Разработка светодиодного облучательного прибора для растениеводства

Былков, Денис Васильевич Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Целью данной работы является разработка светодиодного облучательного прибора для растениеводства. В данной работе проводились фотометрические измерения облучательных приборов, а также были проведены исследования влияния параметров излучения на морфогенез растений. Результаты данной работы будут применяться светотехническими компаниями в производстве облучательных установок для растений.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 12
1 Обзор литературы по способам облучения растений ………………………….. 16
1.1 Механизм фотосинтеза …………………………………………………………………….. 17
1.2 Физиологическая роль различных хлоропластов в организме растения .. 19
1.2.1 Хлорофиллы………………………………………………………………………………….. 19
1.2.2 Каротиноиды и их функция в организме растения …………………………… 21
1.3 Физиологическая роль различных участков спектра актиничного света . 23
1.4 Влияние уровня облученности на процессы жизнедеятельности растений
…………………………………………………………………………………………………………….. 38
2 Патентный обзор ……………………………………………………………………………… 41
• Светодиодный светильник для растений H05B 33/00 (2019.02)………… 42
• Светодиодный фитооблучатель для выращивания томата F21K
99/00 (2019.02) ……………………………………………………………………………… 44
3 Методы исследования и проектирования …………………………………………… 46
3.1 Устройство исследовательской гидропонной установки ……………………… 46
3.2 Исследование влияния коротковолновой и длинноволновой
составляющей спектра ФАР, а также уровня облученности на
морфометрические показатели растений …………………………………………………. 48
3.3 Разработка светодиодного светильника для растениеводства ………………. 53
3.3.1 Расчет необходимого потока излучения ………………………………………….. 53
3.3.2 Выбор светодиодов ……………………………………………………………………….. 55
3.3.3 Фотометрические измерения излучателя …………………………………………. 60
3.3.4. Устройство излучательного прибора ……………………………………………… 68
Заключение …………………………………………………………………………………………… 73
4 Раздел ВКР «Концепция стартап-проекта» …………………………………………… 75
4.1 Описание услуги как результата ВКР ………………………………………………… 75
4.2 Основные качества продукта, решаемая продуктом проблема …………….. 77
4.3 Целевые сегменты потребителей создаваемого продукта ……………………. 80
4.4 Объем и ёмкость рынка …………………………………………………………………….. 80
4.5 Анализ современного состояния и перспектив отрасли ………………………. 81
4.6 Расчет стоимости продукта ……………………………………………………………….. 82
4.7 Конкурентные преимущества продукта и обзор технико-экономических
характеристик аналогов …………………………………………………………………………. 86
4.8 Бизнес-модель проекта ……………………………………………………………………… 90
4.9 Стратегия продвижения продукта на рынок ……………………………………….. 93
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 94
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 94
5.2. Производственная безопасность ………………………………………………………. 97
5.2.1 Идентификация опасных и вредных факторов …………………………………. 97
5.2.2. Анализ вредных и опасных факторов, возникших на рабочем месте при
проведении исследований………………………………………………………………………. 99
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 102
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 103
5.5. Выводы по главе ……………………………………………………………………………. 105
Список литературы ……………………………………………………………………………… 106
1 Review of the literature on methods of irradiation of plants ………………………. 112
1.1 The mechanism of photosynthesis ………………………………………………………. 112
1.2 The physiological role of various chloroplasts in the plant ……………………… 113
1.2.1 Chlorophylls …………………………………………………………………………………. 114
1.2.2 Carotenoids ………………………………………………………………………………….. 115
1.3 The physiological role of different parts of the light spectrum …………………. 116
1.4 Influence radiation intensity on growth of plant ……………………………………. 122
РЕФЕРАТ
Научно-исследовательская работа 124 с., 49 рис., 18 табл., 53 источника.
Ключевые слова: фотосинтетически активная радиация, морфогенез
растений, поток излучения, спектральный состав, светодиод, фотосинтез,
хлорофилл.
Объектом исследования является влияние спектрального состава и
интенсивности облучения на морфометрические параметры салата и
микрозелени.
Цель работы — является разработка эффективного светодиодного светового
прибора для освещения растений.

В процессе исследования проводились сбор, обработка и анализ
литературных данных о методиках исследования влияния спектрального
состава и интенсивности облучения на морфометрические характеристики
растений. Рассмотрены существующие облучательные установки,
применяемые для изучения влияния светодиодного излучения на растения. А
также производилась разработка исследовательской установки, методики
эксперимента по изучению влияния режимов облучения на растения и анализ
результатов, полученных с помощью исследовательской установки.
В результате исследования получены
Степень внедрения: Результаты данной работы будут применяться
светотехническими компаниями в производстве облучательных установок для
растений.
Область применения: оптимизация режимов облучения для тепличных
комплексов, домашние установки для растениеводства.
Экономическая значимость работы обусловлена оптимизацией
облучательных установок в тепличных комплексах, что позволит существенно
снизить энергозатраты на выращивание сельскохозяйственных культур, а
также повысить продуктивность их выращивания.
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки
ФАР – фотосинтетически активная радиация
PPFD – Photosynthetic Photon Flux Density
УФ – ультрафиолетовый
ИФ – инфракрасный
ФСА – фотосинтетический аппарат
ИИ – источник излучения
ФС I и ФС II – первая и вторая фотосистемы.
РЦ – реакционные центры.

На данный момент очень активно идет развитие тепличных
комплексов, а также облучательных систем, которыми оснащаются
современные теплицы. Одной из самых актуальных задач современной
светотехники является оптимизация существующих и разработка новых
облучательных установок и режимов облучения. С каждым годом вопросам
круглогодичного обеспечения населения свежими овощами и фруктами
уделяется все больше внимания. Особенно остро эта проблема стоит в городах,
а также в северных районах страны по причине экстремальных погодных
условий, непригодных для выращивания в открытом грунте. Согласно
статистике, доля ввозимых из-за границы продуктов сельского хозяйства
составляет 60 процентов [1]. Создание эффективных режимов облучения и
внедрение систем для выращивания растений в закрытом грунте и в
непосредственной близости к потребителю значительно сократят затраты на
логистику и транспортировку продуктов, тем самым поможет обеспечению
населения свежими овощами и зеленью.
В настоящее время существует большое количество различных
ресурсоэффективных систем. Особенно перспективны системы со
светодиодным освещением. Светодиоды очень удобны в работе, благодаря
простой настройке и регулировке энергетического потока излучения, а также
светодиоды позволяют подобрать буквально любой спектральный состав
излучения для растений. Этот факт дает большие возможности в
проектировании данных систем. Но способ облучения светодиодным
излучением еще мало изучен из-за чего существующие облучательные
установки не столь эффективны какими бы могли быть и в сравнении с
традиционными источниками проигрывают в экономическом плане.
Наибольший вклад в развитие организма растения вносит свет.
Эффективность фотосинтеза тесно связана с интенсивностью света и его
спектральным составом. А от того насколько эффективна реакция фотосинтеза
зависит урожайность растения. Оптическое излучение, в видимом диапазоне
от 350 до 800 нм., способствует активации фотосинтетической реакции. Такое
излучение называют актиничным. Максимум поглощения актиничного света
растением приходится на синюю (430 – 460 нм.) и красную (650 – 700 нм.)
область спектра [2]. Зелёная, ультрафиолетовая и инфракрасная
составляющие также влияют на фотосинтез и выполняют регуляторные
функции, но при проектировании тепличных светодиодных световых
приборов ими пренебрегают и предпочитают использовать красные и синие
светодиоды в соотношениях 7:1, 5:1 и др., что не позволяет в полной мере
раскрыть потенциал светодиодного освещения. Но несмотря на все
преимущества светодиодных систем освещения тепличных комплексов, они
не могут быть намного более эффективные чем люминесцентные или
газоразрядные аналоги. Это вызвано тем, что большинство светодиодных
облучательных установок не обладают полноценным спектральным составам.
Проведено множество исследований, где не учитывались регуляторные
функции отдельных линий спектра фотосинтетически активной радиации, в
данных исследованиях применялись длины волн лишь для возбуждения
фотосинтеза, но не его контроля. Необходимо разработать полноспектральный
светодиодный излучатель с высокой квантовой эффективностью.
Использование полноспектральных излучателей позволит создать световую
среду близкую к естественной. Также, чтобы повысить эффективность
использования светодиодных излучателей и раскрыть их потенциал в полной
мере, необходимо разрабатывать светотехнические проекты тепличных
комплексов специально под использование излучателей на основе
светодиодов. Таким образом возможен значительный прирост эффективности
использования светодиодных систем освещения растений, что повысит
эффективность тепличных комплексов и их производных для выращивания
растений в искусственных условиях.
Для разработки эффективных облучательных установок, необходимо
изучить реакции организма растения на параметры излучения и выявить
зависимость. Для изучения процессов, протекающих в растениях на всем
периоде вегетации, применяется специальная установка фитотрон –
исследовательская установка способная воспроизвести условия схожие с
естественными. Данная установка применяется для лабораторных
исследований процессов вегетации различных растений. С помощью этой
установки можно управлять поливом и такими параметрами как уровень
облученности, спектральный состав излучения, температура и влажность
воздуха, количество СО2. Данные параметры являются ключевыми для роста
и развития растения.
Таким образом выявив зависимость тех или иных реакций растения от
параметров излучения появится возможность разработки излучателей с
необходимыми режимами облучения.
Целью данной работы является разработка эффективного светодиодного
светового прибора для освещения растений. В работе будут проведены
исследования влияния параметров излучения на ростовые процессы растений.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Люминесцентные и температурные характеристики YAG – керамики переменного состава
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Спектрально-кинетические характеристики композиций полиметилметакрилата/ CdS: Ln(111)
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Адресные таблички с автономной подсветкой
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка светового ансамбля парка Суворова г. Томска
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка осветительной установки для объектов деревянного зодчества
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Расчет и конструирование светодиодного светильника с заданным светораспределением
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)