Сегодня для ускорения роста растений, увеличения урожая в тепличных хозяйствах, выращивания рассады в городских квартирах применяют специальные лампы, которые называют фитолампами. Авторы статьи предлагают вариант подобной лампы, которую можно изготовить своими руками.
У современных городских жителей в последнее время наблюдается интерес к домашнему садоводству. Причём это носит уже не сезонный характер, а становится круглогодичным увлечением. При всём изобилии самых экзотических фруктов и овощей в наших магазинах практически круглый год хочется иногда и просто обычной зелени, которую любители привыкли выращивать у себя на даче с ранней весны и до поздней осени. Конечно, и зелень тоже продаётся в супермаркетах. Но, во-первых, ассортимент этой зелени весьма ограничен. А во-вторых, цены на неё зимой и ранней весной кусаются. Эти факты, а также желание вырастить что-то своё, особенное, и побуждают любителей сооружать на балконах и лоджиях, а иногда и просто на подоконниках мини-сады и грядки. И если проблемы с семенами и удобрениями в последние годы практически решены, то проблема освещения всё ещё остаётся актуальной. Специальные лампы для растений получили название фитоламп. В своё время специальные фитолампы были изобретены для космонавтов для выращивания растений на орбитальных станциях. Предполагалось также, что опыт выращивания растений будет применён в дальних космических полётах. Первоначально в качестве источников света использовались люминесцентные лампы с различными напылениями на внутренней стороне колб для получения нужного спектра. В дальнейшем фитолампы стали проектировать на основе светодиодов, что оказалось удобнее и проще, поскольку сейчас есть светодиоды любого спектра, включая инфракрасный и ультрафиолетовый.
Известно, что растения из всего спектра практически не поглощают зелёный свет (они его отражают, поэтому сами растения - зелёные), а поглощают красный и синий. Поэтому в фитолампах, как правило, применяют именно синие и красные светодиоды с различной длиной волны (от красного до инфракрасного и от синего до ультрафиолетового).
Все современные светодиодные фитолампы можно условно разделить на две группы. К первой можно отнести фитолампы с одним типом светодиодов в конструкции (красный, синий, жёлтый, инфракрасный, ультрафиолетовый и т. д.). Ко второй группе относятся фитолампы, имеющие в своём составе несколько типов светодиодов (как правило - синие и красные в разной пропорции). Как правило, первый тип фитоламп широко применяется в больших тепличных хозяйствах, где необходимо варьировать спектр освещения растений в зависимости от степени созревания. Дело в том, что для определённых стадий роста растения ему необходим разный тип освещения. Кстати, это позволяет ускорить или замедлить рост растений, что бывает полезно (а иногда и необходимо) в промышленных условиях.
Второй тип фитоламп применяется в небольших теплицах и в домашних условиях. Поэтому возникает проблема соотношения числа светодиодов в фитолампе. В разных источниках указывается различное соотношение светодиодов, но наиболее часто встречающиеся рекомендации следующие. Наиболее оптимальным считается соотношение красных светодиодов и синих четыре к одному. Синий цвет влияет, в основном, на корневую систему - так, во всяком случае написано в большинстве источников. А красный влияет на рост верхней части растений, а именно стеблей и листьев. Добавление небольшого количества жёлтого цвета ускоряет плодообразование и влияет на сами плоды.
Используемые светодиоды различных спектров предназначены для работы в качестве самодостаточных источников, а также как дополнительное освещение к солнечному свету или другим источникам света, где это возможно.
Пики излучения приходятся на красный спектр с длиной волны 660 нм и синий 450 нм. Причём красного цвета должно быть в три-четыре раза больше.
Универсальное сочетание красных и синих светодиодов в вышеуказанном соотношении подходит для различных видов растений на протяжении всего цикла роста и содержит высокую долю красного цвета, который стимулирует фотосинтез в вегетативной стадии роста и способствует цветению. Красный цвет имеет высокую эффективность фотонов. Но это не лучший вариант для единственного источника света на вегетативной стадии роста. Используется больше как дополнительный источник в сочетании с естественным солнечным светом.
Вариант с соотношением красных и синих светодиодов два к одному больше всего подходит для прорастания растений и их цветения. Этот спектр даёт быстрый старт растений на стадии рассады. Он также даёт лучшие результаты среди всех цветущих растений. Подобные лампы рекомендуют использовать в гроубоксах, в камерах прорастания, вегетариях и при выращивании цветочной продукции, они помогают в формировании большого числа соцветий и междоузлий. Многие производители считают, что такой спектр лучше всего подходит для рассады. Такие фитолампы позволяют добиться коренастых растений с коротким межузловым расстоянием, они весьма желательны на стадии всходов. Их рекомендуют для выращивания рассады до трансплантации, пересадки или пикирования. Они отлично подходят для вегетативного
роста, имеют больше энергии в синей области и обеспечивают быстрый рост вегетативной массы. Большое количество синего света позволяет сделать растения более карликовыми и пышными. Рекомендуется для производства листовых зелёных овощей.
Вероятно, наиболее оптимальным будет вариант с применением нескольких видов ламп в зависимости от стадии роста растений. А результат можно будет проверить экспериментально.
Промышленность выпускает много видов фитоламп с различным спектром и различной мощности. К сожалению, подобрать нужную лампу не так просто, да и цены на них достаточно высоки. Но зато есть возможность спроектировать и изготовить фитолампу с нужными характеристиками самостоятельно, тем более что для этого теперь есть всё необходимое в свободном доступе.
Рис. 1. Схема блока питания самодельной фитолампы
Схема блока питания (его нередко называют драйвером) самодельной фитолампы приведена на рис. 1. Основа устройства - микросхема LNK306, включённая по схеме стабилизатора тока. Стабилизируемый ток задаёт резистор R4. Сопротивление резистора (в омах) вычисляют по формуле
R4 = 2/I0,
где I0 - ток через светодиоды (в амперах).
Входное напряжение для фитолампы - от 85 до 265 В постоянного или переменного тока. Если предполагается питание лампы от источника постоянного напряжения, то входной диодный мост VD1 можно исключить. Поскольку преобразователь работает на высокой частоте (более 60 кГц), желательно, чтобы конденсатор С4 был с малым эквивалентным последовательным сопротивлением - группы Low ESR. Дроссель L2 должен быть рассчитан на ток, как минимум в 2,5...3 раза превышающий выходной ток драйвера. Диод VD2 должен быть обязательно быстродействующим.
Рис. 2. Чертёж платы фитолампы
Рис. 3. Расположение элементов на плате фитолампы
Лампа собрана на плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 2, а расположение элементов - на рис. 3. На одной стороне платы размещены светодиоды, включённые последовательно, на другой - драйвер. Фольга с обеих сторон оставлена для улучшения теплоотдачи от светодиодов и драйвера. Для компактности в драйвере применены элементы для поверхностного монтажа. Конденсаторы С3, С5 и резисторы R2-R4 типоразмера 1206, а резистор R1 - типоразмера 1210. Конденсаторы С1 и С2 - обычные выводные К50-35 или аналогичные импортные. Их монтируют параллельно поверхности платы, тщательно заизолировав корпус, чтобы не произошло замыкание печатных проводников. Конденсатор С4 - ECAS (MURATA). Номинальное напряжение конденсатора С5 должно быть не менее падения напряжения на светодиодах. Замена диода SS24 - MBRS340T3G или выводной UF4005. Дроссели - B82464G4105M или аналогичные выводные. На рис. 4 показан вариант собранной платы источника питания фитолампы с использованием выводных деталей для монтажа в отверстия, а на рис. 5 - внешний вид самодельной фитолампы.
Рис. 4. Вариант собранной платы источника питания фитолампы
Рис. 5. Внешний вид самодельной фитолампы
Резистор R1 ограничивает пусковой ток зарядки конденсаторов С1 и С2 до безопасного уровня. Кроме того, он выполняет функцию предохранителя в случае аварийной ситуации, когда какой-либо элемент выходит из строя, поэтому желательно, чтобы этот резистор был невозгораемый. При комплектовании состава лампы из светодиодов разного типа необходимо подбирать их по току, поскольку светодиоды включены последовательно. Если применить светодиоды с различными номинальными токами, необходимо переделать рисунок печатной платы и пересчитать номиналы элементов (прежде всего резистора R4). На схеме сопротивление резистора R4 указано для 24 светодиодов с соотношением красных и синих два к одному и тока около 40 мА.
Авторы: А. Баширов, С. Баширов, г. Москва