Iluminación LED para horticultura
La iluminación LED aplicada a la horticultura permite reducir el coste de los alimentos, aumentar la producción y reducir significativamente la huella de carbono asociada al transporte de los alimentos frescos.
Artículo escrito por Jeff Forrest, 'Product Merchandiser' de RS Components.
De acuerdo a los estudios de mercado, en el 2020 el mercado global de la iluminación LED crecerá hasta alcanzar los 41.9 billones de dórales, creciendo con una TCAC cercana al 27% entre el 2105 y el 2020. Europa tendría la mayor cuota de mercado, seguida de América del Norte, mientras que en el caso de Asia se espera que tenga un gran crecimiento hasta conseguir un segundo lugar. Esto no es un simple mercado de repuestos para los agricultores. Las ventajas de aplicar la iluminación LED en la horticultura permiten reducir los costes en instalaciones haciendo que el retorno de la inversión sea mucho más rápido, además hay que tener en cuenta la creciente demanda de alimentos. Esto perite fomentar la iluminación LED en invernaderos y en granjas robotizadas de todo el mundo.
Se ha demostrado que la iluminación LED aplicada a la horticultura permite reducir drásticamente el consumo eléctrico. El análisis del costo-beneficio de los agricultores que han sustituido sus fluorescentes y las lámparas de haluro metálico por los LEDs están ahorrando entre un 40 y un 75% de energía. La iluminación LED no solo consume menos energía, también genera menos calor, así los agricultores pueden complementar la luz natural con sostenibilidad, reduciendo el vapor de agua que se genera y por tanto ahorrando en el consumo de agua y en la refrigeración. De hecho, en las áreas en las que el agua es un bien escaso, los cultivos con iluminación LED pueden requerir tan solo el 20% del agua necesaria para cultivar al aire libre.
Además, las luminarias LED se pueden colocar mucho más cerca de las plantas, dando lugar al cultivo en varias capas (agricultura vertical), así como poder iluminar las plantas más altas como los tomates. La operativa comercial de los invernaderos puede ampliar sus estaciones de crecimiento, produciendo varios cultivos al año, y muy importante para los consumidores, ofrecer frutas y verduras que localmente están fuera de temporada.
Vegetación más verde
Desde una perspectiva gubernamental, una ventaja competitiva de las granjas robotizadas y de las cámaras de crecimiento interior es la capacidad de poder aumentar la producción local de alimentos, siempre cerca de los núcleos poblacionales, lo que permite reducir el transporte necesario y en consecuencia reducir las emisiones de CO2, haciendo que la iluminación LED sea la solución que más respeta el medio ambiente. Desde el punto de vista del consumidor, la producción local puede evitar la pérdida de la textura y el sabor sin tener que utilizar productos químicos para retrasar la maduración de los alimentos.
La iluminación LED también puede aumentar la productividad de los cultivos, y en comparación con la iluminación tradicional, puede mejorar la calidad. La investigación ha descubierto que la fotosíntesis de las plantas depende de la energía luminaria absorbida determinadas longitudes de onda. Además, las plantas presentan picos de absorción de clorofila cuando están expuestas a espectros de luz roja y azul. Otras lámparas con vapor de sodio a alta presión o haluro metálico no proporcionan los fotones necesarios en los picos de absorción de clorofila, igualmente gastan energía produciendo radiación en bandas que no aportan beneficios. Las lámparas fluorescentes son mejores, pero todavía proporcionan apenas un pequeño porcentaje del espectro requerido.
La posibilidad de seleccionar y ajustar el espectro que sale de los sistemas de iluminación LED permite complementar los invernaderos con luz natural, mientras que las cámaras de crecimiento interior pueden generar toda la luz que necesitan para el óptimo crecimiento de las plantas. Otros estudios han reducido el espectro necesario para optimizar la germinación de semillas, el crecimiento de las raíces, el crecimiento de los tallos, la floración y la maduración. Los diseñadores de luminarias están respondiendo con luminarias que tienen una combinación adecuada de accesorios para maximizar el crecimiento y el desarrollo de la planta durante todo el ciclo de vida.
Calidad y fiabilidad
El diseño y la consecución de los sistemas aptos para cámaras de crecimiento interior son dos aspectos que representan un negocio potencialmente lucrativo. Pero no es tan sencillo como simplemente seleccionar lámparas LED rojas o azules para acoplarlas con las longitudes de onda y el crecimiento pretendido y después ensamblar todos los elementos.
Los diseñadores deben tener en cuenta la humedad y la temperatura de los invernaderos. Algunos agricultores ya han tenido malas experiencias por la baja calidad o por los componentes no aptos para el ambiente, también por diseños que no se adaptan a las necesidades.
En la industria de la iluminación LED hay muchos fabricantes, pero los de renombre, como Cree, Lumileds y Osram Opto Semiconductor son los que ofrecen eficiencia superior, un brillo adecuado y dispositivos con una vida útil prolongada. La mayor parte de los proveedores basan sus sistemas en los dispositivos de estas empresas.
Con fuerte enfoque en el mercado de la iluminación hortícola, Osram ofrece la gama Oslon SSL con LEDs rojos y rojos lejanos centrados a 660nm y 730nm, al igual que dispositivos con azul lejano centrado a 450nm. También ofrecen otros colores como el naranja, el amarillo, el verde y el blanco. La compañía sigue los últimos estudios publicados sobre este campo y participa activamente en el desarrollo de métricas y estándares del mercado hortícola.
De Lumileds, la gama LUXEON es ideal para el mercado del crecimiento de las plantas con iluminación LED, así la serie LUXEON C de alta potencia ofrece dispositivos compactos que tienen una distancia focal que ofrece una mezcla de colores sin defectos. Otras gamas como LUXEON Z también tienen potencia superior, ofrecen flexibilidad y ofrecen rendimiento superior con poco consumo energético. Todas las series están disponibles en azul y en rojo, en el caso de la serie LUXEON C y de la serie Rebel también ofrece rojo lejano.
Vía rápida
En muchos mercados de la electrónica, la tendencia va hacia la compra de componentes cada más integrados. La iluminación LED no es una excepción. Esto beneficia a los diseñadores menos experimentados en la parte técnica, pues cada vez hay más kits con luminarias, LEDs en arrays y una amplia gama de módulos lineales. Intelligent LED Solutions (ILS) es uno de los proveedores que ofrecen una amplia gama dirigida al mercado hortícola.
Esta compañía solo utiliza LEDs de Osram, ofreciendo tiras y luminarias que combinan el rojo, el rojo lejano y arrays azules. Teniendo presente en todo momento la gestión térmica, las matrices están diseñadas sobre sustratos de aluminio. Las hojas técnicas recomiendan utilizar disipadores de calor y fuentes de alimentación adecuadas. Intelligent LED Solutions (ILS) también ofrece disipadores, cables, lentes y accesorios de montaje.
En un nivel más alto de integración la gama Petunia de ILS ofrece kits de iluminación diseñados para utilizar en aplicaciones de horticultura. Dentro de las gamas disponibles hay una gama con colores mezclados (rojo, azul y blanco) para aplicaciones generales, plántulas o crecimiento vegetativo. Hay LEDs blancos para proporcionar la iluminación necesaria dentro de las granjas robotizadas cuando no hay luz solar. Los kits completos contienen arrays de 12 diodos, un controlador de corriente constante, un disipador del calor y lentes y fijaciones.
Diseño de sistemas
Al comenzar tanto desde los componentes, como desde el sistema requerido por el sistema y su controlador o fuente de alimentación asociada, en las instalaciones comerciales siempre se necesitarán muchas funciones auxiliares, en particular para el funcionamiento automático y para la reprogramación. Ver a continuación la figura B. La monitorización de las condiciones ambientales de las cámaras de crecimiento interior es esencial, lo que requiere sensores de iluminación, temperatura y humedad. El riego y los sistemas de refrigeración requieren bombas, ventiladores y disipadores, al igual que sus respectivos conductores y controladores de motores. Los datos de los sensores y de los sistemas de control se comunican a la unidad central del microcontrolador, que también tiene el control general del sistema de iluminación. La comunicación externa, por cable o inalámbrica es importante para la monitorización de los estados y para hacer cambios programados a través de los controladores y del software.
Para conectar estas funciones se necesitan conectores, cables carcasas y controladores para bus, mientras que las consideraciones de energía, el convertir desde AC a DC o a la inversa necesita algunas consideraciones. Además, en las cámaras de crecimiento interior con mucha humedad, son preferibles los componentes con clasificación IP para asegurar fiabilidad y durabilidad.
Para combinar estos componentes tan diversos y a veces tan especializados, parece necesario contar con un distribuidor que disponga de una amplia gama de componentes y una web sencilla. Para poder cumplir con todas las restricciones y con las complejas configuraciones de cada sistema es importante seleccionar aquellos componentes que tengan compatibilidad con todos los incluidos en la aplicación que vayamos a utilizar. Por ejemplo, en RS Online al visualizar los LEDs de un solo color Oslon SSL de Osram se muestran, en la sección de los accesorios, las lentes LEDiL. Al buscar drivers de LED adecuados para horticultura, aparecen las gamas de Mean Well, con diversas opciones de potencia y salidas de corriente.
RS también recomienda algunos componentes para mantener los sistemas de iluminación utilizados en aplicaciones de horticultura. Entre ellos encontramos los sensores de AMS, diseñados específicamente para el riguroso control de procesos, los sensores de humedad y de temperatura de Sensirion, además de los medidores de flujo también de Sensirion.
Conclusión
Abundan las oportunidades para los fabricantes de equipos dispuestos a ofrecer soluciones de iluminación para horticultura, tanto en el diseño de unidades personalizadas a nivel vertical, o incorporando arrays más integrados, módulos y subsistemas. Facilita mucho el hecho de poder disponer de un único proveedor que englobe todos estos productos, en este sentido RS ofrece una amplia gama de productos que cumplen con los requisitos específicos de cada diseñador de sistemas de iluminación LED.