СИСТЕМА ДЛЯ МЕЖРЯДКОВОЙ ДОСВЕТКИ ТЕПЛИЧНЫХ РАСТЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК A01G7/04 A01G9/14 F21S19/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к светотехнике, в частности к полупроводниковой светотехнике, предназначенной для использования в парниках и теплицах в качестве межрядковой досветки, обеспечивающей стимулирование роста растений, повышение урожайности, снижение дефектов плодовых культур, образующихся в процессе их созревания.

Изобретение представляет собой фитосветильник в виде протяженного (линейного) светодиодного модуля с удаленным люминофором, преимущественно, с алюминиевым корпусом или корпусом, выполненным из теплопроводной электроизоляционной керамики, в котором люминофорная композиция нанесена на пластину, расположенную на некотором расстоянии от светодиодов, преимущественного, голубого или синего спектра излучения.

Уровень техники

Проблема выращивания растений в теплицах в осенне-зимний период сводится к тому, что не хватает количества света для нормального протекания физиологических процессов, поэтому приходится растения, в частности рассаду, дополнительно облучать.

Из уровня техники известно использование для досвечивания овощных растений ламп ДНаТ мощностью 250 Вт, 400 Вт, 600 Вт и 1000 Вт. На базе этих ламп изготавливают лампы для выращивания растений («фитолампы»), КПД которых на 15-20% выше стандарта. Лампы ДНаТ монтируют либо вертикально в стандартной осветительной арматуре, либо горизонтально в прямоугольной арматуре из металла с отражающим внутренним слоем и вентиляционными отверстиями. Лампы используют как в стационарных, так и в подвижных установках с поступательно-возвратным движением. Перемещение ламп осуществляется по мере надобности, в зависимости от состояния растений.

Известно, что солнечный свет можно разложить на спектр с различной длинной световых волн: ультрафиолетовая часть лежит ниже 380 нм, фиолетовая - в зоне 380-430 нм, синяя - 430-490 нм, зеленая - 490-570 нм, желтая - 570-600 нм, красная и оранжевая - 600-780 нм, инфракрасная - выше 780 нм. Каждая часть спектра по-своему влияет на физиологию растений. Ультрафиолетовая часть с длинами волн менее 280 нм является губительной для растений, диапазон ультрафиолетовых лучей 315-380 нм полезен для обмена веществ и роста растений, ультрафиолетовое излучение в данном диапазоне длин волн сдерживает вытягивание стеблей. Излучение с длинами волн из диапазона 280-315 нм воздействует на растения, повышая их холодостойкость. Синяя (430-490 нм) и фиолетовая (380-430 нм) части спектра излучения сдерживают излишний рост растений. Воздействие данным излучением стимулирует образование растительных белков и клеточное деление. Эта часть спектра практически без остатка поглощается хлорофиллом, что является залогом интенсивного фотосинтеза. Зеленая часть спектра (490-570 нм) практически не поглощается листовыми пластинами растений, при их избытке растения становятся тонкими, вытянутыми. При этом фотосинтез идет, но его уровень самый низкий. На красную и оранжевую часть (600-780 нм) приходится пик фотосинтеза. Эти длины волн влияют на развитие и регуляцию всех процессов: обмена, дыхания, развития корневой системы, цветение. Наиболее важный отрезок 625-720 нм, эти лучи способствуют росту, производству углеводов, плотно поглощаясь хлорофиллом. Инфракрасные лучи также воздействуют на растения, но воздействие их несколько специфично, они создают тепловые условия для физиологических процессов и фотосинтеза.

Таким образом, в настоящее время рядом ученых определен универсальный спектральный состав света с интенсивностью 10-30 Вт/м², вызывающий максимальный фотосинтез в зеленом листе: лучше всего зеленый лист воспринимает излучение, длина волны которого находится в диапазоне 625-720 нм, что соответствует красному цвету, другой пик поглощения соответствует длине волны 440-460 нм, то есть синему цвету. В этой связи для данного типа освещения в теплицах известно использование системы досвечивания с применением соответствующих светодиодов, которые являются эффективным источником света, обладают низким потреблением электроэнергии и большим сроком службы.

В частности, известны светильники с красными диодами (в пределах 640-660 нм) и синими диодами (в пределах 440-470 нм), например Алмаз 12, состоящий из 12 светодиодов - десяти красных и двух синих (12 Вт); тепличный облучатель Топаз, состоящий из 24 красных диодов и 8 синих диодов (100 Вт), выполненный с возможностью регулирования потока синего спектра от 0 до 9. Известны светильники с добавлением диодов оранжевого спектра (в пределах 610-615 нм).

Однако использование целого ряда красных и синих диодов усложняют конструкцию светильника и повышают его стоимость. Для того чтобы как можно полнее заполнить спектр поглощения растений в красной области (625-720 нм), необходимо использовать несколько типов красных диодов с различными максимумами излучения. Диоды каждого цвета питаются разными напряжениями, что создает трудности и лишние потери при включении их в одну цепь.

Из уровня техники известны осветительные приборы для теплиц, основанные на преобразовании исходного света светодиода посредством, так называемого, удаленного люминофора. Суть данного способа состоит в следующем. В светильнике, на некотором удалении от излучающего модуля со светодиодами размещают носитель с люминофором, например пластину, выполненную, как правило, из оптически прозрачного материала с нанесенной на ее поверхность композитной люминофорной смесью. При воздействии первичного излучения светодиодного источника композитная люминофорная смесь частично пропускает первичное излучение, частично преобразует его во вторичное излучение. Таким образом, на выходе при смешении первичного излучения светодиодного источника света и вторичного излучения композитной люминофорной смеси может быть получено излучение, необходимое для максимального фотосинтеза растений.

В частности, в международной заявке на изобретение WO 2011033177 А2 представлен осветительный прибор для теплиц, содержащий, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, обладающий: первой спектральной характеристикой, содержащей пик в интервале длин волн 600-700 нм, форма которого обеспечивает ширину на полувысоте, равную по меньшей мере 50 нм или более; второй спектральной характеристикой с пиком в интервале длин волн 440-500 нм, форма которого обеспечивает ширину на полувысоте, равную максимум 50 нм; при этом все излучение или часть излучения в интервале длин волн 600-800 нм сформированы путем полного или частичного преобразования длин волн излучения светодиодного кристалла.

В одном из вариантов исполнения прибора часть излучения или все излучение в интервале длин волн 500-600 нм может быть минимизировано, и/или исключено, и/или уменьшено ниже уровня интенсивности в полосе 400-500 нм и ниже уровня интенсивности в полосе 600-700 нм. В приборе предусмотрена возможность регулировки интенсивности излучения первой, второй и дополнительной третьей спектральных характеристик светодиода. Управление спектральными характеристиками излучения, интенсивностью, длинами волн пиков спектра и шириной пиков на полувысоте обеспечено путем выбора материала люминофора и его концентрации или характеристик излучения светодиодного кристалла в синей области спектра. Преобразование длин волн излучения светодиода может быть осуществлено любым из следующих способов: посредством, по меньшей мере, одной полупроводниковой квантовой точки, при помощи материала - люминофора, и/или при помощи материала - сульфида.

Однако в известном светильнике светоизлучающий элемент осветительного прибора для теплиц, использован люминофор для преобразования длин волн, помещенный в непосредственной близости к светоизлучающему кристаллу, в частности помещен непосредственно на поверхность светодиодного кристалла. Использование в качестве светопреобразующего элемента квантовых точек в таком устройстве невозможно ввиду того, что квантовый выход (КПД) квантовых точек значительно падает при увеличении температуры при условии, что температура на чипе светоизлучающего диода может достигать 120 градусов и более. Управление же спектром полезного излучения является статичным, т.е. не представляется возможным произвести быструю замену светоизлучающих диодов с одним спектральным составом на светоизлучающие диоды с другим спектральным составом в уже смонтированном светильнике.

Также известен светодиодный белый протяженный светильник с удаленным конвертером цилиндрической формы широкого назначения (патент US 7618157 B1, МПК F21V 29/00). Данный светильник включает в себя линейный теплоотвод, множество светоизлучающих диодов (СИД), установленных на теплоотводе вдоль длинной стороны теплоотвода, и светоиспускающий плафон, установленный на теплоотводе в линию с СИД, где полукруглая в сечении часть плафона, расположенная напротив СИД, включает люминофор, который возбуждается светом от СИД. Теплоотвод изготовлен из теплопроводящего материала, например алюминия. Плафон изготовлен из прозрачного материала, например стекла или пластмассы. Люминофор может быть нанесен как покрытие на внутреннюю сторону плафона или введен в материал покрытия. Не содержащие люминофора плоские части, которые прикреплены к теплоотводу по обе стороны от СИД, имеют внутренние отражающие поверхности, например алюминиевые покрытия, отражающие свет, попадающий на них от СИД, к части плафона. Конверсионный слой может включать люминофорный материал, материал квантовых точек или сочетание таких материалов, а также может включать прозрачный основной материал, в котором диспергированы люминофорный материал и/или материал квантовых точек.

Однако в данной конструкции затруднена замена плафона с люминофором с одним спектральным составом на плафон с люминофором с другим спектральным составом в смонтированном светильнике и нет прямого указания на спектральный состав полезного излучения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является светодиодный модуль (линейка) и лампа на его основе (патент на изобретение RU 2488739, МПК F21S 8/00), содержащие протяженное несущее основание из теплопроводного материала, в частности из алюминия или теплопроводной керамики, одну, две или большее количество протяженных печатных плат с собранными на них в тепловом контакте светодиодами белого свечения или других цветов излучения с последовательным, параллельным или параллельно-последовательным подключением между собой, а также средства токоподвода и монтажа на объекте. Указанное несущее основание модуля /линейки/ выполнено с изогнутым в поперечном сечении профилем и образует протяженный полый элемент, по меньшей мере, с двумя протяженными рабочими гранями, объединенными в тепловом контакте с несущим основанием, на которых изготовлены или установлены печатные платы со светодиодами или отдельные светодиоды, причем указанные рабочие грани разделены между собой продольной щелью, теплоизолирующей их друг от друга в зоне монтажа светодиодов. В одном из вариантов исполнения лампа выполнена со светодиодами синего или голубого излучения, трубчатая колба с продольной прорезью, изготовленная из силикатного стекла или оптически прозрачного поликарбоната, покрыта изнутри слоем одного или смесью люминофоров, выбранных преимущественно из группы иттрий-алюминиевого или гадолиний-алюминиевого гранатов, активированных церием. Указанные люминофоры могут быть диспергированы /интегрированы/ в стенки колбы лампы. Слой люминофоров преобразует большую часть коротковолнового излучения светодиодов модуля /линейки/ в белый свет и рассеивает его в окружающем лампу пространстве, повышая тем самым КПД лампы на 15-20% по сравнению с лампами, у которых на колбах выполнены светорассеивающие покрытия для снижения ее блескости. В качестве мощных светодиодов, используемых в светодиодных модулях и лампах, могут быть использованы светодиоды белого свечения серии ML-E мощностью 0,5 Вт с углом рассеяния 2θ≃120, или серии XP-G мощностью 1-3 Вт с углом рассеяния 2θ≃125 фирмы CREE или цветные светодиоды серии ХР-Е Color мощностью 1-3 Вт с углом рассеяния 2θ≃125.

Однако в данной конструкции затруднена замена плафона с люминофором с одним спектральным составом на плафон с люминофором с другим спектральным составом в смонтированном светильнике и нет прямого указания на спектральный состав полезного излучения.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание усовершенствованного устройства для досветки тепличных культур со спектральным составом излучения, который максимально приближен к спектру поглощения растительных пигментов, участвующих в процессе фотосинтеза.

Техническим результатом изобретения является повышение урожайности досвечиваемых тепличных культур при снижении энергопотребления, повышении технологичности производства облучателя, удобства его сборки и эксплуатации с возможностью замены съемных деталей облучателя (в частности, платы со светодиодами, светопреобразующей пластины). При использовании заявляемого облучателя также повышаются потребительские свойства плодов досвечиваемых культур, снижается количество бракованных плодовых культур в процессе выращивания.

Поставленная задача решается тем, что система для межрядковой досветки тепличных растений включает линейный облучатель, снабженный набором из, по меньшей мере, двух сменных светопреобразующих элементов, средствами крепления облучателя над тепличными растениями и средствами изменения положения облучателя по высоте и углу наклона; при этом облучатель включает несущий корпус, выполненный в виде протяженной профилированной детали из теплопроводящего материала, имеющий боковые стенки, сопряженные с основанием, и снабженный торцевыми крышками; по крайней мере, одну печатную плату с, по крайней мере, одним светоизлучающим диодом с максимумом излучения в диапазоне 430-470 нм, размещенную на основании корпуса и снабженную выводом для подключения к питающему напряжению, при этом корпус снабжен отверстием для упомянутых выводов; отражатель, представляющий собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием, при этом отражатель и торцевые крышки выполнены из материала или покрыты материалом, имеющим коэффициент диффузного отражения 0,95-0,99, имеющий в поперечном сечении форму трапеции и установленный в корпусе своим основанием на печатной плате со светодиодами, при этом основание отражателя снабжено прорезями для размещения светодиодов; средства герметизации внутреннего пространства облучателя и средства крепления в корпусе светопреобразующего элемента на расстоянии от диодов, торцевой крышки, платы со светодиодами, отражателя; а светопреобразующие элементы выполнены из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм, при этом светопреобразующие элементы в наборе выполнены с разными максимумами пиков флуоресценции.

В качестве частиц, испускающих флуоресцентный сигнал с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм могут быть использованы полупроводниковые нанокристаллы и/или люминофоры. При этом нанокристаллы могут быть выполнены в виде полупроводникового ядра, первого полупроводникового слоя и второго полупроводникового слоя. В качестве люминофоров использованы люминофоры на основе алюмоиттриевых гранатов. Полупроводниковое ядро состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2. Первый полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs. Второй полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs. Полупроводниковые нанокристаллы могут быть представлены в виде набора или смеси квантовых точек с результирующей спектральной характеристикой 550-800 нм и максимумом вблизи 660 нм, например полупроводниковые коллоидные квантовые точки на основе CuInS/ZnS. В частности, слой из полимерной пленки может быть выполнен по технологии, представленной в патенте на изобретение №2500715 с использованием частиц, испускающих флуоресцентный сигнал с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм.

Облучатель может быть снабжен защитной пластиной, выполненной из оптически прозрачного материала, например РММА, PC, стекла, расположенной с внешней стороны светопреобразующего элемента.

Технологичность облучателя достигается при выполнении элементов средств крепления и герметизации заодно с корпусом в виде выступов и пазов, расположенных с внешней и внутренней стороны корпуса.

В частности, средство крепления защитной пластины и/или светопреобразующего элемента в корпусе может быть выполнено в виде отдельной протяженной детали, имеющей Г-образный профиль поперечного сечения, снабженной отверстиями для крепежных элементов, расположенными по длине детали, а корпус в верхней части с его внешней стороны снабжен протяженным пазом, имеющим глубину, достаточную для размещения в нем крепежных элементов, обеспечивающих соединение упомянутой детали Г-образного профиля с корпусом и поджатия защитной пластины и/или светопреобразующего элемента, при этом продольная ось крепежных элементов расположена в плоскости, находящейся под углом к плоскости защитной пластины или светопреобразующего элемента от 0 до 45 град. В другом варианте исполнения средство крепления светопреобразующего элемента и/или защитной пластины в корпусе может быть выполнено в виде пластиковых или металлических защелок.

В одном из вариантов выполнения облучателя средства герметизации внутреннего пространства корпуса облучателя включают средства крепления светопреобразующего элемента и/или защитной пластины, а также вертикально ориентированный протяженный паз, расположенный в верхней части корпуса с его внешней стороны с размещенным в нем герметизирующим элементом с возможностью прижатия защитной пластиной или светопреобразующим элементом. Средство крепления платы со светодиодами может представлять собой два протяженных паза, расположенных с внутренней стороны корпуса по краям основания. Средства крепления торцевой крышки, например, представляют собой пазы круглого сечения, выполненные с внутренней стороны корпуса для размещения в них крепежных элементов. Средства крепления отражателя могут включать фиксаторы его положения, расположенные в верхней части корпуса, и опорные элементы, расположенные на боковых стенках корпуса с его внутренней стороны, и выполненные в виде протяженных выступов, например ребер или пластин. В частном варианте выполнения протяженный выступ расположен перпендикулярно к поверхности боковой стенки.

В одном из вариантов выполнения профиль корпуса представляет собой две радиусные кривые, являющиеся профилем боковых стенок, сопряженные со спрямленным участком в центральной части, являющимся профилем основания. Боковые стенки корпуса предпочтительно выполнять с гладкой внешней поверхностью, основание корпуса - с ребристой внешней поверхностью.

Наиболее предпочтительным является выполнение торцевой крышки съемной, имеющей габариты, выступающие за пределы корпуса, и снабженной прорезью, расположенной в выступающей части крышки для обеспечения возможности изменения угла наклона облучателя в поперечной плоскости, а также отверстиями для размещения крепежных элементов.

Отражатель выполнен из PET, любого пластика, металла, например алюминия, или иного материала, боковые стенки расположены под углом к основанию от 45° до 80° для обеспечения равномерности распределения спектра результирующего излучения в пространстве.

Расстояние от светодиода до светопреобразующего элемента может составлять от 10 мм до 50 мм, а отношение ширины светопреобразующего элемента к расстоянию от светодиода до светопреобразующего элемента находится в интервале 1,0-3,0.

Светопреобразующие элементы выполнены сменными.

Облучатель может быть выполнен с возможностью изменения его угла наклона в поперечной плоскости.

Существование конструктивных элементов крепления и герметизации быстросъемных светопреобразующих элементов с полимерной пленкой, содержащей диспергированные полупроводниковые нанокристаллы, позволяет в уже смонтированном облучателе осуществлять замену светопреобразующих элементов с одним спектральным составом полезного излучения на другие, обеспечивая точное совпадение спектра излучения спектру поглощения досвечиваемых растений.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен облучатель - общий вид (в изометрии), на фиг. 2 - поперечное сечение облучателя, на фиг. 3 - поперечное сечение корпуса облучателя, на фиг. 4 - торцевая крышка облучателя, на фиг. 5 - схематичное изображение облучателя в изометрии.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - светодиоды, 2 - печатная плата, 3 - корпус, 4 - отражатель, 5 - светопреобразующий элемент, например светопреобразующая пластина, 6 - защитная пластина, 7 - герметизирующий элемент, 8 - крепежная скоба (протяженная деталь узла герметизации), 9 - крепежные элементы, например саморезы, 10-13 - пазы для крепления торцевой крышки, 14, 15 - опорные элементы для отражателя, 16, 16а - боковые стенки, 17 - основание корпуса, 18 - паз для крепления платы со светодиодами, 19 - основание корпуса, 20 - паз для герметизирующего элемента, 21 - фиксатор (или упор) положения отражателя (упоры), 22 - фиксатор (или упор) для защитной пластины, 23 - паз для крепежных элементов 9, 24 - прорезь в торцевой крышке, 25 - отверстия для крепления торцевой крышки к корпусу.

Осуществление изобретения

Ниже представлено более подробное описание изобретения.

Система для межрядковой досветки тепличных растений выполнена в виде облучателя (фиг. 1-5), снабженного набором из, по меньшей мере, двух сменных светопреобразующих элементов, средствами крепления облучателя над тепличными растениями (на чертежах не показано) и средствами изменения положения облучателя по высоте и углу наклона. Облучатель межрядковой досветки тепличных растений представляет собой линейный светодиодный светильник (фиг. 1), содержащий корпус 3 (фиг. 2, 3), который является несущей конструкцией, на которой устанавливают (или закрепляют) все остальные элементы облучателя, в том числе печатную плату 2 со светодиодами 1, отражатель 4, светопреобразующий элемент 5, в случае необходимости защитную пластину 6, торцевые крышки (фиг. 4, 5).

Корпус 3 (фиг. 2) выполнен в виде протяженной профилированной детали из теплопроводного материала (например, металлической детали, полученной прессованием алюминиевого сплава, или керамической детали), имеющий боковые стенки 16, сопряженные с основанием 19 (фиг. 3). Печатная плата 2 со светодиодами 1 размещена на основании 19 и снабжена выводом для подключения к сети, при этом корпус снабжен сквозным отверстием, выполненным в основании корпуса, для кабеля проводов токоподвода к светодиодам от внешнего электронного преобразователя питающей цепи. В наиболее предпочтительном варианте выполнения плата содержит светодиоды синего спектра свечения (440-460 нм), установленные с возможностью облучения частиц люминофора, носителем которых является светопреобразующий элемент 5 из оптически прозрачного материала, размещенная в отдалении от светодиода.

Отражатель 4 (фиг. 2) также представляет собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием, выполненную из материала с коэффициентом диффузного отражения более 0,95-0,99, имеющий в поперечном сечении форму трапеции, установленный в корпусе 3 основанием отражателя на печатной плате со светодиодами, при этом основание отражателя снабжено прорезями для размещения светодиодов. Отражатель может быть выполнен из PET, боковые стенки расположены под углом к основанию (или с образованием угла раскрытия отражателя) от 50° до 80°. Отражатель формирует камеру смешения, которая обеспечивает перераспределение излучения, отразившегося от светопреобразующего элемента 5 (фиг. 2) в направлении платы со светодиодами и/или излученного полупроводниковыми нанокристаллами в направлении платы со светодиодами, обратно в направлении светопреобразующего элемента и далее в окружающее пространство.

Светопреобразующий элемент представляет собой, например, пластину из оптически прозрачного материала с нанесенной на внешнюю и/или внутреннюю поверхности полимерной пленкой, содержащей диспергированные полупроводниковые нанокристаллы 5 (фиг. 2), которая закреплена в корпусе 3 на определенном расстоянии от диодов. Нанокристаллы выполнены в виде полупроводникового ядра, первого полупроводникового слоя и второго полупроводникового слоя, испускающие флуоресцентный сигнал с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм. Отношение ширины светопреобразующей пластины к расстоянию до светодиода находится в интервале 1,3-1,8. Светопреобразующий элемент может быть составлен из набора пластин, расположенных в одной плоскости, при этом облучатель дополнительно снабжен защитной пластиной 6 (фиг. 2), выполненной из оптически прозрачного материала (РММА, PC, стекло), расположенной с внешней стороны светопреобразующего элемента.

Облучатель снабжен средством (узлом) герметизации внутреннего пространства облучателя, состоящим из комплекса конструктивных элементов - 20, 23, 7, 8 и 9; средством (узлом) крепления в корпусе светопреобразующей пластины и/или защитной пластины в виде элемента 22 - для случая использования в конструкции облучателя светопреобразующего элемента вместе с защитной пластиной, или элементов 20, 23, 7, 8 и 9 - для случая, когда функции светопреобразующего элемента и защитной пластины совмещены в одной детали; средством (узлом) крепления торцевой крышки в виде элементов 10, 11, 12, 13; средством (узлом) крепления платы со светодиодами - элемент 18; средством (узлом) крепления отражателя - элементы 21, 14 и 15. При этом корпус с внешней и внутренней стороны снабжен выступами и пазами, являющимися элементами упомянутых средств (узлов), например, с их симметричным расположением относительно продольной плоскости симметрии, расположенной перпендикулярно основанию.

В частности, средство герметизации внутреннего пространства облучателя включает отдельную протяженную деталь 8 (фиг. 2), представляющую собой Г-образный профиль, снабженный отверстиями для крепежных элементов, при этом корпус с внешней стороны снабжен протяженным пазом 23 (фиг. 3), имеющим глубину, достаточную для размещения в нем крепежных элементов 9, которые обеспечивают соединение упомянутого Г-образного профиля с корпусом и поджатие защитной пластины 6, при этом крепежные элементы 9 расположены в плоскости, находящейся под углом к плоскости защитной пластины или пластины с люминофором от 0 до 45 град. Кроме того, узел содержит вертикально ориентированный протяженный паз 20, расположенный в верхней части корпуса с его внешней стороны, в котором размещен герметизирующий элемент 7.

Средство крепления платы со светодиодами - пазы с прямоугольным профилем 18 - расположены с внутренней стороны корпуса по краям основания 19 корпуса 3 и выполнены совмещенными с элементами крепления торцевой крышки 11, 12.

Узлы крепления торцевой крышки 10, 11, 12, 13 представляют собой пазы круглого сечения, выполненные с внутренней стороны корпуса 1 для размещения в них крепежных элементов.

Облучатель снабжен опорными элементами 14, 15 для отражателя, выполненными в виде протяженных выступов (ребер или пластин) с внутренней стороны корпуса по его боковым стенкам заодно с телом корпуса. В частном варианте исполнения опорные элементы расположены перпендикулярно к поверхности боковой стенки.

Торцевая крышка (Фиг. 4, 5) выполнена съемной, имеющей габариты, выступающие за пределы корпуса, и снабжена прорезью 24, расположенной в выступающей части крышки для обеспечения возможности изменения угла поворота облучателя, и отверстиями 26 для размещения крепежных элементов, при этом форма прорези может повторять форму кривизны внешней поверхности корпуса.

Светопреобразующий элемент может быть выполнен из любого светопропускающего материала, такого как прозрачный полимер или стекло. Со светопропускающей средой связаны флуоресцентные компоненты или их смеси, иначе говоря, люминофорная среда, которая преобразует излучение, испускаемое синим СИД, в излучение с требуемой спектральной характеристикой. Люминофор может быть рассеян в массе светопропускающего материала и/или размещен в виде пленочного покрытия или слоя из композиционного материала на внутренней поверхности пластины. Альтернативно люминофор может быть покрытием на внешней поверхности пластины, если облучатель используется исключительно в условиях окружающей среды, в которых такое внешнее покрытие пластины может удовлетворительно поддерживаться в рабочем состоянии (например, там, где оно не подвержено истиранию). Люминофор может, например, быть распределен в полимере, из которого затем сформирована пластина, чтобы обеспечить гомогенный ее состав и обеспечить выход света со всей поверхности пластины. В наиболее предпочтительном варианте выполнения состав люминофорной композиции нанесен тонким слоем на пластину, при этом состав включает УФ-отверждаемые акрилаты и набор (смесь) из полупроводниковых наночастиц с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм. Пластины с люминофором могут быть выполнены сменными.

Светодиоды подключены через провода токоподвода к электронному преобразователю питающей цепи.

Сборка заявляемого облучателя может быть осуществлена в следующей последовательности. Сначала монтируют светодиоды 1 на отдельные печатные платы 2; затем платы со светодиодами задвигают в паз 18 в основании 19 профиля-корпуса 3; производят пайку проводов, соединяющих платы между собой и с источником питания; провода, идущие к источнику питания, продевают сквозь отверстия в основании 19, выполненные герметичными; затем монтируют отражатель 4, вщелкивая его в соответствующие упоры 21; затем задвигают пластину с люминофором 5 между упорами 22; устанавливают герметизирующий элемент (уплотнитель) 7 в паз 20; устанавливают защитную пластину 6 и прижимают ее с помощью крепежных скоб 8 и саморезов 9; к торцевой крышке с внутренней стороны приклеивают отражатель в виде слоя из материала с коэффициентом диффузного отражения 0,95-0,99, после чего ее прикручивают саморезами через герметизирующую прокладку к корпусу с помощью средств 10-13.

Средства изменения высоты подвеса облучателя, изменения (регулировки) его угла наклона могут быть реализованы с помощью любых известных из уровня техники устройств. Например, для регулировки высоты подвеса может быть использован цанговый зажим.

Устройство работает следующим образом.

Источник питания преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянный ток, необходимый для питания светодиодов. При работе заявляемого устройства источник питания, в частности, обеспечивает низкие пульсации выходного тока, а значит и низкие пульсации светового потока светодиодов.

Светодиоды представляют собой полупроводниковые приборы с p-n-переходом, преобразующие энергию электрического тока непосредственно в световое излучение. Светодиоды излучают свет в синей области спектра с максимумом 440-460 нм, который попадает на слой с люминофорной композицией. Часть этого света выходит наружу, рассеиваясь без поглощения; часть поглощается люминофором, вызывая эффект люминесценции; часть отражается в камеру смешения и переотражается обратно в сторону люминофора.

Часть света синей области спектра, которая поглотилась люминофором, преобразуется им в излучение оранжево-красной области спектра 550-720 нм. Значительная часть излучения оранжево-красной области спектра излучается в камеру смешения, из которой, переотражаясь, выходит сквозь слой люминофора в окружающее пространство. При смешении излучений синей и оранжево-красной областей спектра получается излучение, максимально подходящее растениям.

При работе облучателя часть энергии светодиодов рассеивается в виде тепла, что приводит к разогреву элементов конструкции. Отвод тепла осуществляется через корпус 1.

В теплице облучатели располагают в межрядковом пространстве, образуя хотя бы одну непрерывную горизонтальную линию, расположенную параллельно шпалерам. Возможно использование нескольких линий, которые располагают друг под другом на некотором расстоянии. Включение линий осуществляют по мере роста растений, что приводит к сокращению энергопотребления. Возможность регулировки угла наклона облучателя позволяет направлять его наилучшим образом в зависимости от высоты растений.

Расположение облучателей в межрядковом пространстве позволяет значительно сократить расстояние между листом и облучателем, а значит значительно увеличить освещенность листа; увеличить долю света, попадающего на лист, то есть количество потерянного света, попадающего на дорожки между рядами, стены и крышу теплицы снижается. Расположение облучателей в непрерывные линии позволяет равномерно освещать всю шпалеру. Включение одной или нескольких линий по мере роста растения позволяет значительно экономить электроэнергию, особенно на ранних стадиях. Возможность регулировки угла наклона облучателя позволяет направлять его наилучшим образом в зависимости от высоты растений.

Использование светодиодов в качестве источника света позволяет экономить электроэнергию в связи с более высокой энергоэффективностью. Использование одинаковых по спектру светодиодов позволяет упростить электрическую схему питания светодиодов по сравнению с изделиями, использующими разноцветные светодиоды. Сменные пластины с люминофорной композицией позволяют легко изменять спектр облучателя в зависимости от культуры или стадии роста, не меняя самого облучателя. Спектр, содержащий, по крайней мере, два пика: в синей и оранжево-красной области, максимально эффективно поглощается листом растения. Кроме того, заявляемый облучатель характеризуется удобством его обслуживания. Конструкция облучателя позволяет производить быструю замену светопреобразующего элемента с одним спектральным составом на светопреобразующий элемент с другим спектральным составом в зависимости от типа, стадии роста и развития досвечиваемой культуры в уже смонтированном в теплице облучателе. Гладкость боковых стенок профиля, отсутствие оребрения и наличие степени защиты от окружающей среды позволяет легко мыть облучатель.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к полупроводниковой светотехнике, предназначенной для использования в парниках и теплицах в качестве межрядковой досветки. Система включает линейный облучатель, снабженный набором из, по меньшей мере, двух сменных светопреобразующих элементов 5, средствами крепления облучателя над тепличными растениями и средствами изменения положения облучателя по высоте и углу наклона. Облучатель включает несущий корпус 3, выполненный в виде протяженной профилированной детали из теплопроводящего материала, имеющий боковые стенки, сопряженные с основанием, и снабженный торцевыми крышками; по крайней мере, одну печатную плату 2 с, по крайней мере, одним светоизлучающим диодом 1 с максимумом излучения в диапазоне 430-470 нм, размещенную на основании корпуса и снабженную выводом для подключения к питающему напряжению. Корпус снабжен отверстием для упомянутых выводов. Отражатель 4 представляет собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием. Отражатель и торцевые крышки выполнены из материала или покрыты материалом, имеющим коэффициент диффузного отражения 0,95-0,99. Отражатель имеет в поперечном сечении форму трапеции и установлен в корпусе своим основанием на печатной плате со светодиодами. Основание отражателя 4 снабжено прорезями для размещения светодиодов 1. Облучатель включает средства герметизации внутреннего пространства облучателя и средства крепления в корпусе светопреобразующего элемента 5, торцевой крышки, платы со светодиодами, отражателя. Светопреобразующие элементы закреплены в корпусе на расстоянии от диодов и выполнены из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм. Светопреобразующие элементы 5 выполнены с разными максимумами пиков флуоресценции. При таком выполнении обеспечивается повышение урожайности тепличных культур при снижении энергопотребления системы, повышается технологичность производства облучателя, удобство его сборки и эксплуатации с возможностью замены съемных деталей облучателя, в частности платы со светодиодами, светопреобразующей пластины. 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для межрядковой досветки тепличных растений, включающая линейный облучатель, снабженный набором из, по меньшей мере, двух сменных светопреобразующих элементов, средствами крепления облучателя над тепличными растениями и средствами изменения положения облучателя по высоте и углу наклона; при этом облучатель включает несущий корпус, выполненный в виде протяженной профилированной детали из теплопроводящего материала, имеющий боковые стенки, сопряженные с основанием, и снабженный торцевыми крышками; по крайней мере, одну печатную плату с, по крайней мере, одним светоизлучающим диодом с максимумом излучения в диапазоне 430-470 нм, размещенную на основании корпуса и снабженную выводом для подключения к питающему напряжению, при этом корпус снабжен отверстием для упомянутых выводов; отражатель, представляющий собой протяженную деталь с боковыми стенками и основанием, при этом отражатель и торцевые крышки выполнены из материала или покрыты материалом, имеющим коэффициент диффузного отражения 0,95-0,99, имеющий в поперечном сечении форму трапеции и установленный в корпусе своим основанием на печатной плате со светодиодами, при этом основание отражателя снабжено прорезями для размещения светодиодов; средства герметизации внутреннего пространства облучателя, и средства крепления в корпусе светопреобразующего элемента, торцевой крышки, платы со светодиодами, отражателя; а светопреобразующие элементы закреплены в корпусе на расстоянии от диодов и выполнены из оптически прозрачного материала с нанесенным на его внутреннюю и/или внешнюю поверхности слоем, содержащим диспергированные частицы с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм, при этом светопреобразующие элементы выполнены с разными максимумами пиков флуоресценции.

2. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что в качестве частиц, испускающих флуоресцентный сигнал с максимумами пиков флуоресценции в диапазоне длин волн 600-680 нм и полушириной в диапазоне 50-180 нм, используют полупроводниковые нанокристаллы и/или люминофоры.

3. Система по п. 2, характеризующаяся тем, что нанокристаллы выполнены в виде полупроводникового ядра, первого полупроводникового слоя и второго полупроводникового слоя.

4. Система по п. 2, характеризующаяся тем, что в качестве люминофоров использованы люминофоры на основе алюмоиттриевых гранатов.

5. Система по п. 3, характеризующаяся тем, что полупроводниковое ядро состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, CuInS2, CuInSe2.

6. Система по п. 3, характеризующаяся тем, что первый полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs.

7. Система по п. 3, характеризующаяся тем, что второй полупроводниковый слой состоит из полупроводникового материала, выбранного из группы ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs.

8. Система по п. 2, характеризующаяся тем, что полупроводниковые нанокристаллы представляют собой набор или смесь квантовых точек с результирующей спектральной характеристикой 550-800 нм и максимумом вблизи 660 нм,

9. Система по п. 8, характеризующаяся тем, что в качестве квантовых точек использованы полупроводниковые коллоидные квантовые точки на основе CuInS/ZnS.

10. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что облучатель снабжен защитной пластиной, выполненной из оптически прозрачного материала и расположенной с внешней стороны светопреобразующего элемента.

11. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что светопреобразующий элемент выполнен в виде пластины или набора пластин.

12. Система по п. 1 или 10, характеризующаяся тем, что средство крепления защитной пластины и/или светопреобразующего элемента в корпусе выполнено в виде отдельной протяженной детали, имеющей Г-образный профиль поперечного сечения, снабженной отверстиями для крепежных элементов, расположенными по длине детали, а корпус в верхней части с его внешней стороны снабжен протяженным пазом, имеющим глубину, достаточную для размещения в нем крепежных элементов, обеспечивающих соединение упомянутой детали Г-образного профиля с корпусом и поджатия защитной пластины и/или светопреобразующего элемента, при этом продольная ось крепежных элементов расположена в плоскости, находящейся под углом к плоскости защитной пластины или светопреобразующего элемента от 0 до 45 град.

13. Система по п. 1 или 10, характеризующаяся тем, что средство крепления светопреобразующего элемента и/или защитной пластины в корпусе выполнены в виде пластиковых или металлических защелок.

14. Система по п. 1 или 10, характеризующаяся тем, что средства герметизации внутреннего пространства облучателя включают средства крепления светопреобразующего элемента и/или защитной пластины, а также вертикально ориентированный протяженный паз, расположенный в верхней части корпуса с его внешней стороны с размещенным в нем герметизирующим элементом с возможностью прижатия защитной пластиной или светопреобразующим элементом.

15. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что средство крепления платы со светодиодами представляет собой два протяженных паза, расположенных с внутренней стороны корпуса по краям основания.

16. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что средства крепления торцевой крышки представляют собой пазы круглого сечения, выполненные с внутренней стороны корпуса для размещения в них крепежных элементов.

17. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что средства крепления отражателя включают фиксаторы его положения, расположенные в верхней части корпуса, и опорные элементы, расположенные на боковых стенках корпуса с его внутренней стороны и выполненные в виде протяженных выступов.

18. Система по п. 17, характеризующаяся тем, что протяженный выступ расположен перпендикулярно к поверхности боковой стенки.

19. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что профиль корпуса представляет собой две радиусные кривые, являющиеся профилем боковых стенок, сопряженные со спрямленным участком в центральной части, являющимся профилем основания.

20. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что торцевая крышка выполнена съемной, имеющей габариты, выступающие за пределы корпуса, и снабжена прорезью, расположенной в выступающей части крышки для обеспечения возможности изменения угла наклона облучателя в поперечной плоскости, и отверстиями для размещения крепежных элементов.

21. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что отражатель выполнен из PET, любого пластика, металла, например алюминия, или иного материала, боковые стенки расположены под углом к основанию от 45° до 80° для обеспечения равномерности распределения спектра результирующего излучения в пространстве.

22. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что расстояние от светодиода до светопреобразующего элемента составляет от 10 мм до 50 мм.

23. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что отношение ширины светопреобразующего элемента к расстоянию от светодиода до светопреобразующего элемента находится в интервале 1,0-3,0.

24. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что боковые стенки корпуса выполнены с гладкой внешней поверхностью, основание корпуса - с ребристой внешней поверхностью.

25. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что облучатель выполнен с возможностью изменения его угла наклона в поперечной плоскости.

26. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что элементы средств крепления и герметизации образованы выступами и пазами, расположенными с внешней и внутренней стороны корпуса.