È stato dimostrato che nelle serre la sostituzione dell’illuminazione tradizionale con quella a Led, più efficiente sul piano energetico, riduce in modo drastico il consumo di elettricità. L’analisi costi-benefici degli agricoltori che hanno sostituito lampade ad alta intensità e a fluorescenza con i Led evidenzia un risparmio energetico dal 40% al 75%. Non solo i Led consumano meno energia ma, generando meno calore, consentono agli agricoltori di integrare la luce naturale in maniera sostenibile; inoltre riducendo l’evaporazione dell’acqua permettono di risparmiare anche sul consumo idrico e sul raffreddamento. Gli impianti a Led possono essere collocati più vicino alle piante, permettendo la coltivazione multistrato (agricoltura verticale), nonché l’inter-illuminazione per piante più alte come i pomodori. Le aziende con serre commerciali sono così in grado di estendere le loro stagioni di coltivazione, producendo più raccolti annui e fornendo frutta e verdura fuori stagione.
Vegetazione più ecologica
Un vantaggio strategico per la coltivazione agricola sostenibile in serra e al coperto è che, aumentando la produzione di alimenti a livello locale, l’onere del trasporto degli alimenti cala notevolmente, con un risparmio sulle emissioni di CO2, rendendo l’illuminazione a Led una soluzione ecologica. Rispetto alle fonti di illuminazione tradizionali i Led possono anche aumentare la resa dei raccolti e migliorarne la qualità. La ricerca ha rilevato che la fotosintesi nelle piante dipende dall’assorbimento di energia luminosa a specifiche lunghezze d’onda. L’assorbimento della clorofilla nelle piante raggiunge il picco durante l’esposizione a segmenti rossi o blu dello spettro luminoso. Altre tecnologie di illuminazione, per esempio al sodio ad alta pressione e ad alogenuri metallici, non forniscono i fotoni nei picchi di assorbimento della clorofilla appropriati e sprecano energia producendo radiazione in bande che non presentano vantaggi. Le lampade a fluorescenza sono migliori, ma forniscono pur sempre solo una piccola percentuale dello spettro richiesto. La capacità di scegliere e regolare l’uscita spettrale degli impianti a Led permette ai serricoltori di integrare la luce naturale del sole e agli agricoltori che coltivano al coperto di generare la luce necessaria per la crescita ottimale delle piante. Ulteriori studi hanno ristretto i differenti requisiti di spettro per ottimizzare germinazione dei semi, crescita di fusto e radici, fioritura e maturazione. I progettisti di apparecchi per illuminazione stanno realizzando impianti con la giusta combinazione luminosa per ottimizzare la crescita e lo sviluppo durante la vita della pianta.
Qualità e affidabilità
Progettare e costruire sistemi da usare in serre e fattorie al coperto è un business potenzialmente redditizio. Ma non si tratta semplicemente di scegliere Led rossi e blu che corrispondano alle lunghezze d’onda di una ricetta luminosa per la coltivazione e montarli in un impianto. I progettisti non dovrebbero dimenticare che una serra è un ambiente difficile, ad alta umidità e a temperatura variabile. Alcuni coltivatori hanno avuto brutte esperienze con componenti di scarsa qualità o inadatti all’ambiente o con progetti non all’altezza per l’abbinamento non corretto dei dispositivi. A partire dagli stessi Led, ci sono molti produttori, ma i fornitori più importanti, come Cree, Lumileds e Osram OS, forniscono dispositivi di lunga durata con collaudata efficienza e appropriata luminosità. Con una forte concentrazione sul mercato dell’illuminazione per l’orticultura, Osram offre ad esempio la gamma Oslon SSL, che presenta Led rossi centrati a 660nm e 730nm, nonché dispositivi blu intenso centrati a 450nm. Sono disponibili anche altri colori, tra cui arancione, giallo, verde e bianco. L’azienda continua a monitorare le ricerche in questo campo, partecipando alle attività di sviluppo delle norme e dei parametri dell’illuminazione a Led destinati al mercato dell’orticultura. Anche le gamme Luxeon di Lumileds sono ideali per l’illuminazione delle coltivazioni; la serie Luxeon C, ad esempio, comprende dispositivi ad alta potenza, a lente bassa, che presentano un’unica lunghezza focale affinché tutti i colori forniscano un’impeccabile miscelazione cromatica, mentre la serie Luxeon Z comprende Led ad alta potenza senza lenti per favorire la flessibilità progettuale, e la serie Luxeon Rebel offre la massima efficacia. Lumileds è un pioniere nel campo dell’illuminazione per l’orticultura e ha avuto un ruolo fondamentale nello sviluppo di un’ampia gamma di ricette luminose per la coltivazione.
Corsia preferenziale
In molti mercati dell’elettronica si registra la tendenza a procurarsi componenti, sottosistemi e gruppi sempre più integrati. L’illuminazione a Led non costituisce un’eccezione. La gamma di moduli lineari, cluster, riflettori e kit completi di light engine è in continua espansione ed è ideale per i designer meno esperti. A fornirla sono produttori come Intelligent Led Solutions, con una interessante linea di prodotti mirata al mercato dell’orticultura. L’azienda offre strisce, cluster e riflettori in una combinazione di array di Led rossi, far red e blu realizzati con Led Osram. Progettati pensando alla gestione termica, gli array sono costruiti su substrati in alluminio. L’azienda fornisce anche dissipatori di calore, cavi, lenti e accessori di montaggio. Un livello più elevato di integrazione è dato dalla gamma di kit per illuminazione Petunia, progettata per l’illuminazione di serre. Le soluzioni disponibili offrono una gamma di mix di colori per uso universale, per piantine o crescita vegetale. I Led bianchi vengono aggiunti per fornire illuminazione ai lavoratori nella serra in assenza di luce solare. I kit completi contengono array da 12 diodi, driver Led a corrente costante, dissipatore di calore, adattatore per dissipatore di calore, lente ed elementi di fissaggio.
Progettazione del sistema
Nelle installazioni commerciali è necessaria anche una serie di funzioni accessorie, soprattutto per il funzionamento automatico e la riprogrammabilità. Monitorare l’ambiente all’interno della serra è fondamentale e richiede sensori di luce ambientale, temperatura e umidità. I sistemi di annaffiatura e raffreddamento richiederanno pompe, ventilatori e serrande, oltre ai relativi driver e controller dei motori. I dati dei sensori e dei sistemi di controllo sono comunicati a una Mcu, che controlla anche il sistema di illuminazione generale. La comunicazione esterna, cablata o wireless è importante per il monitoraggio dello stato e per effettuare modifiche del programma attraverso l’elettronica e il software di controllo. Collegare queste varie funzioni richiede connettori, cavi, alloggiamenti e driver bus, mentre occorre riflettere sulla potenza. Per procurarsi una gamma di dispositivi così varia e talvolta specializzata, un grande distributore di componenti dotato di un sito web completo è un ovvio punto di partenza. Al fine di rispettare le varie e complesse limitazioni a livello di sistema e di progetto, è importante selezionare componenti che insieme funzionino bene nell’applicazione. Sul sito di RS Components, per esempio, la visualizzazione on-line dei Led monocromatici della serie Osram Oslon SSL è affiancata a quella di prodotti extra essenziali come le lenti LediL. Una ricerca di driver per Led adatti all’illuminazione di serre, fa comparire le serie ELG di Mean Well, che copre un’ampia gamma di uscite in tensione e corrente. RS offre anche consigli per effettuare un buon abbinamento in applicazioni di illuminazione per serre. Tra queste figurano i sensori di luce ambientale di ams, progettati per il rigoroso settore del controllo di processo; i sensori combinati di temperatura e umidità e i misuratori di portata di Sensirion.
