RU2811128C1 - Greenhouse lighting method - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to controlling operating modes of lighting equipment in industrial greenhouses with mixed (hybrid) types of light sources. The method consists in the fact that information about the current state of illumination comes from light sensors to a control device, which compares it against the value of illumination that is optimal for the given period of time, the crop being grown and the phase of its development, determines the adjustments necessary to bring the value of the current illumination (irradiance) in accordance with the optimal value for the given period of time, and sends the appropriate instructions for adjustments to the actuators. In this case, illumination is set in accordance with the phases of dawn, daylight and the phase of sundown (sunset) using a set of high-pressure sodium lamps (HPSL) and light-emitting diodes (LEDs), the luminous flux of which in total corresponds to the illumination optimal for the crop grown in the greenhouse. Lighting corresponding to the dawn phase begins by turning on the LED, gradually increasing the illumination from 0 to ≤50% of the required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the LED power within of time t_{1 ,} where time t₁ is the duration of dawn time. After that, the HPSL are turned on, while at the same time LED power is reduced to 0. LED power is then gradually increased again from 0 to providing 50% of the required illumination for the greenhouse crop by increasing LED power over of time t₁. At the same time, the total power of LEDs and HPSLs provides the optimal illumination value for the given period of time, the crop being grown, and the phase of its development. Next, the set illumination is maintained for time t₂ corresponding to the duration of the day phase. Then they go into the phase of simulating sundown (sunset), first reducing LED power to 0 for of time t₃, which is the duration of sunset time. Next, the HPSLs are simultaneously turned off and the LEDs are turned on at the power that provides 50% of the specified illumination, after which it is reduced to 0 within of time t₃.

EFFECT: invention ensures illumination of plants that corresponds to natural light cycles using artificial light sources, including dawn/sunset modes, at the specified time of year while optimizing lighting costs.

6 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к методам управления режимами работы светотехнического оборудования в промышленных теплицах со смешанным (гибридным) типом источников света.The invention relates to the field of agriculture, in particular to methods for controlling the operating modes of lighting equipment in industrial greenhouses with mixed (hybrid) types of light sources.

Успех в производстве тепличных растений во многом зависит от качества основных факторов для любой культуры - климата, питания и света. Освещение в теплице, как и климат и своевременный полив, обуславливает развитие растительных клеток, рост побегов, цветение и своевременное плодоношение. Растения требуют соответствующее количество света (его интенсивности), качества света (определенного спектра), длительности светового дня (фотопериод). От того, как будет растение обеспечено светом, насколько он будет соответствовать требуемому для роста растений в соответствии с свойствами и природным факторам, настолько высок будет получаемый результат.Success in the production of greenhouse plants largely depends on the quality of the main factors for any crop - climate, nutrition and light. Lighting in a greenhouse, as well as climate and timely watering, determines the development of plant cells, shoot growth, flowering and timely fruiting. Plants require the appropriate amount of light (its intensity), quality of light (certain spectrum), and length of daylight hours (photoperiod). Depending on how the plant is provided with light, how well it corresponds to what is required for plant growth in accordance with the properties and natural factors, the result will be so high.

Используемые понятия и определенияConcepts and definitions used

Асинхронный принцип управления - основан на использовании переменного такта. Время выполнения одного такта меняется при выполнении арифметических операций. В ЭКВМ с асинхронным принципом управления переход к следующему такту (цифровому периоду) зависит от необходимости выполнения (или невыполнения) коррекции в предыдущем такте. Время цикла, отведенное для выполнения любой операции, переменно и может быть разным даже при выполнении одной и той же операции (https://www.ngpedia.ru/id319926p1.html).Asynchronous control principle - based on the use of a variable clock. The execution time of one cycle changes when performing arithmetic operations. In a computer with an asynchronous control principle, the transition to the next clock cycle (digital period) depends on the need to perform (or not perform) correction in the previous clock cycle. The cycle time allotted for performing any operation is variable and can be different even when performing the same operation (https://www.ngpedia.ru/id319926p1.html).

Восходом и заходом солнца называют время, когда над горизонтом показывается или исчезает верхняя точка солнечного диска.Sunrise and sunset are the times when the top point of the sun's disk appears or disappears above the horizon.

Гибридное освещение - данное определение является условными, под которым понимается освещение, создаваемое совокупностью светильников на натриевых лампах высокого давления (НЛВД) и светильников на основе светоизлучающих диодов (СИД).Hybrid lighting - this definition is conditional, which means lighting created by a combination of luminaires using high-pressure sodium lamps (HPS) and luminaires based on light-emitting diodes (LEDs).

Датчик света - это фотоэлектрический прибор, который преобразует световую энергию или фотоны (от инфракрасного до ультрафиолетового спектра) в электрический (электронный) сигнал. Световой датчик генерирует электрический выходной сигнал, имеющий параметры, соответствующие входящей световой энергии. Датчики света также называют фотодатчиками или фотоэлектрическими датчиками (ru.lambdageeks.com).A light sensor is a photoelectric device that converts light energy or photons (from the infrared to ultraviolet spectrum) into an electrical (electronic) signal. The light sensor generates an electrical output signal having parameters corresponding to the incoming light energy. Light sensors are also called photosensors or photoelectric sensors (ru.lambdageeks.com).

Датчик освещенности - это пассивный датчик, которой используется для определения интенсивности светового потока на определенной площади путем измерения падающей на датчик энергии, которая существует в определенном диапазоне частот (длин волн). Диапазон частот (длины волн), которые используются для обнаружения с помощью датчика, находятся от инфракрасного, через видимый и до ультрафиолетового диапазоны спектра.A light sensor is a passive sensor that is used to determine the intensity of light flux in a certain area by measuring the energy incident on the sensor, which exists in a certain range of frequencies (wavelengths). The range of frequencies (wavelengths) that are used for detection by the sensor are from the infrared, through the visible and up to the ultraviolet spectrum.

Долгота дня (фотопериод) - промежуток времени между восходом солнца и его заходом, в течение которого хотя бы часть солнечного диска находится над горизонтом.Day length (photoperiod) is the period of time between sunrise and sunset during which at least part of the solar disk is above the horizon.

Закат - вечернее время, предшествующее заходу солнца. Рассвет проявляется постепенным повышением освещённости окружающей среды за счёт приближающегося восхода (подъёма солнечного диска относительно линии горизонта). Закат проявляется постепенным уменьшением освещённости окружающей среды за счёт приближающегося захода (опускания солнечного диска относительно линии горизонта). В умеренных широтах рассвет и закат длятся около двух часов (https://union-z.ru/articles/voshod-solntsa-i-rassvet-v-chem-raznitsa.html).Sunset is the evening time before sunset. Dawn is manifested by a gradual increase in the illumination of the environment due to the approaching sunrise (the rise of the solar disk relative to the horizon). Sunset is manifested by a gradual decrease in the illumination of the environment due to the approaching sunset (lowering of the solar disk relative to the horizon). In temperate latitudes, dawn and sunset last about two hours (https://union-z.ru/articles/voshod-solntsa-i-rassvet-v-chem-raznitsa.html).

Исполнительное устройство - функциональный элемент системы автоматического управления, который воздействует на объект управления путем передачи соответствующих команд (Википедия, ru.wikipedia.org).An actuator is a functional element of an automatic control system that influences the control object by transmitting appropriate commands (Wikipedia, ru.wikipedia.org).

Количество, или интенсивность, света можно измерить, определяется плотностью фотонного потока (ПФП). Оказывает большое влияние на биомассу растения и темпы роста. (По материалам компании OSRAM Opto Semiconductor, shttp://lightingmedia.ru›netcat_files/File/32(15).pdf.)The amount, or intensity, of light can be measured, determined by the photon flux density (PFD). It has a great influence on plant biomass and growth rates. (Based on materials from OSRAM Opto Semiconductor, shttp://lightingmedia.ru›netcat_files/File/32(15).pdf.)

Люксы - это освещённость на 1 м² поверхности при световом потоке в 1 люмен.Lux is the illumination per 1 ^m2 of surface with a luminous flux of 1 lumen.

Максимально требуемая освещенность сельскохозяйственной культуры - освещенность, необходимая для обеспечения роста сельхозкультур в соответствии с их свойствами и природными факторами.Maximum required illumination of an agricultural crop - illumination necessary to ensure the growth of crops in accordance with their properties and natural factors.

Максимально требуемая освещенность, обеспечиваемая осветительными приборами, - освещенность, устанавливаемая в теплице, которая в совокупности с естественным освещением или без него обеспечивает необходимую для роста сельхозкультур освещенность в соответствии с их свойствами и природными факторами.The maximum required illumination provided by lighting devices is the illumination installed in the greenhouse, which, together with or without natural lighting, provides the illumination necessary for the growth of crops in accordance with their properties and natural factors.

Натриевая лампа высокого давления (НЛВД) - электрический источник света, светящимся телом которого служат пары натрия с газовым разрядом в них. Лампы дают яркий оранжево-жёлтый свет. Являются одним из самых эффективных электрических источников света. Светоотдача натриевых ламп высокого давления достигает 150 люмен/ватт. Срок службы натриевой лампы - до 28,5 тыс. часов.A high-pressure sodium lamp (HPS) is an electric light source whose luminous body is sodium vapor with a gas discharge in them. The lamps produce a bright orange-yellow light. They are one of the most efficient electric light sources. The light output of high-pressure sodium lamps reaches 150 lumens/watt. The service life of a sodium lamp is up to 28.5 thousand hours.

Работа НЛВД в «идеальном режиме» - в данном описании понимается режим мгновенного выхода лампы на рабочую мощность при ее включении.NLVD operation in “ideal mode” - in this description we mean the mode of instantaneous output of the lamp to operating power when it is turned on.

Облученность - физическая величина, характеризует поверхностную плотность мощности излучения, падающего на поверхность. Количественно равно отношению потока излучения, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка. Или облучённость - это количество фотонов, которое за определённое время попадает на небольшую поверхность (https://babylonzoo.blog/optics/irradiance.html).Irradiance is a physical quantity that characterizes the surface power density of radiation incident on the surface. Quantitatively equal to the ratio of the radiation flux incident on a small area of the surface to the area of this area. Or irradiance is the number of photons that hit a small surface over a certain time (https://babylonzoo.blog/optics/irradiance.html).

Освещенность - это мера того, сколько светового потока распределено по данной площади. Можно рассматривать световой поток (измеряемый в люменах) как меру общего «количества» присутствующего видимого света, а освещенность - как меру интенсивности освещения поверхности. Освещенность - отношение светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади σ этой поверхности.Illuminance is a measure of how much luminous flux is distributed over a given area. You can think of luminous flux (measured in lumens) as a measure of the total "amount" of visible light present, and illuminance as a measure of the intensity of illumination of a surface. Illuminance - ratio luminous flux Ф falling on a surface to the area σ of this surface.

Рассвет - раннее утреннее время, предшествующее началу восхода солнца.Dawn is the early morning time preceding the start of sunrise.

Свет - электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 760 нм, воспринимаемое глазом. В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом называют любое оптическое излучение, т.е. такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения. (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82.)Light is electromagnetic radiation with a wavelength from 380 to 760 nm, perceived by the eye. In a broad sense, used outside of physical optics, light is any optical radiation, i.e. such electromagnetic radiation, the wavelengths of which lie in the range with approximate boundaries from units of nanometers to tenths of a millimeter. In this case, the concept of “light” includes, in addition to visible radiation, both infrared and ultraviolet radiation. (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82.)

Световая энергия - часть энергии электромагнитного излучения, воспринимаемая человеческим глазом или другими приёмником света (Большая советская энциклопедия).Light energy - part of the energy of electromagnetic radiation perceived by the human eye or other light receiver (Great Soviet Encyclopedia).

Световой поток - физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени (Википедия, ru.wikipedia.org). Световой поток - это мощность видимого света, измеряется в люменах (Lm) (https://alexled.ru/articles/chto-takoe-svetovoj-potok-svetodiodnyh-lamp.html).Luminous flux is a physical quantity that characterizes the amount of “light” power in the corresponding radiation flux, where luminous power is understood as light energy transferred by radiation through a certain surface per unit of time (Wikipedia, ru.wikipedia.org). Luminous flux is the power of visible light, measured in lumens (Lm) (https://alexled.ru/articles/chto-takoe-svetovoj-potok-svetodiodnyh-lamp.html).

Силой света называется световой поток, рассчитанный на телесный угол, равный стерадиану, т.е. отношение светового потока Ф, заключенного внутри телесного угла Ω, к этому углу: $$I=\frac{\Phi }{\Omega }$$ By the power of light is called a luminous flux calculated for a solid angle equal to a steradian, i.e. the ratio of the luminous flux Ф contained within the solid angle Ω to this angle: $$I=\frac{\Phi }{\Omega }$$

Фотонный поток (ФП) - это количество фотонов, измеряемое в мкмоль/с, которое испускает источник света, а плотность фотонного потока (ПФП) - это количество фотонов, которое получает растение.Photon flux (FP) is the number of photons, measured in µmol/s, that are emitted by a light source, and the photon flux density (PFP) is the number of photons that the plant receives.

Фотосинтетически активная радиация, или сокращённо ФАР, - часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения.Photosynthetically active radiation, or PAR for short, is part of the solar radiation reaching biocenoses in the range from 400 to 700 nm, used by plants for photosynthesis. This part of the spectrum more or less corresponds to the region of visible radiation.

Фотосинтетический фотонный поток (ФФП) - суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с).Photosynthetic photon flux (PPF) is the total number of photons emitted per second in the wavelength range from 400 to 700 nm (μmol/s).

Предыдущий уровень техникиPrevious State of the Art

Известны теплицы с искусственным освещением, позволяющим компенсировать недостаток или отсутствие естественного освещения. Выбор конкретного спектра ламп для искусственного освещения производится в соответствии с сортом выращиваемой флоры и требуемого результата. На практике лампы освещения могут содержать сразу несколько спектров, что расширяет их функциональность. В случае полного отсутствия естественного света интенсивность подсветки лампами должна обеспечивать суточную норму для обитателей теплицы. Поэтому здесь используются разные комбинации приборов освещения.Greenhouses with artificial lighting are known to compensate for the lack or absence of natural light. The choice of a specific spectrum of lamps for artificial lighting is made in accordance with the variety of flora being grown and the desired result. In practice, lighting lamps can contain several spectra at once, which expands their functionality. In the case of a complete absence of natural light, the intensity of illumination by lamps should provide the daily norm for the inhabitants of the greenhouse. Therefore, different combinations of lighting devices are used here.

Такие комбинации ламп должны обеспечить освещенность теплицы, приближенную к естественной.Such combinations of lamps should provide illumination of the greenhouse close to natural.

Известна «Гибридная осветительная установка» (патент РФ № 2723953, опубл. 18.06.2020), верхнее освещение в которой обеспечивается натриевыми лампами, нижнее - светодиодными, обеспечивая суммарную облученность средней части шпалеры. Данная установка обеспечивает требуемое количество света (его интенсивности), качества света (определенный спектр), но не обеспечивает соответствие длительности светового дня (фотопериод) и соответствие освещенности его особенностям.The “Hybrid Lighting Installation” is known (RF patent No. 2723953, published on June 18, 2020), the top lighting in which is provided by sodium lamps, the bottom by LED lamps, providing the total irradiance of the middle part of the trellis. This installation provides the required amount of light (its intensity), the quality of light (a certain spectrum), but does not ensure compliance with the duration of daylight hours (photoperiod) and compliance of illumination with its characteristics.

Известно «Устройство освещения выращиваемых растений» (патент РФ № 185944, опубл. 25.12.2018), в соответствии с которым система освещения выращиваемых растений, содержащая натриевые лампы высокого давления с источниками их питания и осветителями, может содержать светодиодные лампы, система освещения включает систему управления, которая содержит блок регулировки потребляемой по меньшей мере частью ламп мощности источника питания в интервале от 50% до 250% номинального значения потребляемой мощности, предпочтительно от 70% до 160% номинального значения, и/или блок независимого выключения лампы и/или группы ламп. Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения освещенности, соответствующей режимам естественной освещенности - рассвет/закат, а также низкая надежность, обусловленная превышением предусмотренных рабочих показателей используемых ламп.It is known “Device for lighting grown plants” (RF patent No. 185944, published on December 25, 2018 ), according to which the lighting system for grown plants, containing high-pressure sodium lamps with their power sources and illuminators, may contain LED lamps, the lighting system includes a system control unit, which contains a unit for adjusting the power consumed by at least part of the lamps of the power source in the range from 50% to 250% of the rated value of power consumption, preferably from 70% to 160% of the rated value, and/or a unit for independently turning off the lamp and/or group of lamps . The disadvantage of this device is the inability to provide illumination corresponding to the natural light modes - dawn/sunset, as well as low reliability due to exceeding the specified performance indicators of the lamps used.

Известно изобретение «Регулирующее устройство для теплицы» (патент РФ №2448455, опубл. 27.04.2012). Регулирующее устройство для теплицы содержит компьютерный управляющий элемент, осветительный элемент и по меньшей мере один детекторный элемент, в котором осветительный элемент и детекторный элемент связаны с компьютерным управляющим элементом. Осветительный элемент содержит по меньшей мере одно светоизлучающее устройство, излучающее свет, который освещает растение, произрастающее в теплице. При этом детекторный элемент измеряет парциальное давление кислорода в теплице, а количество света, излучаемое светоизлучающим устройством, регулируется компьютерным управляющим элементом в зависимости от измеренного парциального давления кислорода. Светоизлучающим устройством может являться светодиод, органический светодиод, газоразрядная лампа, высокоинтенсивная газоразрядная лампа, лампа накаливания, флуоресцентная лампа, натриевая лампа повышенного давления или сочетание всего перечисленного. Однако данные способ и устройство не обеспечивают создание освещенности, соответствующей естественному освещению, требуемому для выращивания при оптимизации затрачиваемых средств на освещение.The invention “Regulating device for a greenhouse” is known (RF patent No. 2448455, published on April 27, 2012). A control device for a greenhouse includes a computer control element, a lighting element, and at least one detector element, wherein the lighting element and the detector element are coupled to the computer control element. The lighting element contains at least one light-emitting device that emits light that illuminates a plant growing in the greenhouse. In this case, the detector element measures the partial pressure of oxygen in the greenhouse, and the amount of light emitted by the light emitting device is adjusted by a computer control element depending on the measured partial pressure of oxygen. The light emitting device may be an LED, organic LED, HID lamp, HID lamp, incandescent lamp, fluorescent lamp, high pressure sodium lamp, or a combination thereof. However, this method and device do not provide the creation of illumination corresponding to the natural light required for cultivation while optimizing the money spent on lighting.

Известно изобретение «Система облучения растений в теплице» (патент РФ №2725003, опубл. 29.06.2020). Система облучения растений в теплице содержит в качестве основных источников света натриевые лампы, а в качестве дополнительных - светодиодные светильники с комбинацией нескольких типов светодиодов, максимумы излучения которых лежат в пределах синего 400-500 нм и дальнекрасного 700-800 нм спектральных диапазонов, и отличается тем, что пики излучения синих светодиодов приходятся на длины волн 440-460 нм и 480-490 нм, количество основных источников света в теплице равно количеству дополнительных. Данная установка обеспечивает требуемое количество света (его интенсивности), качества света (определенный спектр), но не обеспечивает соответствие длительности светового дня (фотопериоду), а также соответствие освещенности особенностям светового дня.The invention “System for irradiating plants in a greenhouse” is known (RF patent No. 2725003, published 06/29/2020). The plant irradiation system in the greenhouse contains sodium lamps as the main light sources, and LED lamps with a combination of several types of LEDs, the emission maxima of which lie within the blue 400-500 nm and far-red 700-800 nm spectral ranges, and differs in that that the peaks of blue LED radiation occur at wavelengths of 440-460 nm and 480-490 nm, the number of main light sources in the greenhouse is equal to the number of additional ones. This installation provides the required amount of light (its intensity), the quality of light (a certain spectrum), but does not ensure compliance with the duration of daylight hours (photoperiod), as well as compliance of illumination with the characteristics of daylight hours.

Известна полезная модель «Высокая грядка-теплица» (патент РФ № 207703, опубл. 12.11.2021), в соответствии с которой в теплице установлена наряду с другим оборудованием лампа (18) освещения, управляемая датчиком освещенности (19), позволяющим поддерживать необходимый уровень освещения в зависимости от времени года. Все датчики синхронизированы с центральным сервером (20), который и осуществляет контроль состояния освещенности. Однако данная система не позволяет обеспечить соответствие освещенности времени суток с учетом рассвета и заката и оптимальные показатели.The useful model “High bed-greenhouse” is known (RF patent No. 207703, published on November 12, 2021), according to which in the greenhouse Along with other equipment, a lighting lamp (18) is installed, controlled by a light sensor (19), which allows maintaining the required level of illumination depending on the time of year. All sensors are synchronized with a central server (20), which monitors the lighting state. However, this system does not allow the illumination to correspond to the time of day, taking into account dawn and sunset, and optimal indicators.

Техническим результатом заявляемого технического решения является обеспечение с помощью искусственных источников света освещенности растений, соответствующей естественным циклам освещенности, включая режимы рассвет/закат, в установленное время года при оптимизации затрат на освещение.The technical result of the proposed technical solution is to provide, with the help of artificial light sources, illumination of plants corresponding to natural light cycles, including dawn/sunset modes, at the specified time of year while optimizing lighting costs.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе освещения теплиц информация о текущем состоянии освещенности поступает от датчиков света в устройство управления, которое сопоставляет полученную информацию со значением освещенности, оптимальным для данного периода времени, выращиваемой культуры и фазы ее развития, определяет коррективы, необходимые для приведения значения текущей естественной освещенности в соответствие с оптимальным значением для данного периода времени, и направляет соответствующие указания о коррективах на исполнительные устройства, связанные с осветительными элементами, освещенность устанавливают в соответствии с фазами рассвета, дневного состояния и фазой захода солнца (заката) с помощью осветительных элементов, состоящих из совокупности натриевых ламп высокого давления (НЛВД) и светоизлучающих диодов (СИД), максимальный световой поток которых в сумме соответствует максимальной освещенности для выращиваемой в теплице культуры; освещение, соответствующее фазе рассвета, начитают с включения СИД, постепенно увеличивая освещенность с 0 до 50% от требуемой освещенности для выращиваемой в теплице культуры путем увеличения мощности СИД в течение времени t ₁ , после чего включают НЛВД, при этом одновременно уменьшают мощность СИД до 0, после чего мощность СИД повторно постепенно увеличивают с 0 до обеспечения 50% от требуемой освещенности для выращиваемой в теплице культуры путем увеличения мощности СИД в течение времени t ₁ , при этом суммарная мощность СИД и НЛВД обеспечивает оптимальное значение освещенности для данного периода времени, выращиваемой культуры и фазы ее развития, где время t ₁ является продолжительностью времени рассвета, далее поддерживают установленную освещенность в течение времени t ₂ , соответствующего продолжительности времени дневной фазы, после чего переходят в фазу имитации захода солнца (заката), сначала снижая мощность СИД до 0 в течение времени t ₃ , являющегося продолжительностью времени заката, после чего производят одновременное выключение НЛВД и включение СИД на мощность, обеспечивающую 50% от установленной освещенности, после чего ее снижают до 0 в течение времени t ₃ .This technical result is achieved by the fact that in the method of lighting greenhouses, information about the current state of illumination comes from light sensors to a control device, which compares the received information with the illumination value that is optimal for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, and determines the adjustments necessary for bringing the value of the current natural illumination in accordance with the optimal value for a given period of time, and sends appropriate instructions about adjustments to the actuators associated with the lighting elements, the illumination is set in accordance with the phases of dawn, daylight and the phase of sunset (sunset) using lighting elements consisting of a set of high-pressure sodium lamps (HPS) and light-emitting diodes (LEDs), the maximum luminous flux of which in total corresponds to the maximum illumination for the crop grown in the greenhouse; lighting corresponding to the dawn phase begins by turning on the LED, gradually increasing the illumination from 0 to 50% of the required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the LED power during timet ₁ ,after which the NLVD is turned on, while at the same time the LED power is reduced to 0, after which the LED power is gradually increased again from 0 to providing 50% of the required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the LED power for timet ₁ , at the same time, the total power of the LED and NLVD provides the optimal illumination value for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, where timet ₁ is the duration of dawn time, then maintain the set illumination during the timet ₂ , corresponding to the duration of the daytime phase, after which they move into the phase of simulating sunset (sunset), first reducing the LED power to 0 for timet ₃ , which is the duration of the sunset time, after which the NLVD is simultaneously turned off and the LED is turned on at a power that provides 50% of the set illumination, after which it is reduced to 0 within timet ₃ .

Способ может содержать включение НЛВД и постепенное уменьшение при этом мощности СИД до 0 с момента включения НЛВД в течение времени достижения НЛВД максимального значения светового потока с момента его включения. Максимальное значение светового потока НЛВД с момента его включения достигается к середине времени длительности рассвета. Фазе рассвета соответствует фаза включения освещения, а фазе захода солнца соответствует фаза выключения освещения. Спектр освещения, производимого совокупностью НЛВД и СИД, приближен к спектру освещения, оптимальному для конкретного растения. Уменьшение или увеличение освещенности (облученности) осуществляют уменьшением или увеличением мощности СИД.The method may include turning on the NLHD and gradually reducing the LED power to 0 from the moment the NLHD is turned on during the time the NLHD reaches the maximum value of the luminous flux from the moment it is turned on. The maximum value of the luminous flux of the NLVD from the moment it is turned on is reached in the middle of the duration of dawn. The dawn phase corresponds to the lighting switch-on phase, and the sunset phase corresponds to the lighting switch-off phase. The spectrum of lighting produced by the combination of low-pressure LEDs and LEDs is close to the spectrum of lighting that is optimal for a particular plant. Reducing or increasing illumination (irradiance) is carried out by decreasing or increasing the LED power.

Заявленное изобретение поясняется фигурами графических изображений, где:The claimed invention is illustrated by graphic figures, where:

Фиг. 1 - блок-схема установки, предназначенной для реализации способа.Fig. 1 is a block diagram of an installation designed to implement the method.

Фиг. 2 - график включения освещения: выход на режим рассвета с переходом в дневной режим, режим заката, работа СИД.Fig. 2 - lighting switching schedule: entering dawn mode with transition to day mode, sunset mode, LED operation.

Фиг. 3 - график включения освещения: выход на режим рассвета с переходом в дневной режим, режим заката, график работы НЛВД.Fig. 3 - lighting switching schedule: entering dawn mode with transition to daytime mode, sunset mode, NLVD operating schedule.

Фиг. 4 - график включения освещения: выход на режим рассвета с переходом в дневной режим, режим заката, суммарный график освещенности от СИД и НЛВД в «идеальном режиме».Fig. 4 - lighting switching schedule: exit to dawn mode with transition to day mode, sunset mode, total illumination graph from LED and NLVD in “ideal mode”.

Фиг. 5 - График одновременного выхода на максимальную мощность СИД и НЛВД.Fig. 5 - Graph of simultaneous achievement of maximum power of LED and NLVD.

Фиг. 6 - график включения освещения в режиме рассвета с выходом на дневной режим с учетом инерционности включения НЛВД (вариант 1).Fig. 6 - schedule for turning on the lighting in dawn mode with access to daytime mode, taking into account the inertia of turning on the low-pressure heater (option 1).

Фиг. 7 - график включения освещения в режиме рассвета с выходом на дневной режим с учетом инерционности включения НЛВД (вариант 2).Fig. 7 - schedule for turning on the lighting in dawn mode with access to daytime mode, taking into account the inertia of turning on the low-pressure heater (option 2).

Где:Where:

1 - датчики света;1 - light sensors;

2 - устройство управления;2 - control device;

3 - исполнительные устройства;3 - actuators;

4 - светодиодные светоизлучатели (СИД);4 - LED light emitters (LED);

5 - натриевые лампы высокого давления (НЛВД).5 - high pressure sodium lamps (HPS).

Способ освещения теплиц, при котором информация о текущем состоянии освещенности поступает от датчиков света (1) в устройство управления (2), которое сопоставляет полученную информацию с значением освещенности, оптимальным для данного периода времени, выращиваемой культуре и фазе ее развития, определяет коррективы, необходимые для приведения значения текущей освещенности в соответствие с оптимальным значением для данного периода времени и направляет соответствующие указания о коррективах на исполнительные устройства (3), передающие их на осветительные элементы. Освещенность устанавливают в соответствии с фазами рассвета, дня и захода солнца (заката) с помощью осветительных элементов, состоящих из совокупности светоизлучающих диодов (СИД) (4) и натриевых ламп высокого давления (НЛВД) (5), максимальный световой поток которых в сумме соответствует максимальной освещенности для выращиваемой в теплице культуры.A method of lighting greenhouses, in which information about the current state of illumination is received from light sensors (1) to a control device (2), which compares the received information with the optimal illumination value for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, determines the adjustments necessary to bring the value of the current illumination into correspondence with the optimal value for a given period of time and sends appropriate instructions about adjustments to the actuators (3), transmitting them to the lighting elements. Illumination is set in accordance with the phases of dawn, day and sunset (sunset) using lighting elements consisting of a set of light-emitting diodes (LEDs) (4) and high-pressure sodium lamps (HPS) (5), the maximum luminous flux of which in total corresponds to maximum illumination for the crop grown in the greenhouse.

Каждый из светильников работает в своем режиме, обеспечивая около 50% освещенности и давая в сумме 100%-ю требуемую освещенность теплицы.Each of the lamps operates in its own mode, providing about 50% of illumination and giving a total of 100% of the required illumination of the greenhouse.

График работы СИД (4) представлен на фиг. 2, на котором видно, что для получения требуемой освещенности теплицы мощность СИД (4) то плавно увеличивают, то резко уменьшают, то оставляют постоянной, обеспечивая требуемые изменения освещенности теплицы.The operation schedule of the LED (4) is shown in Fig. 2, which shows that to obtain the required illumination of the greenhouse, the LED power (4) is either gradually increased, then sharply reduced, or left constant, providing the required changes in the illumination of the greenhouse.

График работы НЛВД (5) представлен на фиг. 3, на котором видно, что для получения требуемой освещенности теплицы НЛВД (5) используют в двух режимах - включенном и выключенном, подавая постоянное напряжение на светильник и обеспечивая постоянную освещенность теплицы.The operating schedule of the NLVD (5) is shown in Fig. 3, which shows that to obtain the required illumination of the greenhouse, NLVD (5) is used in two modes - on and off, supplying constant voltage to the lamp and ensuring constant illumination of the greenhouse.

Суммарный график работы НЛВД (5) и СИД (4) представлен на фиг. 4, из которого видно, что сочетанием их работы можно обеспечить теплицу освещением, близким к естественному, отражающему фазы рассвета, дня, заката.The summary graph of the operation of the NLVD (5) and LED (4) is presented in Fig. 4, from which it is clear that by combining their work it is possible to provide the greenhouse with lighting close to natural, reflecting the phases of dawn, day, and sunset.

Освещение, соответствующее фазе рассвета, начитают с включения СИД (4), постепенно увеличивая освещенность Q с 0 до 50% от требуемой освещенности для выращиваемой в теплице культуры путем увеличения мощности СИД (4) W в течение времени t ₁ , после чего включают НЛВД (5), при этом одновременно уменьшают мощность СИД (4) W до 0 и сразу же увеличивают мощность СИД (4) W с 0 до обеспечения 50% от требуемой освещенности Q для выращиваемой в теплице культуры в течение времени t ₁ , при этом суммарная мощность СИД (4) и НЛВД (5) обеспечивает 100% оптимальной освещенности Q для данного периода времени, выращиваемой культуры и фазы ее развития, где время t ₁ является продолжительностью времени рассвета, далее поддерживают установленную освещенность в течение времени t ₂ , соответствующего продолжительности времени дневной фазы, после чего переходят в фазу имитации захода солнца (заката), сначала снижая мощность СИД (4) W до 0 в течение времени t ₃ , являющегося продолжительностью времени заката, после чего производят одновременное выключение НЛВД (5) и включение СИД (4) на мощность W, обеспечивающую 50% от установленной освещенности Q, после чего ее равномерно снижают до 0 в течение времени t ₃ (фиг. 4).Lighting corresponding to the dawn phase begins by turning on the LED (4), gradually increasing the illumination Q from 0 to 50% of the required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the power of the LED (4) W during timet ₁ ,after which the low-pressure heater (5) is turned on, while simultaneously reducing the power of the LED (4) W to 0 and immediately increasing the power of the LED (4) W from 0 to providing 50% of the required illumination Q for the crop grown in the greenhouse within timet ₁ , in this case, the total power of the LED (4) and NLVD (5) provides 100% of the optimal illumination Q for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, where timet ₁ is the duration of dawn time, then maintain the set illumination during the timet ₂ , corresponding to the duration of the daytime phase, after which they move into the phase of simulating sunset (sunset), first reducing the LED power (4) W to 0 for timet ₃ , which is the duration of sunset time, after which the NLVD (5) is simultaneously turned off and the LED (4) is turned on at power W, providing 50% of the set illumination Q, after which it is uniformly reduced to 0 over timet ₃ (Fig. 4).

Способ может содержать включение НЛВД (5) и уменьшение при этом мощности СИД (4) W до 0 с момента включения НЛВД (5) в течение времени t ₄ - времени, за которое НЛВД (5) достигает максимальной мощности Q, а следовательно, максимального значения светового потока с момента его включения. Максимальное значение светового потока НЛВД (5) с момента его включения достигается к середине времени длительности рассвета t ₁ . Фазе рассвета соответствует фаза включения освещения, а фазе захода солнца соответствует фаза выключения освещения. Спектр освещения, производимого совокупностью НЛВД и СИД, приближен к спектру дневного освещения. Уменьшение или увеличение освещенности теплицы можно регулировать уменьшением или увеличением мощности СИД (4).The method may include turning on the NLVD (5) and reducing the power of the LED (4) W to 0 from the moment the NLVD (5) is turned on for time t ₄ - the time during which the NLVD (5) reaches the maximum power Q, and therefore the maximum luminous flux values from the moment it is turned on. The maximum value of the luminous flux of the NLVD (5) from the moment it is turned on is reached by the middle of the dawn duration t ₁ . The dawn phase corresponds to the lighting switch-on phase, and the sunset phase corresponds to the lighting switch-off phase. The spectrum of lighting produced by the combination of low-pressure LEDs and LEDs is close to the spectrum of daylighting. The decrease or increase in greenhouse illumination can be adjusted by decreasing or increasing the LED power (4).

Для реализации указанного способа осветительная, по сути облучательная, установка включает датчики света (1) для контроля освещенности, соединенные с устройством управления и сбора данных (2), соединенным с исполнительными устройствами (3), соединенными с облучательными осветительными элементами (4), (5). Устройство управления и сбора данных (2) выполнено с возможностью сбора, обработки и фиксации показателей освещенности (облученности), снимаемых датчиками света (1), о ее текущем состоянии освещенности, сопоставления полученных показателей с номинальными, определения на основании полученных данных необходимых корректив и передачи их на исполнительные устройства (3); осветительные (облучательные) элементы выполнены в виде совокупности натриевых ламп высокого давления НЛВД (5) и регулируемых светоизлучающих диодов СИД (4), при этом световой поток, обеспечивающий освещенность Q, создаваемый СИД (4), больше или равен световому потоку, создаваемому НЛВД (5); количество каждых из облучательных элементов НЛВД (5) и СИД (4) составляет не менее одного, а излучаемый световой поток осветительного элемента с лампами НЛВД (5) обуславливает освещенность, не превышающую 50% максимально установленного для данного вида растений. Нерегулируемые лампы высокого давления НЛВД (5) и регулируемые светоизлучающие диоды СИД (4) соединены параллельно.To implement this method, the lighting, essentially irradiation, installation includes light sensors (1) for illumination control, connected to a control and data collection device (2), connected to actuators (3), connected to irradiation lighting elements (4), ( 5). The control and data acquisition device (2) is designed to collect, process and record illumination (irradiance) indicators taken by light sensors (1), its current illumination state, compare the obtained indicators with the nominal ones, determine the necessary adjustments and transfer based on the received data them to actuators (3); The lighting (irradiation) elements are made in the form of a set of high-pressure sodium lamps NLVD (5) and adjustable light-emitting diodes LEDs (4), while the luminous flux providing illumination Q created by the LED (4) is greater than or equal to the luminous flux created by the NLVD ( 5); the number of each of the irradiating elements NLVD (5) and LED (4) is at least one, and the emitted luminous flux of the lighting element with NLVD lamps (5) causes illumination not exceeding 50% of the maximum established for a given plant type. Unregulated high-pressure lamps NLVD (5) and adjustable light-emitting diodes LEDs (4) are connected in parallel.

Способ освещения теплиц характеризуется тем, что освещенность Q, необходимая для обеспечения роста растений в теплице, обеспечивается совокупностью двух источников света - натриевых ламп высокого давления НЛВД (5) и регулируемых светоизлучаемых диодов СИД (4). Устройство для реализации способа в виде блок-схемы представлено на фиг. 1.The method of lighting greenhouses is characterized by the fact that the illumination Q required to ensure the growth of plants in the greenhouse is provided by a combination of two light sources - high-pressure sodium lamps NLVD (5) and adjustable light-emitting diodes LEDs (4). A device for implementing the method in the form of a block diagram is presented in Fig. 1.

Заявленный способ реализован следующим образом. Информация о текущем состоянии освещенности Q поступает от датчиков света (1) в устройство управления (2), в котором полученная информация сопоставляется с оптимальным для данного периода времени значением освещенности Q с учетом особенностей выращиваемой культуры и фазы ее развития, а также с учетом текущих параметров климата. Данная информация содержится в базе данных устройства управления (2). Далее устройство управления (2) в соответствии с полученной и содержащейся в БД информацией об оптимальных значениях освещенности Q, необходимой выращиваемой культуре в соответствии с фазой ее развития, определяет коррективы, необходимые для приведения значения текущей освещенности в теплице в соответствие с оптимальным значением для данного периода времени, и направляет соответствующие указания о коррективах на исполнительные устройства (3), управляющие светильниками (4), (5). При этом освещенность Q устанавливают в соответствии с фазами рассвета, дневного состояния и фазой захода солнца (заката) с помощью совокупности светоизлучающих диодов (СИД) (4) и натриевых ламп высокого давления (НЛВД) (5).The claimed method is implemented as follows. Information about the current state of illumination Q comes from light sensors (1) to the control device (2), in which the received information is compared with the optimal illumination value Q for a given period of time, taking into account the characteristics of the crop being grown and the phase of its development, as well as taking into account current parameters climate. This information is contained in the control device database (2). Next, the control device (2), in accordance with the information received and contained in the database about the optimal values of illumination Q required by the cultivated crop in accordance with the phase of its development, determines the adjustments necessary to bring the value of the current illumination in the greenhouse into line with the optimal value for a given period time, and sends appropriate instructions about adjustments to the actuators (3) that control the lamps (4), (5). In this case, the illumination Q is set in accordance with the phases of dawn, daylight and the phase of sunset (sunset) using a set of light-emitting diodes (LEDs) (4) and high-pressure sodium lamps (HPS) (5).

В системах технологического облучения - освещения - промышленных теплиц традиционно применяются светильники на основе натриевых ламп высокого давления (НЛВД) мощностью от 400 до 1000 Вт. Несмотря на высокую энергетическую эффективность, такие светильники имеют существенный недостаток, обусловленный физическими свойствами лампы, - отсутствие возможности линейно регулировать мощность облучательной установки для обеспечения требуемой освещенности в широком диапазоне значений. Они работают по принципу включил/выключил, т.е. освещенность скачкообразно меняется от нуля до предусмотренного максимума. Включение и выключение облучательных установок на лампах НЛВД (5) в условиях промышленных теплиц приводит к резким скачкам облученности растений, а также температурным перепадам, так как существенная доля энергии, излучаемой лампой НЛВД (5), находится в инфракрасном тепловом диапазоне. Резкое изменение освещенности и температуры оказывает негативное влияние на продуктивность растений, что существенно сказывается на экономических показателях производства. Фитооблучатели на основе СИД (4) обеспечивают возможность линейно изменять их мощность в диапазоне от 0 до 100% с пропорциональным изменением ФФП и освещенности (облученности) в целом, что позволяет корректировать освещенность объектов.In technological irradiation systems - lighting - industrial greenhouses, lamps based on high-pressure sodium lamps (HPS) with a power of 400 to 1000 W are traditionally used. Despite their high energy efficiency, such lamps have a significant drawback due to the physical properties of the lamp - the inability to linearly adjust the power of the irradiation unit to provide the required illumination over a wide range of values. They work on the on/off principle, i.e. illumination changes abruptly from zero to the specified maximum. Turning on and off irradiation installations using NLVD lamps (5) in industrial greenhouses leads to sharp jumps in the irradiation of plants, as well as temperature changes, since a significant proportion of the energy emitted by the NLVD lamp (5) is in the infrared thermal range. A sharp change in illumination and temperature has a negative impact on plant productivity, which significantly affects the economic indicators of production. Phyto-irradiators based on LEDs (4) provide the ability to linearly change their power in the range from 0 to 100% with a proportional change in the FFP and illumination (irradiance) in general, which allows you to adjust the illumination of objects.

В качестве источника оптического излучения фотосинтетически активной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемой растениями для фотосинтеза, используется комбинация светоизлучающих диодов СИД (4) с натриевыми лампами высокого давления НЛВД (5), которые образуют так называемую систему гибридного облучения. Данная система позволяет минимизировать резкие изменения освещенности Q и неоправданное повышение температуры. В таких системах светильники с НЛВД (5) могут использоваться в комбинации с фитооблучателями на основе СИД (4) в различных пропорциях. Совокупность СИД (4) и НЛВД (5) позволяет обеспечить оптимальный, регулируемый в соответствии с текущими требованиями режим освещенности теплиц. Наиболее оптимальной комбинацией является 1:1 при условии равных значений фотосинтетического фотонного потока (ФФП), т.е. при условии обеспечения равной освещенности растений. Однако возможны и другие комбинации, зависящие от выбранного технического решения, в том числе гибридные системы технологического освещения с внутриценозными (межрядовыми) фитооблучателями на основе СИД (4).As a source of optical radiation of photosynthetically active radiation in the range from 400 to 700 nm, used by plants for photosynthesis, a combination of LED light-emitting diodes (4) with high-pressure sodium lamps NLVD (5) is used, which form the so-called hybrid irradiation system. This system allows you to minimize sudden changes in illumination Q and unjustified temperature increases. In such systems, luminaires with low-pressure luminaires (5) can be used in combination with LED-based phyto-irradiators (4) in various proportions. The combination of LEDs (4) and NLVD (5) makes it possible to provide an optimal lighting regime for greenhouses, adjustable in accordance with current requirements. The most optimal combination is 1:1, provided that the photosynthetic photon flux (PPF) is equal, i.e. provided that equal illumination of plants is ensured. However, other combinations are possible, depending on the chosen technical solution, including hybrid technological lighting systems with intra-cenose (inter-row) LED-based phyto-irradiators (4).

Использование фитооблучателей на основе СИД (4) в комбинации с нерегулируемыми светильниками на НЛВД (5) для обеспечения соответствия освещенности Q теплиц естественному освещению возможно с помощью специальных алгоритмов управления облучательной установкой, позволяющих обеспечивать заданный уровень мощности установки (и как следствие - уровень облученности растений) в каждый момент времени.The use of phyto-irradiators based on LEDs (4) in combination with non-adjustable lamps on low-pressure luminaires (5) to ensure that the illumination Q of greenhouses corresponds to natural light is possible using special algorithms for controlling the irradiation installation, allowing to ensure a given level of installation power (and, as a consequence, the level of irradiation of plants) at every moment of time.

В качестве программного средства управления освещенностью может быть использовано программное обеспечение по свидетельству № 2022667738 «Программное обеспечение устройства Grolli Aqua» и/или программное обеспечение по свидетельству №2022680076 «Программное обеспечение устройства Grolli Air», реализуемые на основе микрокомпьютера Raspberry Pi 4B и предназначенные для взаимодействия с исполнительными устройствами для обеспечения заданных условий выращивания сельскохозяйственных культур. Программное обеспечение управляет работой, мощностью и спектром светильников в соответствии с полученными коррективами.Software under certificate No. 2022667738 “Grolli Aqua device software” and/or software under certificate No. 2022680076 “Grolli Air device software”, implemented on the basis of a Raspberry Pi 4B microcomputer and intended for interaction, can be used as a lighting control software with actuators to ensure specified conditions for growing crops. The software controls the operation, power and spectrum of luminaires in accordance with the received adjustments.

В гибридной облучательной установке, где совместно со светильниками с НЛВД (5) используются управляемые фитооблучатели на основе СИД (4), возможно установить любой уровень освещенности Q, обусловленной общей мощностью светильников облучательной установки, используя метод асинхронного управления. Общую мощность светильников СИД (4) устанавливают как обеспечивающую не менее 50% освещенности Q теплицы. Общую мощность светильников НЛВД (5) устанавливают как обеспечивающую не более 50% освещенности Q теплицы. При этом оба вида осветительных приборов в сумме обуславливают 100% освещенности Q теплицы. Мощность каждого вида осветительных приборов может устанавливаться с некоторым запасом, обеспечивающим превышение 50% освещенности Q каждым из них для возможности осуществления регулировки освещенности, вызываемой изменением конкретных условий.In a hybrid irradiation installation, where controlled LED-based phyto-irradiators (4) are used together with luminaires with low-pressure luminaires (5), it is possible to set any level of illumination Q, determined by the total power of the luminaires of the irradiation installation, using the asynchronous control method. The total power of LED lamps (4) is set as providing at least 50% of the illumination Q of the greenhouse. The total power of NLVD lamps (5) is set as providing no more than 50% of the illumination Q of the greenhouse. In this case, both types of lighting devices in total provide 100% of the illumination Q of the greenhouse. The power of each type of lighting fixture can be set with a certain margin, ensuring that each of them exceeds 50% of the illumination Q in order to be able to adjust the illumination caused by changes in specific conditions.

Осуществления способа, как правило, начинается с реализации режима, повторяющего естественный рассвет, с постепенным увеличением освещенности до дневной (Фиг. 2, 3, 4). В качестве примера рассматривается режим восхода и захода солнца, например на дату 01.12.2022. Начало рассвета наступает в 07:47, восход солнца - в 08:32, т.е. длительность рассвета t ₁ составляет 45 мин. Заход солнца начинается в 16:03, наступление темноты - в 16:47, т.е. длительность заката t ₃ составляет 44 мин. Длительность дня t ₂ составляет 7 часов 31 мин., длительность ночи - 14 часов 59 мин. Для продуктивного выращивания салата Лолло Росса необходима длительность дня 17 часов при длительности рассвета и длительности заката по 30 мин. Таким образом, устройство управления (2), получив фактические данные от датчиков света (2), о состоянии освещенности на указанную дату 01.12.2022 и конкретное время, сопоставит их с оптимальными данными, требуемыми для выращивания салата Лолло Росса, установит коррективы и передаст их на исполнительные устройства, связанные с элементами освещения.The implementation of the method, as a rule, begins with the implementation of a regime that replicates natural dawn, with a gradual increase in illumination to daylight (Fig. 2, 3, 4). As an example, the sunrise and sunset mode is considered, for example, on the date 12/01/2022. Dawn begins at 07:47, sunrise at 08:32, i.e. duration of dawnt ₁ is 45 min. Sunset begins at 16:03, darkness begins at 16:47, i.e. sunset durationt ₃ is 44 min. Length of dayt ₂ is 7 hours 31 minutes, the duration of the night is 14 hours 59 minutes. For productive cultivation of Lollo Rossa lettuce, a day length of 17 hours is required with a dawn and sunset duration of 30 minutes each. Thus, the control device (2), having received actual data from the light sensors (2), about the state of illumination on the specified date 12/01/2022 and a specific time, will compare them with the optimal data required for growing Lollo Rossa lettuce, set adjustments and transmit them to actuators associated with lighting elements.

В начале режима «рассвет» группа светильников с НЛВД (5) находится в выключенном состоянии (фиг. 3). В первый период, обозначенный как t ₁ и равный - 15 мин - половине времени длительности рассвета t ₁ , требуемого для выращивания салата, осуществляется включение и плавное увеличение мощности (фиг. 2), фитооблучателей на основе СИД (4) ФО₁ - ФО_n, начиная от 0 до ≤100% их мощности W, что обеспечивает достижение ≤50% требуемой освещенности Q теплицы. Второй период фазы «рассвет» начинается с включения НЛВД (5), обеспечивающих 50% освещенности Q теплицы. Одновременно с включением НЛВД (5) осуществляют выключение СИД (4) путем выведения его мощности W на 0 с последующим увеличением мощности W от 0 до 50% в течение времени, равного t ₁ = 15 мин, обеспечивая последующее увеличение освещенности Q еще на 50%, что в сумме доводит освещенность теплицы Q до требуемых 100%, т.е. на достижение дневной освещенности (фиг. 3).At the beginning of the “dawn” mode, the group of luminaires with low-pressure cylinders (5) is in the off state (Fig. 3). In the first period, designated as t ₁ and equal to - 15 min - half the duration of dawn t ₁ required for growing lettuce, the power is switched on and smoothly increased (Fig. 2), LED-based phyto-irradiators (4) FO ₁ - FO _n , starting from 0 to ≤ 100% of their power W, which ensures that ≤50% of the required illuminance Q of the greenhouse is achieved. The second period of the “dawn” phase begins with the switching on of the low-pressure heat pump (5), providing 50% of the illumination Q of the greenhouse. Simultaneously with the switching on of the NLVD (5), the LED (4) is switched off by bringing its power W to 0 with a subsequent increase in power W from 0 to 50% for a time equal to t ₁ = 15 min, providing a subsequent increase in illumination Q by another 50%, which in total brings the greenhouse illumination Q to the required 100%, i.e. to achieve daylight illumination (Fig. 3).

Дневная освещенность поддерживается в течение времени t ₂ = 16 час.Daylight illumination is maintained for a time t ₂ = 16 hours.

После окончания времени длительности дневной освещенности Q освещение переходит в стадию «закат», которая длится в течение времени t ₃ = 30 мин. Работа облучателя в фазе заката состоит из двух периодов. В первый период заката фитооблучатели на основе СИД (4) ФО₁ - ФО_n пропорционально снижают свою мощность W со 100% до 0%, что снижает общую мощность W облучательной установки со 100% до 50%, Снижение мощности W светильников СИД (4) до 0 осуществляется плавно, обуславливая плавное снижение освещенности Q до 50% в течение времени заката t ₃ , равной 15 мин. Далее наступает второй период фазы «закат», который должен длиться для выращивания салата в течение 15 мин. Эта фаза начинается с одновременного выключения НЛВД (5) и включения СИД (4) на полную мощность W - на 100%, обеспечивая выход на 50% освещенности Q системы, после чего начинают плавно понижать мощность W СИД (4) в течение времени заката t ₃ , обеспечивая плавное отключение освещенности теплицы путем выхода мощности светильников W СИД (4) с 50% на 0. График освещенности, иллюстрирующий выход с момента перехода освещения на дневной режим, с дневного режима переход на режим заката и выключения освещения, наглядно характеризует все этапы работы способа и установки (фиг. 4). В заявке предполагается, что 100% мощности W осветительных приборов обеспечивает 100% освещенности Q теплицы.After the end of the daylight duration Q, the illumination goes into the “sunset” stage, which lasts for the durationt ₃ = 30 min. The operation of the irradiator in the sunset phase consists of two periods. During the first period of sunset, LED-based phyto-irradiators (4) FO₁ - FO_n proportionally reduce their power W from 100% to 0%, which reduces the total power W of the irradiation installation from 100% to 50%. The reduction in power W of LED lamps (4) to 0 is carried out smoothly, causing a smooth decrease in illumination Q to 50% within sunset timet ₃ , equal to 15 minutes. Next comes the second period of the “sunset” phase, which should last for 15 minutes to grow lettuce. This phase begins with the simultaneous turning off of the NLVD (5) and turning on the LED (4) at full power W - 100%, providing an output of 50% illumination Q of the system, after which they begin to smoothly reduce the power W of the LEDs (4) for sunset timet ₃ , providing a smooth shutdown of the greenhouse illumination by turning off the power of the W LED lamps (4) from 50% to 0. The illumination graph, illustrating the output from the moment the lighting switches to day mode, from day mode to sunset mode and turning off the lighting, clearly characterizes all stages of work method and installation (Fig. 4). The application assumes that 100% of the power W of the lighting fixtures provides 100% of the illuminance Q of the greenhouse.

Для более успешной реализации алгоритма управления целесообразно учитывать физические свойства НЛВД (5), в соответствии с которыми для выхода с 0 - от начала подачи питающего напряжения (включения) - на рабочий режим требуется некоторое время t ₄ . Данный период времени может занимать от 0,5 до нескольких минут в зависимости от вида НЛВД (5). При этом выключение НЛВД (5) осуществляется практически мгновенно и учета времени выхода на 0 не требуется. За время выхода НЛВД (5) на максимальную мощность W в момент, когда мощность W уже включенного СИД (4) приближается к его 100%, соединение освещенности Q от НЛВД (5) с освещенностью Q от СИД (4) образует резкий скачок облученности теплицы (фиг. 5), что может оказывать, несмотря на свою кратковременность, световой удар по растениям и в целом негативно влиять на выращиваемые культуры. Для устранения этого скачка суммарной освещенности предлагается осуществлять выведение на 0 мощности СИД (4) при включении НЛВД (5) не мгновенно, а в течение времени выхода НЛВД (5) на рабочий режим t ₄ . От того, в какой момент начнется выключение СИД (4), будет зависеть форма суммарной кривой, иллюстрирующей возрастание освещенности от работы СИД (4) и НЛВД (5). Если включить НЛВД (5) в момент достижения СИД (4) его максимальной мощности, после чего начать уменьшать ее до 0 в течение времени t ₄ выхода НЛВД (5) на рабочий режим, вместо скачка суммарной освещенности полученная освещенность некоторое время будет постоянной и не будет меняться (фиг. 6), что не окажет негативного воздействия на выращиваемую культуру.For a more successful implementation of the control algorithm, it is advisable to take into account the physical properties of the NLVD (5), according to which it takes some time t ₄ to exit from 0 - from the start of supplying the supply voltage (switching on) - to the operating mode. This period of time can take from 0.5 to several minutes depending on the type of NLVD (5). In this case, the NLVD (5) is switched off almost instantly and the time taken to reach 0 is not required. During the time the NLVD (5) reaches maximum power W at the moment when the power W of the already turned on LED (4) approaches its 100%, the combination of illumination Q from the NLVD (5) with illumination Q from the LED (4) forms a sharp jump in the irradiance of the greenhouse (Fig. 5), which, despite its short duration, can have a light shock on plants and, in general, negatively affect the crops being grown. To eliminate this jump in total illumination, it is proposed to reset the power of the LED (4) to 0 when the NLVD (5) is turned on, not instantly, but during the time the NLVD (5) enters the operating mode t ₄ . The shape of the total curve illustrating the increase in illumination from the operation of the LED (4) and the low-pressure heat pump (5) will depend on the moment at which the LED (4) starts turning off. If you turn on the NLVD (5) at the moment the LED (4) reaches its maximum power, and then begin to reduce it to 0 during the time t ₄ when the NLVD (5) enters the operating mode, instead of a jump in the total illumination, the resulting illumination will be constant for some time and not will change (Fig. 6), which will not have a negative impact on the crop being grown.

Если включить НЛВД (5) до достижения СИД (4) его максимальной мощности W, после чего начать уменьшать мощность W СИД (4) до 0 в течение времени t ₄ выхода НЛВД (5) на рабочий режим, вместо скачка суммарной освещенности Q освещенность теплицы Q продолжит постепенное линейное возрастание (фиг. 7) до достижения ее максимума. Момент включения НЛВД (5) определяется с помощью программного обеспечения, корректирующего работу гибридной осветительной системы. Данный алгоритм управления освещением позволяет исключить резкое увеличение суммарной облученности, что минимизирует стресс у растений.If you turn on the NLVD (5) until the LED (4) reaches its maximum power W, and then begin to reduce the power W of the LED (4) to 0 during the time t ₄ when the NLVD (5) enters the operating mode, instead of a jump in the total illumination Q, the illumination of the greenhouse Q will continue to gradually increase linearly (Fig. 7) until it reaches its maximum. The moment when the low-pressure cylinder (5) is turned on is determined using software that corrects the operation of the hybrid lighting system. This lighting control algorithm eliminates a sharp increase in total irradiation, which minimizes stress in plants.

Установка для реализации способа содержит датчики света серии LE01V наружный герметичный IP 65 (0-10В), позволяющие осуществить контроль освещенности в области видимого спектра 400-750 нм для условий теплиц всех видов категорий и получить информацию о степени освещенности в конкретный момент времени.The installation for implementing the method contains light sensors of the LE01V series, external sealed IP 65 (0-10V), which make it possible to control illumination in the visible spectrum region of 400-750 nm for greenhouse conditions of all types of categories and obtain information about the degree of illumination at a specific point in time.

Для получения уровня облученности, равного 350 (мкмоль/м²/с), были использованы лампы НЛВД (5) мощностью 600 Вт, дающие фотонный поток 960 мкмоль/с, и промышленные светодиодные светильники СИД (4) GROLLI LED - 300 мощностью 300 Вт, дающие фотонный поток 960 мкмоль/с. Линейное изменение их мощности в диапазоне от 0 до 100% с пропорциональным изменением ФФП достигается простыми техническими средствами, как правило посредством использования стандартных управляющих сигналов (ШИМ (широтно-импульсная модуляция) 0-10В, DMX 512 RDM, DALI и т.д.), не влияющими на экономические показатели реализуемых проектов.To obtain an irradiance level of 350 (μmol/m ² /s), NLVD lamps (5) with a power of 600 W were used, giving a photon flux of 960 μmol/s, and industrial LED lamps (4) GROLLI LED - 300 with a power of 300 W , giving a photon flux of 960 µmol/s. A linear change in their power in the range from 0 to 100% with a proportional change in the FFP is achieved by simple technical means, usually through the use of standard control signals (PWM (pulse width modulation) 0-10V, DMX 512 RDM, DALI, etc.) that do not affect the economic indicators of implemented projects.

Датчики освещенности с определенной частотой передают сведения о состоянии освещенности в теплице на устройство управления (MCU) (2), которое после их обработки передает их по любому доступному протоколу в исполнительное устройство (3), которое, в свою очередь, реализует на выходе управляющий сигнал для релейного (дискретного) включения/выключения светильников с НЛВД (5) СВ₁ - СВ_n и управляющий сигнал для пропорционального управления мощностью в диапазоне 0-100% фитооблучателей на основе СИД (4) ФО₁ - ФО_n.Light sensors with a certain frequency transmit information about the state of lighting in the greenhouse to the control unit (MCU) (2), which, after processing it, transmits it via any available protocol to the actuator (3), which, in turn, implements a control signal at the output for relay (discrete) switching on/off of lamps with low-pressure luminaires (5) SV ₁ - SV _n and a control signal for proportional power control in the range of 0-100% of phyto-irradiators based on LEDs (4) FO ₁ - FO _n .

В качестве устройства управления (2) может быть применен персональный компьютер, PLC-контроллер, модуль IOT и любое другое устройство, способное реализовать алгоритм управления и сформировать управляющие сигналы для исполнительного устройства (3) с помощью программного обеспечения по свидетельству № 2022667738 «Программное обеспечение устройства Grolli Aqua» и/или программного обеспечения по свидетельству № 2022680076 «Программное обеспечение устройства Grolli Air», которые реализуются на основе микрокомпьютера Raspberry Pi 4B и предназначены для взаимодействия с исполнительными устройствами для обеспечения заданных условий выращивания сельскохозяйственных культур. Программное обеспечение управляет работой, мощностью и спектром светильников в соответствии с расписанием.A personal computer, PLC controller, IOT module and any other device capable of implementing a control algorithm and generating control signals for the actuator (3) using software according to certificate No. 2022667738 “Device Software” can be used as a control device (2). Grolli Aqua" and/or software under certificate No. 2022680076 "Software of the Grolli Air device", which are implemented on the basis of a Raspberry Pi 4B microcomputer and are designed to interact with actuators to ensure specified conditions for growing crops. The software controls the operation, power and range of luminaires according to a schedule.

В качестве исполнительного устройства (3) могут быть использованы любые платы расширения контроллеров, внешние периферийные устройства, релейные модули, контроллеры протоколов управления осветительными системами и любые другие, способные принять по любому протоколу данные о текущем требуемом состоянии выходных сигналов от устройства управления (2) и реализовать их в виде физических сигналов на выходе. При этом управление релейным выходом осуществляется в дискретном режиме (включено/выключено), а управление мощностью может быть реализовано любым из доступных аналоговых или цифровых способов или протоколов управления в диапазоне от 0 до 100%.As an actuator (3), any controller expansion boards, external peripheral devices, relay modules, lighting system control protocol controllers and any others can be used, capable of receiving, via any protocol, data about the current required state of output signals from the control device (2) and implement them in the form of physical output signals. In this case, the relay output is controlled in a discrete mode (on/off), and power control can be implemented by any of the available analog or digital methods or control protocols in the range from 0 to 100%.

Заявленный способ для освещения теплиц реализован в условиях опытного хозяйства выращивания растений и может быть широко использован для выращивания широкого ассортимента растений в условиях различных климатических зон.The claimed method for lighting greenhouses was implemented in an experimental plant growing facility and can be widely used for growing a wide range of plants in different climatic zones.

Claims (6)

1. Способ освещения теплиц, в котором информация о текущем состоянии освещенности поступает от датчиков света в устройство управления, которое сопоставляет ее с значением освещенности, оптимальным для данного периода времени, выращиваемой культуры и фазы ее развития, определяет коррективы, необходимые для приведения значения текущей освещенности (облученности) в соответствии с оптимальным значением для данного периода времени, и направляет соответствующие указания о коррективах на исполнительные устройства, отличающийся тем, что освещенность устанавливают в соответствии с фазами рассвета, дневного состояния и фазой захода солнца (заката), с помощью совокупности натриевых ламп высокого давления (НЛВД) и светоизлучающих диодов (СИД), световой поток которых в сумме соответствует освещенности, оптимальной для выращиваемой в теплице культуры, при этом освещение, соответствующее фазе рассвета, начинают с включения СИД, постепенно увеличивая освещенность с 0 до ≤50% от требуемой освещенности для выращиваемой в теплице культуры путем увеличения мощности СИД в течение времени t₁, где время t₁ является продолжительностью времени рассвета, после чего включают НЛВД, одновременно уменьшая мощность СИД до 0, затем мощность СИД повторно постепенно увеличивают с 0 до обеспечения 50% от требуемой освещенности для выращиваемой в теплице культуры путем увеличения мощности СИД в течение времени t₁, при этом суммарная мощность СИД и НЛВД обеспечивает оптимальное значение освещенности для данного периода времени, выращиваемой культуры и фазы ее развития, далее поддерживают установленную освещенность в течение времени t₂, соответствующего продолжительности времени дневной фазы, после чего переходят в фазу имитации захода солнца (заката), сначала снижая мощность СИД до 0 в течение времени t₃, являющегося продолжительностью времени заката, затем производят одновременное выключение НЛВД и включение СИД на мощность, обеспечивающую 50% от установленной освещенности, после чего ее снижают до 0 в течение времени времени t₃, соответствующего времени длительности заката.1. A method of lighting greenhouses, in which information about the current state of illumination comes from light sensors to a control device, which compares it with the value of illumination that is optimal for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, determines the adjustments necessary to adjust the value of the current illumination (irradiance) in accordance with the optimal value for a given period of time, and sends appropriate instructions for adjustments to the actuators, characterized in that the illumination is set in accordance with the phases of dawn, daylight and the phase of sunset (sunset), using a set of sodium lamps high pressure (LHP) and light-emitting diodes (LEDs), the luminous flux of which in total corresponds to the illumination optimal for the crop grown in the greenhouse, while the lighting corresponding to the dawn phase begins with the LEDs turning on, gradually increasing the illumination from 0 to ≤50% of required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the LED power over time t ₁ , where time t ₁ is the duration of dawn, after which the low-pressure heater is turned on, simultaneously reducing the LED power to 0, then the LED power is gradually increased again from 0 to provide 50% of the required illumination for the crop grown in the greenhouse by increasing the LED power in flow time t ₁ , while the total power of the LED and NLVD provides the optimal illumination value for a given period of time, the crop being grown and the phase of its development, then they maintain the set illumination for time t ₂ corresponding to the duration of the day phase, after which they move to the sunset simulation phase sun (sunset), first reducing the LED power to 0 for time t ₃ , which is the duration of the sunset time, then the NLVD is simultaneously turned off and the LED is turned on at a power that provides 50% of the set illumination, after which it is reduced to 0 during the time time t ₃ corresponding to the duration of sunset. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включают НЛВД и уменьшают мощность СИД до 0 с момента включения НЛВД в течение времени достижения НЛВД максимального значения светового потока с момента его включения.2. The method according to claim 1, characterized in that the NLVD is turned on and the LED power is reduced to 0 from the moment the NLVD is turned on during the time the NLVD reaches the maximum value of the luminous flux from the moment it is turned on. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальное значение светового потока НЛВД с момента его включения достигается к середине времени длительности рассвета.3. The method according to claim 1, characterized in that the maximum value of the luminous flux of the NLVD from the moment it is turned on is achieved by the middle of the duration of dawn. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фазе рассвета соответствует фаза включения освещения, а фазе захода солнца соответствует фаза выключения освещения.4. The method according to claim 1, characterized in that the phase of dawn corresponds to the phase of switching on the lighting, and the phase of sunset corresponds to the phase of switching off the lighting. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектр освещения, производимого совокупностью НЛВД и СИД, соответствует спектру дневного освещения.5. The method according to claim 1, characterized in that the spectrum of lighting produced by the combination of low-voltage LEDs and LEDs corresponds to the spectrum of daylighting. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшение или увеличение степени освещенности осуществляют уменьшением или увеличением мощности СИД.6. The method according to claim 1, characterized in that the decrease or increase in the degree of illumination is carried out by decreasing or increasing the LED power.