Изобретение относится к агротехнике, касается устройств, оказывающих воздействие током или электромагнитным излучением, стимулирующее рост растений и может быть применено в сельском хозяйстве, а также цветоводстве и в сфере выращивания лекарственных или элитных растений.
Известны многочисленные примеры такого полезного применения постоянного тока от сетей [1], электромагнитного излучения [2] и постоянного тока от переносных источников напряжения [3], общей технической характеристикой которых является стимулирование роста растений за счёт организации протекания электрического тока в почве, способствующего переносу питательных веществ и микроэлементов к корневой системе растения. Для этого в известных устройствах предусмотрено применение металлических электродов, погруженных в почву вблизи растения и присоединённых к источнику постоянного напряжения, в качестве которого может использоваться электросеть с соответствующими выпрямляющими ток устройствами, или переносные источники постоянного тока типа батареек или аккумуляторов.
Однако известные технические решения [1-3] обладают общим, характерным для них недостатком заключающимся в том, что воздействие тока на корневую систему идёт постоянно, тогда как другая важнейшая функция живого растения - фотосинтез идёт только в светлое время суток, а его интенсивность колеблется в широких пределах в зависимости, в первую очередь, от освещенности. При пасмурной погоде, при переменной облачности, а также в темное время суток наступает диссонанс между воздействием протекания постоянного по величине тока на корневую систему растения и ослабленным или вообще отсутствующим фотосинтезом в его надземной части, так что вместо стимулирования роста и развития растения может, наоборот, наблюдаться угнетение этих жизненно - важных для растения процессов.
Подобный диссонанс имеет место и при высоких дневных температурах воздуха в летнее время, что характерно для использования известных устройств в регионах с жарким, засушливым климатом. Ещё одним недостатком является возникновение не проводящей ток «корки» на поверхности электродов, вследствие осаждения на ней ионов различных химических веществ, имеющихся в почве под действием, протекающего между электродами электрического тока. Изменение электрических характеристик этой «корки» плохо предсказуемы, а существующий приём борьбы с ней сводится к такому паллиативному решению, как применение электродов из нержавеющей стали, что малопродуктивно.
Наиболее близка к предлагаемому изобретению является устройство для стимулирования роста растений [4] которое содержит два электрода погружаемые в грунт вблизи корни растения, свободные, находящиеся снаружи, концы которых электрически соединены с разноименными полюсами солнечного элемента. Устройство работает в «такт» с, изменяющейся в зависимости от освещенности, интенсивностью процесса фотосинтеза, а именно, при пасмурной погоде, когда фотосинтез ослаблен, величина тока солнечного элемента ввиду падения освещенности также мала и, наоборот, при яркой освещенности в ясный солнечный день, когда фотосинтез максимален, максимальны и значения тока, вырабатываемого солнечным элементом, а значит и ток протекающий в почве вблизи корневой системы растения максимален и максимален перенос, питательных для растения, веществ. Аналогично, в условиях переменной облачности, ток от солнечного элемента, протекающий в почве и интенсивность фотосинтеза меняются одновременно в зависимости от того, закрыто или открыто солнце облаками в данный момент времени.
Однако известное устройство также обладает рядом существенных недостатков. Главным недостатком является то обстоятельство, что при его эксплуатации в летнее время, в условиях жаркого климата, ток вырабатываемый солнечным элементом, и так высокий за счёт высокой летней освещенности, растёт ещё и за счёт высокой температуры воздуха, в то время как и фотосинтез и, особенно, корневая система растения находятся в условиях жары в «угнетенном» состоянии. Общеизвестно, что растения, как бы «оживают» при перемене погоды в летнее время в сторону снижения температуры и появления свежего ветра.
Известное устройство не лишено и недостатка, присущего аналогам в части образования, плохо проводящей электрический ток «корки», плотно налипающей на поверхности электродов, погружённой в грунт вблизи растения. Степень проявления этого негативного явления никак инструментально нельзя определить и невозможно прогнозировать и оно может быть выявлено только при извлечении электродов из грунта. А вот проведение этой операции чревато повреждением корневой системы растения, поскольку при извлечении электродов, вместе с налипшей на них «коркой» одновременно извлекается и часть грунта, пронизанного мелкими отростками корневой системы растения.
Задача изобретения состоит в исключении указанных недостатков, а именно, в исключении роста тока, протекающего между электродами за счёт высоких температурах воздуха в летнее время и в исключении образования не проводящей «корки» на поверхности электродов, находящихся в грунте за счёт осаждения на ней, растворенных в почве химических соединений и микроэлементов, а также создании возможностей для свободного извлечения электродов для их замены или профилактики без нанесения ущерба корневой системе растения.
Задача изобретения решается тем, что в устройстве для стимулирования роста растений содержащем два электрода, погружаемые в грунт вблизи растения, свободные, находящиеся снаружи концы которых электрически соединены с разноименными полюсами солнечного элемента, солнечный элемент выполнен из краевых областей слитка вторичного литого поликристаллического кремния (ВЛПК) [5], контактировавших с графитовой изложницей и изобилую
щих, вытесненными в эти области за счёт явления сегрегации при кристаллизации слитка, примесями и дефектами, каждый электрод снабжен полым диэлектрическим трубчатым корпусом со сквозными отверстиями на боковой поверхности стенок корпуса и глухим дном, помещаемым вместе с находящимся внутри электродом, в грунт вблизи растения, полость трубчатого корпуса между поверхностью его внутренней стенки и поверхностью электрода заполнена пористым, хорошо впитывающим воду веществом, находящаяся над поверхностью грунта часть трубчатого корпуса снабжена съемной пробкой с центральным отверстием для пропуска электрода, нижняя оконечность которого снабжена эластичной насадкой в виде поршня с внешней поверхностью, плотно прилегающей к внутренней поверхности стенки трубчатого корпуса.
Физической основой главного отличительного признака изобретения является установленный экспериментально факт того, что солнечные элементы, изготавливаемые из краевых областей слитка ВЛПК [5], контактировавшие с графитовой изложницей, в которую наливают стандартный расплав жидкого кремниевого сырья в виде отходов производства кремния - сырца, моно и поликристаллического кремния и технический кремний, резко отличаются по своим электрофизическим характеристикам от основной массы слитка. Причина состоит в том, что в эти краевые области попадают примеси со стенок графитовой изложницы и сюда же за счёт физического явления - сегрегации при кристаллизации, вытесняются все, избыточные для кремниевого кристалла примеси, имеющиеся в сырье, поскольку их максимальная концентрация в кристалле ограничивается пределом растворимости - физическим параметром строго индивидуальным для каждой примеси в кремнии. Краевые области слитка ВЛПК, поэтому оказываются с избытком насыщенными целым рядом примесей, определяющих не только их удельное сопротивление и время жизни носителей тока, но и особенности хода температурных зависимостей этих параметров, а также ход температурных зависимостей параметров, изготавливаемых из такого кремния полупроводниковых приборов, в нашем случае, солнечных элементов. Так, если изготовить солнечные элементы из краевых областей слитка ВЛПК, то оказывается, что абсолютно у всех них их энергетические параметры деградируют с ростом температуры, в том числе, в пределах того диапазона нагрева 40 - 70 С°, который характерен для солнечных элементов, эксплуатируемых в летнее время в условиях жаркого климата, например, типичного для Центрально - Азиатского региона. То есть, такие солнечные элементы или непригодны или ограничено, пригодны для эксплуатации в жарком климате. Чтобы избежать попадание таких солнечных элементов на сборку солнечных батарей, краевые области слитков ВЛПК обрезаются на глубину ~10 мм со всех сторон и эти обрезанные части слитков просто не используются для изготовления стандартных солнечных элементов. Необходимо отметить, что нагрев солнечных элементов изготовленных из краевых областей слитков ВЛПК в указанном выше диапазоне сопровождается не только снижением напряжения холостого хода (IX) за счёт роста омического сопротивления и ухудшения коэффициента выпрямления, но и уменьшением тока короткого замыкания (L), происходящим из-за активности рекомбинационных центров, обусловленных повышенным содержанием различных примесей в краевых областях слитка ВЛПК, резко возрастающей с ростом температуры. При этом общеизвестно, что все другие виды солнечных элементов, в том числе, изготовленные из любых других видов кремния, включая глубинные, лишенные краевых областей, слитки ВЛПК, наоборот, обнаруживают факт увеличения тока короткого замыкания (I „) с ростом температуры.
Таким образом, именно солнечные элементы, изготовленные из краевых областей ВЛПК, вследствие специфического, присущего им свойства ухудшения энергетических характеристик, в том числе, тока короткого замыкания( L) с ростом температуры в диапазоне температур 40 -70 С°, являются именно тем необходимым источником электрической энергии, который позволяет автоматически решить задачу изобретения в части исключения роста тока, протекающего между электродами за счёт высоких температур воздуха в летнее время.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен разрез устройства для стимулирования роста растений, в рабочем положении. Здесь 1 - грунт, в котором по обе стороны растения 2 размещены два полых диэлектрических, трубчатых корпуса 3 и 4 с глухим дном и со сквозными отверстиями 5 на боковой поверхности и размещенными внутри металлическими электродами 6 и 7, электрически соединенными с положительным, обозначен знаком (+) и отрицательным, обозначен знаком (-), полюсами солнечного элемента 8, выполненного согласно изобретения из краевых частей слитка вторичного литого поликристаллического кремния, производство которого освоено, например, на Ленинабадском комбинате редких металлов (ЛКРМ , пгт Чойрух Дайрон Согдийской области Республики Таджикистан). Полость каждого трубчатого корпуса 3 и 4 между поверхностью внутренней стенки и внешней поверхностью каждого из электродов 6 и 7 заполнена пористым, хорошо впитывающем воду веществом (материалом) 9, например, обычной или минеральной ватой, марлей, поролоном, синтетической или натуральной тканью, обрезками верёвок или шпагата и т.д. Верхние, находящиеся над поверхностью грунта 1 оконечности каждого из полых трубчатых корпусов 3 и 4 снабжены съемными пробками 10 и 11 с центральным отверстием в каждой из них для пропуска, соответственно, металлических электродов б и 7, а каждый из электродов 6 и 7 в своей нижней части, то есть у дна полых трубчатых корпусов 3 и 4 снабжён идентичными, эластичными насадками 12 и 13 виде поршня, с внешней поверхностью плотно прилегающей к внутренней поверхности стенок полых трубчатых корпусов 3 и 4. Солнечные лучи, попадающие на солнечный элемент 8, условно показаны стрелками, а соединительные провода от электр
дов 6 и 7 к разноименным полюсам (+) и (-) солнечного элемента 8 обозначены 14 и 15, соответственно.
Устройство для стимулирования роста растений работает следующим образом. Полые трубчатые корпуса 3 и 4 аккуратно вдавливаются в грунт вблизи от растения 2, например, так как это показано на фиг.1. В полость каждого из корпусов 3 и 4 сверху вводят, соответственно, металлические электроды 6 и 7 нижние концы каждого из которых снабжены эластичными насадками 12 и 13, соответственно, выполняющих роль поршня. Выше насадок 12 и 13 по длине электродов 6 и 7 наматывают любым известным способом, предварительно обильно смоченное пористое, хорошо впитывающее воду вещество 9, например, «ленту» из поролона или обычной ткани, или также обильно намоченный водой обрезок веревки или шпагата и продвигают каждую насадку - поршень 12 и 13 до касания с глухим дном полых трубчатых корпусов 3 и 4. Верхние, находящиеся над поверхностью грунта 1 оконечности полых трубчатых корпусов 3 и 4 закрывают съёмными пробками 10 и 11 с центральными отверстиями для пропуска металлических электродов 6 и 7, соответственно. При необходимости перед закрытием пробок 10 и 11 в каждый из корпусов 3 и 4 любым известным способом (пипеткой, шприцом и т.д.) наливают доверху воду или водный раствор, питательных для растения 2, минеральных солей и убеждаются, что ее уровень постепенно падает, то есть жидкость выходит из трубчатых полых корпусов 3 и 4 в грунт через отверстия 5, выполненные в их боковых стенках. Свободные, концы электродов 6 и 7 присоединяют с помощью гибких проводов 14 и 15 к разноименным полюсам (+) и (-) солнечного элемента 8.
При освещении солнечного элемента 8 солнечными лучами (показаны стрелками) он вырабатывает ток, а на его разноимённых полюсах (+) и (-) возникает напряжение. Вырабатываемый ток от солнечного элемента 8 течёт через металлические электроды 6 и 7, в виде электронов, а в смоченном водой или водным раствором питательных для растения 2 солей, пористом материале 9 и в грунте в виде ионов. Прохождение ионного тока вблизи корневой системы растения 2 увеличивает перенос полезных для растения 2 минеральных веществ к его корневой системе.
Как и в случае прототипа величина тока в цепи напрямую зависит от интенсивности солнечного излучения, попадающего на солнечный элемент 8 и на надземную часть растения 2. То есть интенсивность переноса минеральных веществ к корневой системе растения 2 происходит строго в такт с интенсивностью процесса фотосинтеза, происходящего в тканях (листья и стебли) надземной части растения 2, соответственно, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от изменений освещенности, обусловленных временем суток, то есть высотой положения Солнца над горизонтом и облачностью. При необходимости работы устройства ночное время необходимо, применять искусственные источники света.
Очевидно, что образования «корки» на поверхности в предлагаемом устройстве исключено, потому что металлические электроды 6 и 7 непосредственно не контактируют с грунтом 1. Поэтому они могут быть изготовлены не из дорогой нержавеющей стали, как в известных устройствах, а из стали простых и дешёвых сортов, например, Ст. 3- Ст. 5. Профилактические работы, включая извлечение металлических электродов 6 и 7 ни в какой мере не нарушают корневую систему растения 2 и сводятся к замене (при необходимости) пористого, хорошо впитывающего влагу вещества 9 , например: ваты, марли, обрезков ткани, веревки или шпагата, а также лент из поролона, намотанных на металлические электроды 6 и 7. При этом наполнение водой полости корпусов 3 и 4 и одно или несколько простых возвратно - поступательное движений металлических электродов 6 и 7 с эластичными насадками 12 и 13 на концах, играющих роль своеобразных поршней в полости корпусов 3 и 4, позволяют очистить отверстия 5 в боковых стенках корпусов 3 и 4, выдавливаемой этими поршнями, водой. Таким образом, отличительные признаки изобретения являются необходимым и достаточным условием для решения всех объявленных задач изобретения.
Работоспособность изобретения проверена на его макете, применённом при выращивании на открытом воздухе болгарского перца сорта «Ташкент» и стручкового перца «чили». В обоих случаях получен положительный результат, заключающийся в том, что растения снабжённые предлагаемым устройством за одно и тоже время достигли большей высоты, имели лучшую ветвистость и дали более высокий урожай по сравнению с растениями, которые выращивали с помощью устройства прототипа и тем более с теми, которые выращивали в таком же по качеству грунте, но без применения каких либо стимулирующих рост, устройств.
Отметим, что предлагаемое устройство экономически выгодно изготавливать по сравнению с известным, так как потребный для этого основной материал представляет собой, обязательно отрезаемые от слитков ВЛПК краевые области контактировавшие при литья слитков со стенками изложницы на глубину ~ 10 мм, обычно являющиеся невосстановимыми отходами производства
