Для нових тепличних комплексів LED-світильники часто є базовим рішенням. Проте перехід на LED не означає, що достатньо зняти натрієві ДНаТ-600 і встановити на його місце LED потужністю 300 Вт. Спочатку потрібно перерахувати всю світлову систему теплиці, її електроспоживання, тепловий баланс і очікуваний економічний результат.
Перша помилка під час порівняння ДНаТ і LED — дивитися тільки на потужність. Вати показують, скільки електроенергії споживає світильник. Однак рослині потрібні не вати, а фотони. Тому для тепличного освітлення насамперед важливі чотири показники:
• PPF — фотосинтетичний фотонний потік, мкмоль/с;
• PPE — ефективність світильника, мкмоль/Дж;
• PPFD — щільність фотосинтетичного фотонного потоку на рівні рослини, мкмоль/м./с;
• DLI — добова світлова інтегральна доза, моль/м./добу. Саме ці параметри дають змогу коректно порівнювати різні джерела світла. PPF показує, скільки фотонів випромінює світильник, а PPFD — скільки з них фактично потрапляє на площу вирощування. На PPFD безпосередньо впливає відстань від світильника до рослини, а також схема його встановлення.
Тому фраза «цей світильник споживає вдвічі менше електроенергії» сама по собі ще не доводить його перевагу. Потрібно перевірити, чи отримує рослина необхідну кількість світла.
ЩО ДАЄ ПЕРЕХІД НА LED
Головна перевага сучасних LED-систем — значно вища ефективність перетворення електричної енергії у фотосинтетично активне випромінювання.
У ТОВ «ІВК «АРДА» серійно виготовляють лінійний тепличний LED-світильник потужністю 300 Вт з ефективністю 2,9–3,0 мкмоль/Дж і PPF близько 850 мкмоль/с. Конструкція містить вісім світлодіодних модулів на алюмінієвих радіаторах. Габарити світильника — 1500 . 125 . 50 мм. Драйвери винесено з корпусу і розташовано в кабельному лотку.
Таке виконання має кілька практичних переваг. По-перше, зменшується теплове навантаження на світлодіодні модулі. По-друге, драйвер залишається доступним для обслуговування. По-третє, лінійний світильник відповідає геометрії тепличних грядок і дає змогу рівномірніше розподіляти світло по площі вирощування.
Для більш потужних систем розробили й виготовляють 600-ватний варіант . Залежно від спектра його ефективність становить 2,95–3,25 мкмоль/Дж, а PPF — приблизно 1800–1950 мкмоль/с. У ньому використовуються десять світлодіодних модулів, литі алюмінієві радіатори та винесені драйвери.
Проте самі характеристики світильника ще не дають відповіді, скільки таких приладів потрібно встановити в конкретній теплиці. Для цього треба розглядати всю систему.
КАРТА СВІТЛА
Під час проєктування враховують площу теплиці, ширину грядок, висоту підвісу, відстань між рядами, кількість світильників, PPF кожного світильника, оптичні характеристики, коефіцієнт використання світла та природну сонячну радіацію.
Наприклад, якщо світильник має PPF 850 мкмоль/с, це не означає, що всі 850 мкмоль/с потраплять на рослини. Частина світла втрачається через геометрію установки, оптичні втрати та освітлення зон, де рослини відсутні.
Тому в реальному проєкті спеціалісти «ІВК «АРДА» рекомендують рахувати не просто кількість світильників, а PPFD на площі вирощування. Саме карта PPFD дає змогу побачити, наскільки рівномірно система забезпечує рослини світлом і де можуть виникати зони дефіциту або надлишку.
LED дає змогу також краще керувати спектром. Для різних культур і фаз розвитку потреба у світлі може відрізнятися. Червону, синю, білу та дальньочервону складові спектра можна використовувати в різних співвідношеннях.
Тому сучасний LED-світильник — уже не просто джерело світла, а інструмент керування світловим середовищем рослини. Проте тут також важливо уникати крайнощів. Сам факт наявності «рожевого» або вузькоспектрального світильника не означає автоматично вищу врожайність. Спектр має відповідати культурі, фазі розвитку та загальній системі освітлення.
НАЙВАЖЛИВІШЕ — DLI
Для тепличника DLI є одним із найзручніших показників для оцінювання світлового режиму. Для оцінювання світлового режиму важливо враховувати не лише кількість фотонів, яку рослина отримує за секунду, а й їх сумарну кількість протягом доби. Тому потрібно враховувати і природне сонячне світло, і досвічування.
Наприклад, якщо взимку природного освітлення недостатньо для необхідної добової світлової дози, LED-система повинна компенсувати цей дефіцит. Такий підхід дає змогу перейти від запитання «скільки годин на добу вмикати лампи?» до іншого: «яку добову дозу світла повинна отримати рослина?».
Тому режим роботи LED бажано визначати не тільки таймером. Система керування може враховувати природне освітлення і, відповідно, змінювати роботу досвічування. Для господарства це означає, що освітлення можна використовувати не за фіксованим графіком, а відповідно до фактичної потреби рослини у світлі.
РАХУЄМО СПОЖИВАННЯ
Для порівняння беремо базовий сценарій: 100 світлових точок, 1800 годин роботи на рік, тариф 16,4 грн/кВт·год і горизонт п’ять років. Комплектна точка ДНаТ-600 коштує 4700 грн, разом — 470 тис. гривень. Розрахункова вартість LED-300 — 14 618 грн з ПДВ, але для еквівалентного світлового потоку за показником PPF потрібно 52 шт. Така кількість дає загальну вартість 760 136 грн. Отже, початковий CapEx (капітальні витрати на модернізацію) на придбання LED вищий на 290 тис. гривень.
Річна різниця в енергоспоживанні становить 90 720 кВт·год, або 1 487 808 грн за прийнятого тарифу. За п’ять років різниця між CapEx та витратами на електроенергію становить 7 148 904 грн, тобто близько 7,15 млн грн на користь LED. Сукупні витрати за п’ять років у цьому розрахунку приблизно на 70% нижчі.
І це ще без вартості приєднання. У наведених 3,063 млн гривень не враховано потенційну різницю у вартості приєднання електричної потужності, трансформатора або підстанції, зовнішніх і внутрішніх кабельних мереж, розподільчого обладнання, автоматики, проєктування та виконання технічних умов. Для 1000 світлових точок різниця в установленій потужності становитиме вже 660 кВт для ДНаТ проти 520 LED загальною потужністю 156 кВт. Для нового комплексу це може суттєво змінювати конфігурацію енергетичної інфраструктури.
Ці показники є модельним прикладом, а не універсальною гарантією. Реальний результат залежить від необхідного PPFD/DLI, кількості світильників, режиму роботи, тарифу, монтажу, теплового балансу та конкретної електричної інфраструктури господарства.
НЕ ЗАБУВАЄМО ПРО ТЕПЛО
ДНаТ віддає 70–75% теплової енергії і тільки 30– 25% світлової, а в ЛЕД ці показники відповідно 30–35% і 70–65%. Так, взимку натрієві лампи дають додаткові +2 °C в теплиці, але ж якою ціною. Влітку, навпаки, менше тепловиділення знижує навантаження на вентиляцію та охолодження. Тому економічний розрахунок має охоплювати не лише споживання електроенергії, а й сезонний тепловий баланс. Якщо після заміни ДНаТ на LED зменшилася потреба в електроенергії для освітлення, але зросла потреба в опаленні, частину отриманої економії буде втрачено.
Влітку ситуація інша. Менше тепловиділення від світильників може стати великою перевагою, оскільки зменшується навантаження на вентиляцію та охолодження. Отже, переваги LED протягом року можуть бути різними, і це також потрібно враховувати в економічній моделі.
ЯК РАХУВАТИ ОКУПНІСТЬ
Експерти ТОВ «ІВК «АРДА» радять тепличникам робити три окремі розрахунки.
Перший — економія електроенергії. Визначаємо різницю між споживанням ДНаТ і LED, множимо її на години роботи та тариф.
Другий — додатковий економічний ефект від продукції. Тут потрібно бути обережним. Не можна автоматично вважати, що сама заміна ламп дасть певний гарантований приріст урожайності. На врожайність одночасно впливають світло, температура, CO₂, живлення, вода, сорт, вологість, захист рослин і технологія вирощування.
Тому правильніше розглядати щонайменше три сценарії — консервативний, базовий та оптимістичний. У кожному сценарії прогнозований результат від освітлення буде різним.
Третій — загальна економіка проєкту. До економії на електроенергії враховуємо можливу зміну врожайності та віднімаємо вартість LED-системи, монтаж, можливу модернізацію електромережі й додаткові витрати на опалення взимку. Після цього можна визначати реальний строк окупності.
Такий підхід важливий ще й тому, що заміна освітлення — це інвестиція не тільки в обладнання. Господарство змінює режим роботи всієї тепличної системи, тому рахувати потрібно сукупний результат.
ПЕРЕД МОДЕРНІЗАЦІЄЮ
До того, як закупити обладнання, я б рекомендував пройти такий алгоритм:
1. Визначити фактичну потужність наявної системи ДНаТ.
2. Виміряти або розрахувати наявний PPFD.
3. Визначити необхідний DLI для культури.
4. Розрахувати необхідну кількість і потужність LED.
5. Зробити карту PPFD за площею теплиці.
6. Перевірити можливість використання наявних конструкцій для підвішування.
7. Перевірити електромережу.
8. Оцінити вплив переходу на LED на зимовий тепловий баланс.
9. Розрахувати економію електроенергії.
10. Окремо оцінити можливий вплив на врожайність і тільки після цього визначати строк окупності.
Такий порядок дає змогу не починати модернізацію з вибору конкретного світильника. Спочатку визначають потреби теплиці, а вже потім підбирають обладнання, його потужність, кількість, спектр і схему розміщення.
КЕРОВАНЕ ОСВІТЛЕННЯ
Сьогодні ми вже переходимо від поняття «тепличне освітлення» до поняття «керування світловим середовищем рослини». LED-технологія дає для цього значно більше можливостей, ніж традиційні натрієві лампи.
Однак максимальний ефект можна отримати лише тоді, коли світильник, його спектр, потужність, оптика, висота підвісу, схема розміщення та режим роботи розглядають як єдину систему.
Для українських тепличних господарств особливо цікавим може бути не будівництво нових теплиць, а поступова модернізація вже наявних комплексів. LED дає змогу впроваджувати таку модернізацію поетапно, перевіряючи результат безпосередньо у виробничих умовах.
Тому остаточну відповідь на питання «чи варто переходити з ДНаТ на LED?» не дасть ні рекламний буклет, ні ціна одного світильника. Її має дати розрахунок конкретної теплиці — у мікромолях, кіловат-годинах, кілограмах продукції та гривнях.
*Технічні характеристики 300та 600-ватних світильників у тексті наведені на основі характеристик виробів автора.
Плантатор
