Редко бывает, когда технологический прорыв может иметь далеко идущие последствия в столь разных областях, как освещение театральной сцены, садоводство, энтомология, электроэнергетика, и, возможно, колонизация космоса. Светодиодные фитолампы – одно из таких изобретений.

 

 

Группа исследователей Пенсильванского университета, часть из Колледжа искусств и архитектуры, часть – из Сельскохозяйственного колледжа, реализовали совместный проект цель которого — тонкая настройка спектра светодиодных ламп, используемых для выращивания растений.

 

Светодиоды уже долгое время используются в театрах. Специалисты ценят этот источник света за экономичность и гибкие возможности в обеспечении нужного освещения сцены. Сегодня, после реализации нескольких исследовательских грантов, ясно, что эти качества могут быть использованы для выращивания растений в теплицах и жилых помещениях.

 

Даниэль Фречен, бакалавр в области театрального производства, обратил внимание на то, как легко с помощью светодиодных светильников создавать на сцене реалистичный эффект восхода и заката. В качестве хобби Френчен интересовался цветоводством и выращиванием овощей. В какой-то момент он задумался о том, как можно использовать красный и синий спектры светового излучения светодиодов для стимуляции развития растений.

 

Получив степень магистра агрономии, Фречен принял участие в исследовательской программы Института энергии и окружающей среды Пенсильванского университета. Вместе с Ферченом в одной исследовательской команде работали Уильям Кеньон, доцента кафедры дизайна освещения, Роберт Берхейг, доцент кафедры садоводства.

 

 

Во главе с Кеньоном команда ученых исследовала, как светодиодные технологии влияют на потребление энергии, необходимой для выращивания растений в условиях искусственного освещения. Традиционно для подсветки растений используются лампы накаливания, флуоресцентные лампы, натриевые газоразрядные лампы или же металлогалогенные лампы.

 

Все они не являются долговечными и в ходе исследования подлежали замене, по меньшей мере, раз в год. Кроме того, традиционные лампы выделяли избыточное тепло, которое приходилось удалять при помощи специальных компрессоров, откачивавших перегретый воздух. Отключение вентиляторов хотя бы на час вело к серьезному ухудшению состояния растений.

 

Исследование проводилось с использованием так называемых «камер роста растений», закрытых емкостей с искусственным освещением, где на расположенных ярусами «трейлерах» выращивают рассаду и проращивают семена. Это оборудование отличает высокая степень стандартизации, накоплен большой опыт выращивания растений, поэтому эффект от применения светодиодных фитоламп мог быть четко зафиксирован.

 

Оценивались все аспекты производительности «камер роста»: расход электроэнергии, тепла, затраты на охлаждение, полив, поддержание влажности, скорость роста растений и их состояние. Как и ожидалось, применение светодиодов дало значительный результат. Освещение на светодиодах не только обеспечило существенную экономию на электроэнергии, но так же резко снизило затраты на работу компрессоров, их обслуживание. Кроме того, сократились расходы на организацию полива. Оснащенная светодиодами «камера роста» меньше грелась, там были меньшие испарения и меньшая тепловая нагрузка на растения. Длительность эксплуатации светодиодов составила от 5 до 10 лет, и они нуждались в замене намного реже, чем лампы накаливания и люминесцентные лампы.

 

 

Впрочем, потенциал светодиодов этим не ограничивается. Те растения, что развиваются в условиях естественного освещения, не используют всего спектра световых волн. В зависимости от вида растения, они предпочитают синие или красные волны, инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Светодиоды выгодны тем, что могут выдавать именно тот спектр и именно ту интенсивность свечения, которая необходима в данный момент.

 

Бетти Джонсон, ученый энтомолог говорит, что светодиодное освещение может стать эффективным инструментом для биологов. В своей исследовательской деятельности Джонсон фокусируется на изучении взаимодействий насекомых и растений. В настоящее время она проводит исследование, в ходе которого растения томатов и пряного перца облучают светодиодами, изменяя длину волн в пределах красного и инфракрасного диапазона.

 

Джонсон пытается выяснить – можно ли, манипулируя светом, предотвратить распространение некоторых видов паразитов, развивающихся на перцах и томатах. Предмет исследования – растение-паразит павилика (на лат. – Cuscuta). Павилика происходит из Южной Америки, но сейчас распространилась и на других континентах. Нарушая обмен веществ у растений-хозяев, павилика сильно ослабляет их, задерживает рост и развитие, нередко вызывая гибель

 

Согласно пока еще не подтвержденной гипотезе, в наибольшей степени развитию павилики на растениях способствует облучение светом в самом крайнем диапазоне красного цвета, на грани с инфракрасным облучением. Теперь стоит задача подтвердить это предположение. «Камеры роста», оборудованные светодиодами, позволяют проводить точные опыты, которые могут выяснить зависимость развития паразитов от характера освещения. В будущем это знание может помочь в борьбе с ними.

 

 

Светодиодные технологии быстро развиваются. Эти лампы на 90% более эффективны, чем обычные лампы накаливания. Пенсильванский университет установил первые 5700 осветительных элементов 15 лет назад. Стоимость проекта составила около $70 000. За счет экономии электроэнергии расходы окупились уже в первый год.

 

НАСА уже проводит эксперименты по использованию светодиодных фитоламп для выращивания растений в космосе. Но это пока отдаленное будущее. Сегодня же можно говорить о преимуществах светодиодных фитоламп перед традиционными лампами: