Guia de iluminacion artificial

No hay duda de que la industria agrícola interior está creciendo. Cada mes, nuevos proyectos ingresan al sector, las nuevas tecnologías aumentan la eficiencia de la producción y la calidad de los alimentos, y se llevan a cabo cientos de proyectos de investigación en todo el mundo. Una característica notable de este crecimiento en la industria son los desarrollos en iluminación artificial para invernaderos interiores, principalmente en iluminación LED. A medida que la tecnología avanza rápidamente, nuestro conocimiento de cómo usarlo a su máximo efecto está ganando fuerza. Pero comencemos con lo básico:

Conceptos básicos de cómo las plantas usan la luz

La luz se emite como ondas y partículas. Para ser más precisos, la luz se emite como ondas de fotones, que son esencialmente haces de energía. La cantidad de energía en cada fotón determina la longitud de la onda de cresta a cresta. Aunque las longitudes de onda pueden variar de nanómetros a metros, los pigmentos vegetales solo pueden usar longitudes de onda específicas. La mayoría de estas longitudes de onda útiles ocurren entre 400 y 700 nm en el espectro.

Los productores deben esforzarse por satisfacer las necesidades de la planta lo más cerca posible de la luz, considerando aspectos como el costo y la eficiencia. La eficiencia de la luz es la cantidad de luz que las subestaciones pueden usar por cada vatio o kilovatio de electricidad utilizado. La PAR, o radiación fotosintéticamente activa, es la luz más útil para la planta. Los pigmentos vegetales absorben la luz a longitudes de onda específicas y usan energía en la fotosíntesis. Los tres principales productores de pigmentos son:

Clorofila a - Picos de absorción a longitudes de onda de 430 y 662 nm
Clorofila b: picos de absorción a longitudes de onda de 453 y 642 nm
Carotenoides: picos de absorción a longitudes de onda de 450 a 454 nm

Las longitudes de onda más absorbidas ocurren a 450 y 660 nm.

Intensidad de luz: medidas de luz útiles

La intensidad de la luz se mide comúnmente de tres maneras: luminosidad, PAR y PPFD. La luminosidad (o lúmenes) es una medida de cuán brillante aparece una luz para el ojo humano. No se limita a la luz útil. Como medida para aumentar la intensidad de la luz, la luminosidad tiene poco valor. Sin embargo, si se conoce la longitud de onda, es posible convertir la luminosidad a PAR.

PAR (medido en micromoles / seg-m2) es la medición de la radiación fotosintéticamente activa, o la energía de la luz útil para las plantas en un punto dado en el espacio. Una medición PAR, por sí sola, es de poca utilidad, pero saber dónde se está tomando la medición en relación con la fuente de luz dará una idea de la intensidad. Algunas compañías de LED hacen un gran trabajo mostrando gráficos con mediciones PAR en varios puntos (cobertura a diferentes alturas) en sus etiquetas. Esta es la mejor información que puede obtener.

PPFD (medido en micromoles / seg-m2) representa la densidad del flujo de fotones fotosintéticos y es una medida de los fotones realmente útiles en PAR cuando se conoce la composición espectral exacta. PPFD mide solo las partes utilizables del PAR, pero funciona como una calificación de eficiencia PAR. En otras palabras, mantenga el PAR honesto.

Daily Light Integral

La luz diaria completa (DLI) es la traducción real de los valores PAR o PPFD para el tiempo de crecimiento real. Describe la combinación de luz y tiempo y representa la cantidad de PAR necesaria en un intervalo diario para cultivar eficazmente un cultivo / planta específico. Un productor puede saber cuánta luz en ciertas longitudes de onda alcanza un metro cuadrado por segundo. Pero, ¿cuántos segundos de esa luz necesita la planta? Esa es la pregunta que responde DLI.

El DLI se mide con un medidor mol · m-2 · d-1 PAR. Tenga en cuenta que se mide en unidades similares a la PAR, solo en el contexto de un día. Por ejemplo, 12-14 mol · m-2 · d-1 es el DLI recomendado para la producción de lechuga de invernadero e incluso se requieren valores de DLI más altos (15-20 +) para los cultivos de frutas.

Diferentes tipos de luces de cultivo

La iluminación de descarga de alta intensidad proporciona luz de alta intensidad con un buen espectro para cultivos, pero a costa de la producción de calor elevado y, finalmente, la eficiencia de producción de luz baja. Dos tipos de iluminación dominan la etapa HID: luces de halogenuros metálicos (MH) y luces de sodio de alta presión (HPS)
Las luces de sodio a alta presión producen más luz roja y naranja que los haluros metálicos y producen mucho calor, lo que resulta en altos costos operativos. Su espectro general es excelente, lo que los convirtió en la luz HID más popular.
Las luces de halogenuros metálicos producen una fuerte luz azul. La mayoría de las luces MH están limitadas por una corta vida útil, alto consumo de energía y desafíos de manejo (la lámpara no puede entrar en contacto con el aceite, incluido el aceite de la punta de los dedos)
Las luces fluorescentes se han utilizado durante mucho tiempo en operaciones en interiores, pero no tienen intensidad para una producción seria. Los gastos de capital y los costos operativos de las lámparas fluorescentes son razonablemente bajos en comparación con las lámparas HID. Los costos de reemplazo y eliminación, junto con la fragilidad y un espectro no especificado, han limitado el uso de lámparas fluorescentes en operaciones interiores más grandes
La iluminación de inducción, similar a la iluminación fluorescente, utiliza campos magnéticos en lugar de filamentos para producir luz. Las luces de inducción tienen una larga vida útil y una eficiencia moderada. Todavía necesitan encontrar una tracción significativa en el sector agrícola
Los LED pertenecen a un sector de rápido crecimiento, con costos que disminuyen continuamente. Beneficios tales como robustez, eficiencia, costos de fabricación reducidos, bajos costos de operación y especificidad del espectro son los principales a favor de los LED para productores de interiores.

Centrarse en LED

A medida que más y más productores eligen LED para iluminar sus granjas y más fabricantes ingresan al espacio de LED, una guía para comprender los LED beneficiará a todos estos productores.

Anatomía de un LED

Un diodo emisor de luz es un dispositivo que emite luz como una longitud de onda específica cuando la energía lo atraviesa. Dos tipos de materiales, cada uno con un tipo diferente de semiconductor, se unen, creando el diodo. Cada uno de los semiconductores en el diodo tiene una carga diferente: un semiconductor es negativo y uno es positivo.

Cuando la energía pasa a través de los semiconductores combinados, los electrones en el semiconductor negativo y los "agujeros" (portadores con carga positiva) en el semiconductor positivo se activan. Los electrones cargados negativamente en un semiconductor golpean los "agujeros" (que están cargados positivamente) en el otro semiconductor. Como las cargas positivas y negativas no son perfectamente iguales, no pueden cancelarse perfectamente. El exceso de energía no tiene adónde ir y se emite como un fotón de luz.

El tipo de cada semiconductor determina exactamente cuánto exceso de energía hay y, como sabemos, la cantidad de energía en un fotón y determina la longitud de onda. Por lo tanto, cada diodo emisor de luz emite una longitud de onda de luz específica. El diodo está empaquetado como un chip y envuelto en una tapa de plástico. Los diodos generalmente se agrupan con otros diodos que emiten la misma (o casi la misma) longitud de onda de luz.

Elegir el sistema de iluminación LED correcto

Elegir luces LED puede ser un proceso lento y confuso. Existen muchas variaciones diferentes de productos fundamentalmente similares. Para comparar productos, debe comprender la eficiencia, los factores de forma, la producción de calor y las garantías.

Eficiencia

La eficiencia de la iluminación se refiere a la relación entre la energía luminosa y la energía térmica producida a partir de una entrada de energía específica. Toda la energía que ingresa a la fuente de luz produce energía luminosa o energía calorífica. La eficiencia de una luz depende del porcentaje de energía que sale como luz, así como del porcentaje de calor.

La razón principal por la que los LED son tan populares se debe a su alta eficiencia. Muchas luces LED tienen un 50% menos de uso de energía por mol de fotones producidos en comparación con el HID tradicional. Los LED también pueden proporcionar luz a una longitud de onda específica. Esto hace que la mayor parte de la luz producida sea utilizable, donde otros tipos de iluminación producen longitudes de onda inútiles además de las longitudes de onda útiles. La producción de longitudes de onda inútiles consume energía, pero no produce fotosíntesis. Las luces menos eficientes producen más calor y las altas temperaturas reducen la eficiencia de la luz y su vida útil.

Factores de forma

Las luces LED vienen en tres factores principales: lámparas, barras y paneles. Las luminarias tienen forma de caja y generalmente ofrecen luz de alta intensidad. Las luminarias consumen cantidades moderadas a altas de energía, ocupan espacio y requieren una mayor inversión inicial. Las barras tienen varias longitudes y perfiles diferentes, consumen cantidades bajas y medias de energía, de baja a media intensidad, y usan el espacio de manera eficiente. Los paneles (en forma de caja delgada) ofrecen una intensidad baja a media y usan cantidades bajas o medias de energía, como barras. Este tipo de iluminación tiende a ser más costoso que las barras, pero ofrece una mejor cobertura.

Salidas de calor

A pesar de la eficiencia de los LED, todavía producen calor significativo. En entornos agrícolas confinados con mucha luz, esto significa muchos costos de HVAC. Un error común es que los LED eliminan este gasto. Aunque los LED reducen el costo de eliminar el calor, el costo aún existe y aumenta a medida que los productores aumentan su densidad creciente.

Los LED más fríos se mantienen, son más eficientes y duran más. La eliminación de calor afecta el diseño de accesorios, paneles y barras. Los diseñadores e ingenieros de LED tienen varias opciones para enfriar los LED:

Utilice LED de baja potencia para minimizar el calor producido. Este enfoque es común en el diseño de barras y paneles y generalmente limita estas técnicas para reducir la demanda de cultivos ligeros, como la lechuga.
Use extrusiones o aletas complicadas para aumentar el área de superficie y la capacidad de disipar el calor de la luz al aire. Este enfoque es común en el diseño de barras y accesorios, pero aumenta el costo total.
Use ventiladores y convección forzada para hacer circular el aire. Este enfoque es más común en las luminarias, que tienen volumen para acomodar ventiladores, y es la opción de eliminación de calor más efectiva de las tres.

Clasificaciones y garantías de eficiencia LED

Al elegir un sistema de iluminación LED, es importante prestar atención a los años y horas enumerados en las garantías de luz. La esperanza de vida se puede enumerar en años, pero este número a veces se basa en un cálculo que utiliza un tiempo de operación por hora bajo por día. A menudo, también hay diferentes índices de eficiencia porcentual en las garantías, lo que significa que un fabricante puede garantizar un 70% de eficiencia en 70,000 horas, mientras que otros garantizan un 90% de eficiencia en 50,000 horas.

Productores que se benefician de la lectura de letra pequeña en este caso. Los productores también pueden beneficiarse al leer los contratos de reemplazo de componentes del producto. Dado que los conjuntos de LED generalmente se fabrican en unidades grandes, en lugar de partes separadas y extraíbles, una parte defectuosa puede requerir el reemplazo de todo el conjunto de iluminación.

Al elegir el mejor sistema de iluminación LED, es necesario tener en cuenta todos los factores contribuyentes descritos aquí. Comenzar o escalar un invernadero rentable puede ser como correr tu primer maratón. Todo el dolor y la preparación necesarios para tener éxito pueden parecer abrumadores a veces, pero la sensación de logro y el aumento de la fuerza cuando cruzas la línea de meta hace que valga la pena.

Buenos cultivos ;)

¿Te gustó este artículo? Separamos algunos artículos que le pueden interesar:

Blog