Có thể tiết kiệm bao nhiêu điện bằng cách sử dụng đèn LED trồng cây trong nhà kính?

Ánh sáng trong nhà kính thương mại không giống như ánh sáng trong tòa nhà văn phòng. Đèn văn phòng chạy 8–10 giờ mỗi ngày và mục tiêu chiếu sáng tương đối khiêm tốn. Hệ thống chiếu sáng bổ sung trong nhà kính hoạt động 12–18 giờ mỗi ngày trong những tháng mùa đông và cường độ ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp cao hơn nhiều so với nhu cầu về thị giác của con người.

Theo phân tích của Ủy ban Phát triển Nông nghiệp và Làm vườn của Vương quốc Anh (AHDB, 2022), trong nhà kính thương mại ở Vương quốc Anh hoặc Bắc Âu, việc chiếu sáng thường chiếm 30–45% tổng lượng điện tiêu thụ trong mùa chiếu sáng bổ sung từ tháng 10 đến tháng 3. Trong các hoạt động nông nghiệp môi trường được kiểm soát hoàn toàn (CEA) - trong đóĐèn LED trồng cây T8 cho cây trồng trong nhàvà thiết bị chiếu sáng kiểu quán bar-cung cấp 100% ánh sáng, hệ thống chiếu sáng có thể chiếm 60–70% tổng lượng điện năng của cơ sở.

-Các thiết bị chiếu sáng Natri áp suất cao (HPS) - vẫn là công nghệ chiếu sáng nhà kính phổ biến nhất trong các hệ thống lắp đặt cũ - tạo ra khoảng 1,0–1,5 µmol/J bức xạ hoạt tính quang hợp (PAR) trên mỗi watt tiêu thụ. Đèn LED trồng cây trong nhà kính thương mại chất lượng tạo ra 2,0–3,0 µmol/J - nghĩa là cùng một công suất quang hợp nhưng cần ít điện đầu vào hơn 40–60%.

Khoảng cách hiệu quả này là nền tảng của việc tiết kiệm điện bằng đèn LED. Mức tiết kiệm chính xác ở bất kỳ lần lắp đặt nào phụ thuộc vào các thiết bị cố định cụ thể được thay thế, thông số kỹ thuật thay thế và giờ hoạt động.

1: Thiết lập mức tiêu thụ năng lượng chiếu sáng hàng năm hiện tại của bạn

Công thức rất đơn giản:

Số lượng thiết bị × công suất mỗi thiết bị × số giờ hoạt động hàng ngày × số ngày hoạt động hàng năm 1,000=kWh hàng năm

Ví dụ: 60 thiết bị HPS ở công suất 600W mỗi thiết bị, chạy 16 giờ mỗi ngày, 365 ngày mỗi năm:

60 × 600W × 16h × 365=210,240.000 Wh 1,000=210,240 kWh mỗi năm

Lưu ý: Các thiết bị HPS tiêu thụ nhiều điện năng thực tế hơn công suất danh định do tổn thất chấn lưu - một HPS 600W có chấn lưu từ thường tiêu thụ 660–680W trên tường. Sử dụng công suất đầu vào được đo hoặc ghi trên bảng tên, không phải công suất đèn.

2: Xác định thông số kỹ thuật thay thế đèn LED

Một thiết bị HPS 600W tạo ra khoảng 90.000 lumen với hiệu suất PAR 1,2 µmol/J mang lại công suất PAR khoảng 720 µmol/s. Đèn LED trồng nhà kính thương mại chất lượng ở mức 2,5 µmol/J yêu cầu 720  2.5=288W để mang lại cùng một mức cải cách hành chính. Trong thực tế, nhiều người trồng chỉ định thay thế đèn LED 300–320W bằng đèn HPS 600W để mang lại biên độ an toàn nhỏ.

Sử dụng thay thế đèn LED 315W:

60 × 315W × 16h × 365=110,376.000 Wh 1,000=110,376 kWh mỗi năm

Tiết kiệm điện hàng năm: 210.240 − 110,376=99,864 kWh

3: Chuyển đổi thành chi phí

Ở mức 0,28 bảng/kWh:

Tiết kiệm điện hàng năm: £27,962

Ở mức €0,25/kWh (giá thương mại Châu Âu):

Tiết kiệm điện hàng năm: €24,966

4: Bao gồm lợi ích HVAC

Các thiết bị HPS tạo ra nhiệt bức xạ đáng kể - một đèn HPS 600W tỏa nhiệt khoảng 400W vào môi trường đang phát triển. Vào mùa hè, lượng nhiệt này phải được loại bỏ bằng cách thông gió hoặc làm mát, làm tăng thêm chi phí năng lượng. Vào mùa đông, lượng nhiệt này bù đắp một phần cho nhu cầu sưởi ấm, làm giảm mức tiết kiệm năng lượng ròng từ việc thay thế HPS.

Hiệu ứng HVAC ròng của việc thay thế đèn LED thay đổi tùy theo khí hậu và mùa:

Ở vùng khí hậu nóng hoặc hoạt động vào mùa hè: Việc thay thế đèn LED giúp giảm tải làm mát, tiết kiệm điện trực tiếp thêm 10–20%

Ở vùng khí hậu lạnh với mùa chiếu sáng bổ sung chiếm ưu thế-vào mùa đông: nhiệt lượng bị mất từ ​​HPS phải được bù đắp bằng hệ thống sưởi, làm giảm mức tiết kiệm ròng từ 15–25%

Đối với một nhà kính ở Vương quốc Anh có mùa chiếu sáng bổ sung kéo dài 7 tháng chủ yếu vào mùa đông, phần bù HVAC thường làm giảm mức tiết kiệm ròng hiệu quả khoảng 15% so với tính toán điện năng trực tiếp. Tiết kiệm ròng đã điều chỉnh trong ví dụ trên: khoảng £23.700 mỗi năm.

Chi phí thay thế đèn được loại bỏ

Đèn HPS 600W có tuổi thọ định mức khoảng 10.000–12.000 giờ. Vào lúc 16 giờ mỗi ngày, tức là 1,7–2,1 năm trước khi thay thế. Đối với 60 đồ đạc:

Giá đèn HPS: khoảng £25–40 mỗi đèn

Nhân công thay thế ở mức giá thương mại (làm việc trên cao, 60 thiết bị cố định): khoảng £600–800 mỗi chu kỳ thay thế

Tổng chi phí thay thế mỗi chu kỳ: £2.100–3.200

Chi phí hàng năm: £1.000–1.900 mỗi năm

Một chất lượngĐèn LED trồng nhà kính thương mạiđược đánh giá ở mức 50.000 giờ (L70) ở mức 16 giờ mỗi ngày kéo dài khoảng 8,5 năm trước khi hết tuổi thọ định mức - mà không cần thay đèn trong khoảng thời gian đó. Chi phí bảo trì hàng năm cho đèn LED về cơ bản là bằng 0 đối với tuổi thọ định mức ngoài việc vệ sinh (được thảo luận trong bài viết bảo trì đồng hành của chúng tôi).

Chi phí nhân công quản lý HPS

Ngoài việc thay thế đèn, các thiết bị HPS yêu cầu kiểm tra thường xuyên tình trạng chấn lưu, tình trạng tụ điện và vệ sinh gương phản xạ. Trong một nhà kính thương mại có 60 thiết bị cố định, chương trình bảo trì này tiêu tốn khoảng 20–30 giờ lao động có tay nghề hàng năm. Với mức giá của nhà thầu bảo trì thương mại là £35–55/giờ, tức là £700–1.650 mỗi năm cho lao động bảo trì và sẽ biến mất một cách hiệu quả khi thay thế đèn LED.

Cải thiện tính đồng nhất của cây trồng

Các thiết bị HPS tạo ra sự phân bổ ánh sáng không đồng đều. Dù nâng cấp lênĐèn LED phát triển UFO cho nhà kínhhoặc định dạng thanh tuyến tính, công nghệ LED có các điểm nóng ngay bên dưới đèn và giảm đáng kể-ở các cạnh của vật cố định. Đèn LED trồng cây trong nhà kính - đặc biệt là kiểu thanh tuyến tính-Các định dạng Đèn LED trồng cây trong nhà kính thương mại - cung cấp độ che phủ tán đồng đều hơn. Nghiên cứu của Công ty Phát triển Làm vườn (HDC, 2021) phát hiện ra rằng độ đồng đều ánh sáng được cải thiện khi thay thế đèn LED đã giảm-sự thay đổi kích thước cây trồng xuống 18% trong sản xuất rau diếp, trực tiếp làm tăng tỷ lệ đầu có thể bán được trên mỗi vụ thu hoạch.

Giả định

Nhà kính kính rộng 1.000m2, Bắc Âu

Lắp đặt hiện tại: 100 × 600W thiết bị HPS (660W thực tế có chấn lưu)

Chiếu sáng bổ sung 16 giờ/ngày, 7 tháng/năm (Tháng 10 – tháng 4: 213 ngày)

Giá điện: £0,28/kWh

Đèn LED thay thế: Đèn LED trồng nhà kính thương mại 100 × 320W ở mức 2,5 µmol/J

Chi phí điện chiếu sáng hàng năm hiện tại: 100 × 660W × 16h × 213 ngày ÷ 1.000 × £0.28=£63.498

Chi phí điện chiếu sáng hàng năm bằng đèn LED: 100 × 320W × 16 giờ × 213 ngày ÷ 1.000 × £0.28=£30.797

Tiết kiệm năng lượng trực tiếp: £32,701/năm

Tiết kiệm bổ sung:

Thay thế đèn HPS (hàng năm): £1.500

Nhân công bảo trì: £1,200

Cải thiện tính đồng nhất của cây trồng (ước tính): £4.000–8.000 để giảm chất thải

Tổng số tiền tiết kiệm hàng năm ước tính: £39,400–43,400

Chi phí lắp đặt đèn LED (Đèn LED trồng nhà kính thương mại 100 × 320W ở mức £180 cho mỗi thiết bị, cộng với công lắp đặt): khoảng £22.000

Thời gian hoàn vốn: 6–7 tháng

Ví dụ này thận trọng trong ước tính chất lượng cây trồng và loại trừ các chương trình khuyến khích tiềm năng của chính phủ để nâng cấp đèn LED thương mại, điều này có thể làm giảm hơn nữa chi phí đầu tư hiệu quả.

Nhà kính nhỏ (dưới 200m²): Chi phí cho một-cố định cao hơn do số lượng đặt hàng nhỏ hơn; lợi ích HVAC kém hiệu quả hơn. Thời gian hoàn vốn thường là 18–30 tháng. Vẫn vững chắc về mặt tài chính; chỉ mất nhiều thời gian hơn các hoạt động thương mại lớn.

Nhà kính thương mại (200–2.000m2): Điểm hấp dẫn cho nền kinh tế LED. Mua số lượng lớn giúp giảm-chi phí trên mỗi đơn vị; khoản tiết kiệm đủ lớn để khấu hao nhanh chóng. Thời gian hoàn vốn thường là 8–18 tháng.

Hoạt động ở quy mô-lớn (2.000m²+): Ở quy mô lớn, chi phí cho mỗi thiết bị cố định-là thấp nhất và tổng số tiền tiết kiệm được hàng năm có thể là đáng kể. Thời gian hoàn vốn có thể chỉ trong 6–10 tháng. Nhiều-nhà khai thác quy mô lớn sử dụng nguồn tài trợ cho thiết bị, giúp chương trình trở nên trung lập về tiền mặt{10}}ngay từ tháng đầu tiên với mức tiết kiệm năng lượng bao gồm cả khoản thanh toán hàng tháng.

AHDB (Ban Phát triển Nông nghiệp và Làm vườn).Kinh tế năng lượng ánh sáng LED Grow cho nghề làm vườn ở Vương quốc Anh. Báo cáo kỹ thuật AHDB, 2022. Nhận thấy rằng người trồng thay thế HPS bằng đèn LED trong các hoạt động nhà kính thương mại ở Vương quốc Anh đã đạt được mức tiết kiệm năng lượng trung bình là 48% trong mức tiêu thụ điện chiếu sáng.

Nelson, JA và Bugbee, B. "Phân tích kinh tế về chiếu sáng đèn LED trong nhà kính: so sánh nhiều địa điểm."XIN MỘT, Tập. 9, Số 6, 2014. Nghiên cứu cơ bản thiết lập so sánh hiệu quả của đèn LED và HPS trong bối cảnh nhà kính thương mại.

van Iersel, MW "Tối ưu hóa chiếu sáng LED trong nông nghiệp môi trường được kiểm soát."HortKhoa học, Tập. 52, Số 2, 2017. Thiết lập các tiêu chuẩn hiệu quả cải cách hành chính cho đèn LED và HPS trong các ứng dụng nhà kính.

Công ty Phát triển trồng trọt (HDC).Tác động của ánh sáng LED đến tính đồng nhất của cây trồng và năng suất có thể bán được trên thị trường. Báo cáo dự án HDC, 2021. 

Một người trồng cà chua ở Lincolnshire, Vương quốc Anh, đã vận hành một nhà kính Venlo rộng 1.400 m2 với các thiết bị HPS hai đầu 120 × 600W-để chiếu sáng bổ sung vào mùa đông. Hóa đơn điện chiếu sáng hàng năm: khoảng 84.000 bảng Anh trong mùa tháng 10 đến tháng 4. Người trồng trọt đã miễn cưỡng nâng cấp do chi phí vốn cho việc thay thế đèn LED và sự không chắc chắn về khoản tiết kiệm thực tế.

Sunhingstones nhận cung cấp và lắp đặt 120×320WĐèn LED trồng nhà kính thương mạithiết bị cố định kiểu thanh-có độ mờ 0–10V riêng lẻ. Dự án bao gồm:

Giám sát năng lượng trước khi lắp đặt-trong 30 ngày để thiết lập đường cơ sở đã được xác minh

Lắp đặt đèn LED trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 5 giữa các mùa chiếu sáng bổ sung

-giám sát năng lượng sau lắp đặt trong 30 ngày kể từ tháng 10

Kết quả được đo lường (lắp đặt-mùa chiếu sáng bổ sung đầy đủ đầu tiên):

Tiêu thụ điện chiếu sáng: giảm từ mức trung bình 84.000 kWh/tháng (HPS) xuống 42.300 kWh/tháng (LED) - giảm 49,6%

Chi phí điện chiếu sáng hàng tháng: giảm từ £23.520 xuống £11,844 - tiết kiệm £11.676/tháng

Tiết kiệm hàng năm (mùa 7 tháng): £81,732

Tránh được chi phí thay thế đèn HPS (chu kỳ đầu tiên đã đến hạn): £5.800

Tổng lợi ích tài chính năm đầu tiên-: £87.532

Tổng mức đầu tư vào đồ đạc và lắp đặt: £52.400

Thời gian hoàn vốn: 7,2 tháng

Kết quả vụ mùa: người trồng quan sát thấy độ đồng đều của nhiệt độ tán được cải thiện (không có điểm nóng do nhiệt HPS bức xạ) và báo cáo tỷ lệ mắc bệnh Botrytis sớm giảm - do độ ẩm của tán thấp hơn do chu kỳ ngưng tụ do nhiệt-giảm.

Người trồng đã mở rộng chương trình sang nhà kính dạng đường hầm thứ hai rộng 800m2 vào mùa tiếp theo.

Đối với bất kỳ nhà kính thương mại nào vẫn đang sử dụng thiết bị HPS, câu hỏi đặt ra không còn là liệu việc thay thế đèn LED có tiết kiệm tiền hay không. Nghiên cứu, dữ liệu về hiệu quả đã được thử nghiệm và kinh nghiệm thực tế từ những người trồng trọt trên khắp Châu Âu và Bắc Mỹ đều xác nhận rằng nó có lợi nhuận - đáng kể. Câu hỏi đặt ra là khi nào thực hiện chuyển đổi và cơ cấu khoản đầu tư như thế nào.

Tại Sunhingstones, chúng tôi cung cấp hệ thống Đèn LED trồng nhà kính thương mại cho người trồng trọt thương mại và có thể đưa ra dự báo tiết kiệm năng lượng cho bất kỳ lắp đặt cụ thể nào dựa trên thông số kỹ thuật của thiết bị cố định hiện tại, giờ hoạt động và biểu giá điện.

Vận hành nhà kính HPS hiện có - cho dù bạn dự định chuyển sang đèn LED T8 trồng cây cho cây trồng trong nhà, thiết bị chiếu sáng UFO hay quán bar thương mại-

Liên hệ ngay