро» к новым технологиям в системах досветки, помимо светодиодов, относит кремниевые светильники, за которыми, по его мнению, будущее.

Кроме того, по прогнозам компании Signify, в ближайшее время будет расти популярность гибридных систем, где для верхнего досвечивания используются натриевые светильники, а внутри ценоза растений размещаются светодиоды.

ДНАТ или светодиод

Сегодня, по наблюдениям Виктора Семкина, наиболее распространенными источниками света при досвечивании остаются натриевые лампы высокого давления (ДНАТ). Вместе с тем, признает он, светодиоды — достаточно перспективная технология, и в будущем площади под ними в тепличном секторе будут только увеличиваться. «Светодиоды позволяют изменять спектральный состав света и его интенсивность в период досвечивания для разных периодов развития растений, в отличие от ДНАТов с постоянной интенсивностью светового потока и фиксированным спектром», — поясняет генеральный директор агрокомбината «Московский».

Главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский» Сергей Иванов поддерживает коллегу, отмечая, что в последнее время действительно все чаще стала проявлять себя технология LED-освещения (светодиоды), которая уже не один год считается перспективной. Однако при более широком изменении спектра света у светодиодов есть основной недостаток — очень маленький световой поток, напоминает специалист.

«В экономическом смысле их применение оправдано в случае невозможности использования ламп высокого давления из-за отсутствия свободных энергоресурсов внешних сетей. Но следует понимать, что само светодиодное оборудование тоже капиталоемкое, и его применение не позволит конкурировать с производителями, чьи теплицы оснащены натриевыми лампами», — считает Сергей Иванов.

Осветить со всех сторон

Чтобы подобрать оптимальное с точки зрения сроков окупаемости световое решение, Антон Бреховских советует принять во внимание следующие факторы: световую зону, выращиваемый сорт, экономические показатели, источники и условия финансирования. Продолжая тему, Роман Нуриев обращает внимание, что располагать искусственные источники света необходимо в соответствии со многими агрономическими и техническими характеристиками.

Подробнее на этом вопросе остановился Антон Бреховских, который рассказал, что светильники могут быть установлены как над растением, так и в его ценозе. По словам представителя Signify, специфика освещения взрослых растений высоких культур (огурец, томат) состоит в том, что в области ценоза есть эффект естественного затенения листвой самого растения. «Тут идеальны как раз светодиодные междурядные решения, которые освещают нижние ярусы ценоза, не обжигая растение», — объясняет специалист.

С точки зрения Сергея Иванова, искусственные источники света должны располагаться таким образом, чтобы минимизировать потери. «Ведь любое навесное оборудование занимает место, в какой-то степени снижает поступление света, его масса и габариты оказывают воздействие на сам конструктив теплицы, — напоминает он. — Во время своей работы лампы до 60 % энергии направляют в тепло, следовательно, они должны находиться на отдалении от растений, а это уже особые требования к характеристикам самой теплицы».

Специфика освещения взрослых растений, по мнению главного агронома тепличного комплекса «Сосногорский», заключается в сочетании нескольких факторов. Во-первых, высота максимальной точки освещения (где пересекаются световые потоки ламп) должна соответствовать зоне эффективного потребления света растением. Второй важный момент — сочетание продолжительности и мощности освещения растений по фазам и периоду развития (возрасту). Так, продолжает Сергей Иванов, наибольшая потребность в освещении характерна для взрослого растения, загруженного плодами. В этот период длительность и мощность освещения максимальны. «Как говорится, светим на все деньги», — шутит специалист.

Как рассказал Сергей Иванов, выбирая спектр света, мы в первую очередь выбираем его источник — лампу или диод. Нужная интенсивность и продолжительность освещения в конкретный период развития растения регулируется количеством работающих ламп, часами досвечивания и распределением света в ценозе растений (если есть досветка между растениями в грядках). В любом случае специалисты в принятии решения об интенсивности и времени досвечивания по периодам развития растений должны опираться на потребности конкретных культур. По словам Иванова, возможный уровень света, который растение в состоянии переработать в плоды, составляет 400 ватт. Активная «световая» фаза не может длиться круглосуточно, фотосинтезу нужен ночной период. «Для огурца это 4 часа, для томата — 6», — уточняет главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский».

«Для каждой культуры наработаны определенные режимы искусственного освещения, — замечает Виктор Семкин. — Главное — понимать цель выращивания при светокультуре: получение максимально возможного урожая, улучшение вкусовых качеств плодов, сокращение сроков вегетации, минимальное потребление энергии из-за ограниченных возможностей ТСУ и т.д.».

Он предупреждает, что под каждую культуру необходимо выполнять светотехнический расчет и затем, исходя из него, реализовывать технические решения, прорабатывать режимы досвечивания. В противном случае качество продукта будет низким.

Что касается соотношения естественного и искусственного освещения, то оно, как отмечает Антон Бреховских, индивидуально в каждом проекте, зависит от климатической/световой зоны и рассчитывается на этапе светотехнического проектирования системы ассимиляционного освещения. «Растению как фотобиологическому приемнику важно получение световой энергии в области фотосинтезной активной радиации за день. При этом ему безразличен источник фотосинтезной активной радиации (естественный или искусственный свет), а важно ее количество», — объясняет он.

«Растение должно получать необходимое количество света (джоулей), и, в зависимости от времени года и суток, погоды, соотношение естественного и искусственного освещения автоматически меняется», — добавляет Роман Нуриев.

Фитотронное будущее

Светокультура-томатов

Принимая во внимание все современные тенденции, овощеводы все чаще задаются вопросом: ждет ли отрасль переход на фитотронную технологию, когда в теплице полностью отсутствует естественное дневное освещение. Сергей Иванов из «Сосногорского» убежден, что да. По его словам, в ходе изучения рынка производства и опыта коллег становится очевидным, что теплицы Ultra Clima более успешны при прочих равных условиях, нежели другие современные комплексы.

Главный агроном «Сосногорского» объясняет эффективность таких теплиц возможностью перераспределения избытка тепла от солнечного света и работающих ламп. «При этой технологии перегрев растений не допускается, выдерживается заданный микроклимат. Но при этом Ultra Clima является механизмом с конечными характеристиками и сроком эксплуатации», — добавляет он.

Сергей Иванов отмечает, что на современном этапе развития теплиц технология позволяет перераспределять теплоноситель как по горизонтали, так и по вертикали; равномерно распределять свет по всей высоте растения; выдерживать заданные параметры на уровне шкалы в 1 джоуль и 0,5 градуса. По его словам, ныне существующая технология допускает длину растения 8–12 метров, из которых зона плодоношения — всего 0,7–1,0 м. Другими словами, только 10 % объема теплицы дает выход товарной продукции. «А фитотронная технология, в свою очередь, допускает ярусность и, как следствие, увеличение количества растений на единицу объема, а не на единицу площади. Это позволяет расширить зону плодоношения растений в объеме конструкций с 10 до 50–70 %», — заключает Сергей Иванов.

Виктор Семкин уверен, что фитотронная технология — одно из направлений сельского хозяйства будущего. «Она позволяет получать безопасный пищевой продукт высокого качества с высокой продуктивностью при минимальных площадях», — объясняет свою позицию генеральный директор агрокомбината «Московский».

С ними категорически не согласен Роман Нуриев. По его мнению, солнечная энергия всегда будет самой доступной и дешевой в этом контексте. Кроме того, практически все действующие тепличные комплексы используют классическую технологию. «Но отдельные фитотронные проекты в формате INDOOR FARMING есть и будут развиваться (например, салаты под LED досвечиванием)», — делает оговорку специалист.

Антон Бреховских, обращая внимание на запуск подобных проектов, полагает, что их будет становиться все больше. Говорить о тотальном переходе на фитотронную технологию, по его мнению, пока рано, так как сроки окупаемости проектов достаточно велики. «Однако если перед тепличным хозяйством стоит задача минимизировать площадь выращивания, не зависеть от естественного дневного освещения, производить продукцию в непосредственной близости от места потребления, исключить удобрения, невзирая на экономику, то можно переходить на фитотронную технологию уже сейчас», — уверяет он.

Вероника Перова, журнал "Райк Цваан и технологии" № 1, май 2019