Способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, и реализующая данный способ система Российский патент 2022 года по МПК A01G9/20 A01G9/26 A01G7/04 

Изобретение относится к светотехнике, фотобиологии, агрофотонике и может быть использовано в овощеводствах закрытого грунта для электрического досвечивания растений в процессе выращивания овощей, цветов, фруктов, зелени и другой сельскохозяйственной продукции.

Известна светодиодная система освещения растений [патент РФ №107020, МПК A01G 9/00, «Светодиодная система освещения растений (варианты)», опубл. 10.08.2011 г., Бюл. №22] на основе красных, синих, зеленых и ультрафиолетовых светодиодов, и блока управления с отдельными выходами регулирования уровня излучения светодиодов каждого спектра отдельно в зависимости от этапа развития и вида растений содержит светодиоды белого спектра. В другом варианте система освещения растений на основе светодиодов и блока управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений содержит светодиоды белого спектра и дополнительные ультрафиолетовые светодиоды, в котором мощность излучения ультрафиолетовых светодиодов составляет 5…15% от белых, при чем белые и ультрафиолетовые светодиоды работают или одновременно, или поочередно, с разными промежутками времени. В другом варианте светодиодная система освещения растений на основе светодиодов и блока управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений система в качестве источника света содержит светодиоды белого спектра.

Известна система светодиодного освещения теплиц [патент РФ RU 2719773 С1, МПК A01G 9/20 (2006.01), «Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)», опубл. 23.04.2020 г., бюл. №12], выбранная в качестве прототипа, состоящая из светодиодного фитооблучателя с регулируемым спектром излучения и системы управления интенсивностью и спектральным составом излучения. Принцип действия системы заключается в том, что предварительно определяют спектр поглощения оптического излучения растений на различных стадиях их онтогенеза, в различное время суток, разные месяцы и времена года. Далее определяют максимально близко соответствующий спектру поглощения растений спектр излучения светодиодных фитооблучателей и вводят эти данные в управляющее устройство. Оптимальный спектр излучения воспроизводится с помощью светодиодных фитооблучателей в виде суммы N монохромных излучений светодиодов, где N соответствует оптимальному количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения выращиваемых в закрытом грунте растений, при этом амплитуда монохромных составляющих регулируется с помощью управляющего устройства путем изменения протекающего через светодиоды тока таким образом, чтобы суммарный спектр излучения фитооблучателей максимально близко соответствовал оптимальному спектру излучения. На различных стадиях онтогенеза выращиваемых растений и в зависимости от условий внешнего освещения с учетом времени суток, месяца и времени года осуществляется автоматическое регулирование спектра излучения фитооблучателей. Способ реализуется с помощью системы светодиодного освещения, которая включает: по меньшей мере, один мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления, датчиком спектра, и драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов фитооблучателей. Каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов, где N соответствует оптимальному количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения выращиваемых растений. Управление интенсивностью излучения фитооблучателей осуществляется путем подачи управляющего сигнала на драйверы от платформы сбора данных и управления.

При этом необходимо отметить, что указанные системы, а также другие известные системы светодиодного освещения теплиц имеют следующие недостатки:

1. В известных системах светодиодного освещения теплиц в случае освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта система не учитывается уменьшение расстояния от фитооблочателя до поверхности листьев растений, обусловленное их ростом.

2. В известных системах светодиодного освещения теплиц не реализована возможность поддержания постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа в процессе роста растения.

3. В известных системах светодиодного освещения теплиц отсутствует датчик для определения расстояния от фитооблочателя до поверхности листьев растений.

4. Известные системы светодиодного освещения теплиц не позволяют реализовать зависимость изменения величины поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа от расстояния между его поверхностью и фитооблучателем.

Таким образом в известных системах светодиодного освещения теплиц в процессе роста растений на поверхности их листьев возникает избыточная величина поверхностной плотности фотосинтетического потока, что негативно сказывается на росте и развитии растения.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением заключается в том, что в случае освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта величина поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа поддерживается постоянной за -счет регулирования значения фотосинтетического потока фитооблучателя с учетом изменения расстояния между поверхностью листа и фитооблучателем в процессе роста растения, что позволяет формировать оптимальную световую среду для растений, исключить избыточное освещение, повысить энергоэффективность и надежность системы освещения, обеспечить рост урожайности и качества продукции.

Технический результат достигается тем, что для поддержания в процессе роста растения постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа применяется способ характеризующийся тем, что величина поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа поддерживается постоянной за счет обеспечения постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирования значения поверхностной плотности фотосинтетического потока с учетом изменения данного расстояния в процессе роста. При этом регулирование уровня поверхностной плотности фотосинтетического потока в процессе роста растений осуществляется путем передачи информации о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев с датчиков определения расстояния в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, где происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя в соответствии с предварительно полученной и заданной в блоке управления интенсивностью и спектральным составом излучения зависимостью данного потока от измеренного расстояния. Далее контроллер вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на регулируемый драйвер питания фитооблучателей где, посредством уменьшения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, уменьшается значение фотосинтетического потока фотонов и обеспечивается постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа.

В свою очередь система освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающая поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, характеризуется тем, что содержит множество мультиспектральных фитооблучателей, обеспечивающих освещение растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта; датчики определения расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений; блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, куда поступает информации о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев растений с датчиков определения расстояния и происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя; и регулируемый драйвер питания фитооблучателей, управляемый блоком управления интенсивностью и спектральным составом излучения, который посредством изменения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, обеспечивает постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне верхнего листа.

Основным отличительным признаком предлагаемой системы светодиодного освещения овощеводств закрытого грунта является применение системы датчиков определения расстояния от фитооблучателя до поверхности верхних листьев и обеспечение постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа на основе данной информации

Основным отличительным признаком предлагаемого способа, обеспечивающего поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, является обеспечение постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирование, на основе ранее полученной зависимости, значения фотосинтетического потока фотонов фитооблучателя с учетом расстояния от него до поверхности верхних листьев растений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлен график зависимости поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа от расстояния между фитооблучателем и верхними листьями.

На фиг. 2 представлен график зависимости фотосинтетического потока фитооблучателя от расстояния между фитооблучателем и верхними листьями;

На фиг. 3 представлено схематичное изображение принципа действия системы освещения растений, где E₁, Е₂, Е₃ - уровень верхних листьев растений; r₁, r₂, r₃ - расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений; F_E1, F_E2, F_E3 - фотосинтетический поток фотонов облучателя.

На фиг. 4 представлена блок-схема системы освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, где 1 - датчики определения расстояния от фитооблучателя до верхних листов растений; 2 - блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения; 3 - регулируемый драйвер питания фитооблучателей; 4 - фитооблучатель.

Способ заключается в обеспечении постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирование значения поверхностной плотности фотосинтетического потока с учетом изменения данного расстояния в процессе роста. Зависимость величины поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне верхних листьев представлена на фиг. 1. Определение фотосинтетического потока фотонов облучателя осуществляется в соответствии с заданной, предварительно полученной, зависимостью данного потока от измеренного расстояния, представленной на фиг. 2.

Принцип действия системы, реализующей данный способ, и сама система представлены на фиг. 3 - фиг. 4 и заключается в следующем: с помощью датчиков определения расстояния 1 контролируется расстояние от фитооблучателя 4 до верхних листьев растений E₁ Е₂, Е₃. Регулирование уровня поверхностной плотности фотосинтетического потока в процессе роста растений осуществляется путем передачи информацию расстоянии от фитооблучателя 4 до верхних листьев с датчиков определения расстояния 1 в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2, где происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя F_E1, F_E2, F_E3 в соответствии с зависимостью, представленной на фиг. 2. Далее блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на регулируемый драйвер питания фитооблучателей 3 и посредством уменьшения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитоблучателя, уменьшается значение фотосинтетического потока фотонов F_E1, F_E2, F_E3 и обеспечивается постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа.

Таким образом заявляемый способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, и реализующая данный способ система позволяют обеспечить постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне верхнего листа, и тем самым формировать оптимальную световую среду для роста и развития растений, исключая избыточное освещение, что обеспечивает достижения заявляемого технического результата.

Изобретения относятся к области сельского хозяйства, светотехнике, фотобиологии и могут быть использованы в овощеводствах закрытого грунта для электрического досвечивания растений в процессе выращивания. В способе величина поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа поддерживают постоянной за счет обеспечения постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирования значения поверхностной плотности фотосинтетического потока с учетом изменения данного расстояния в процессе роста растений. Регулирование уровня поверхностной плотности фотосинтетического потока осуществляют путем передачи информации о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев с датчиков определения расстояния в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, где происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя в соответствии с заданной, предварительно полученной зависимостью данного потока от измеренного расстояния. Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на регулируемый драйвер питания фитооблучателей, где посредством уменьшения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, уменьшается значение фотосинтетического потока фотонов и обеспечивается постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа. Система содержит множество мультиспектральных фитооблучателей, обеспечивающих освещение растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта; датчики определения расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений; блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, куда поступает информация о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев растений с датчиков определения расстояния и происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя; и регулируемый драйвер питания фитооблучателей, управляемый блоком управления интенсивностью и спектральным составом излучения, который посредством изменения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, обеспечивает постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне верхнего листа. Изобретения позволяют формировать оптимальную световую среду для растений, исключить избыточное освещение, повысить энергоэффективность и надежность системы освещения, обеспечить рост урожайности и качества продукции. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, характеризующийся тем, что величина поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа поддерживается постоянной за счет обеспечения постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирования значения поверхностной плотности фотосинтетического потока с учетом изменения данного расстояния в процессе роста, при этом регулирование уровня поверхностной плотности фотосинтетического потока в процессе роста растений осуществляется путем передачи информации о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев с датчиков определения расстояния в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, где происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя в соответствии с заданной, предварительно полученной зависимостью данного потока от измеренного расстояния, далее блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на регулируемый драйвер питания фитооблучателей, где посредством уменьшения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, уменьшается значение фотосинтетического потока фотонов и обеспечивается постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа.

2. Система освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающая поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа способом по п.1, характеризующаяся тем, что содержит множество мультиспектральных фитооблучателей, обеспечивающих освещение растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта; датчики определения расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений; блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, куда поступает информация о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев растений с датчиков определения расстояния и происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя; и регулируемый драйвер питания фитооблучателей, управляемый блоком управления интенсивностью и спектральным составом излучения, который посредством изменения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, обеспечивает постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне верхнего листа.