Illuminazione LED supplementare in serra: quando e quanto aggiungere

L’illuminazione LED supplementare in serra esiste per colmare il divario tra la luce che la natura fornisce e la luce che la coltura richiede. In inverno, sotto le nuvole o alle alte latitudini, il DLI naturale può scendere ben sotto l’obiettivo colturale, ed è allora che l’integrazione si guadagna il suo posto. La domanda non è mai «aggiungo luce» in astratto — è «quanto, e quando, per chiudere lo specifico divario per questa coltura in questa località». Questo articolo tratta la decisione e il calcolo dimensionale. Vedete la pagina settore serra per il metodo di pianificazione completo.

Partite dal deficit di luce naturale

L’unico numero che vi dice quanto aggiungere è il deficit: DLI obiettivo meno il DLI che la serra già eroga. Il DLI naturale varia enormemente per località, stagione e struttura (vetratura, ombreggiamento, orientamento), quindi il primo passo è misurare o modellizzare il vostro sito invece di presumerlo. Una volta noto il deficit, l’illuminazione supplementare si dimensiona per erogare quel residuo durante il fotoperiodo.

Quando l’integrazione di solito ripaga

L’integrazione è più difendibile quando la coltura ha una risposta economica chiara alla luce — fine ciclo più rapida, pezzatura superiore o produzione tutto l’anno che ottiene un prezzo. Colture rampicanti ad alto valore, fragole e fiori recisi sono candidati comuni. In estate o alle latitudini soleggiate il deficit può essere vicino a zero per gran parte dell’anno, quindi un sistema dimmerabile e guidato dalla domanda evita di consumare energia quando la natura già basta.

Top lighting e struttura

La maggior parte dell’integrazione in serra è top lighting montato sulla struttura o sulle capriate, che eroga luce dall’alto della chioma. L’alternativa — l’interlighting tra le file — è trattata in un articolo complementare. Per il top lighting valgono la stessa logica di uniformità e la stessa spaziatura dei layout indoor, ma qui vi sovrapponete a una luce naturale disomogenea, quindi vale la pena un modello di layout che includa l’ombra della struttura.

• Misurate o modellizzate il DLI naturale per la vostra località e stagione.
• Fissate un DLI obiettivo colturale sulla base degli orientamenti dei servizi di estensione.
• Dimensionate il PPFD supplementare sul deficit, non su un numero tondo.
• Rendetelo dimmerabile e sensibile alla stagione per evitare sprechi.
• Validate con misurazioni dentro la chioma, non solo con la scheda tecnica.

Riferimenti

• MSU Extension / e-GRO — illuminazione in serra
• University of Arizona CEAC — agricoltura in ambiente controllato
• University of Florida IFAS — orticoltura in serra

Esempio svolto: quanta luce supplementare serve davvero a una serra

Questo è un calcolo illustrativo basato su dati di luce diurna che dovete sostituire con i vostri numeri locali. Supponete che un blocco di pomodoro di 500 m2 in un clima invernale temperato riceva in dicembre una media di 8 mol/m2/day di DLI da luce solare, e che il vostro obiettivo di pianificazione per la coltura sia 20 mol/m2/day. Il divario è di 12 mol/m2/day da erogare con i LED.

• Passaggio 1 - convertite il divario di DLI in emissione degli apparecchi: a 16 ore di funzionamento, PPFD richiesto = 12 / (16 x 0,0036) = 208 umol/m2/s.
• Passaggio 2 - dimensionate sull’area della chioma tenendo conto dell’uniformità: 208 x 500 x 1,2 = 124800 umol/s di PPF richiesto (in condizioni miste di sole e ombra è tipico un fattore di uniformità più alto).
• Passaggio 3 - con apparecchi top-light da 2000 PPF, numero di apparecchi = 124800 / 2000 = 62,4, arrotondato a 64 per una griglia pulita.
• Passaggio 4 - carico elettrico a 2,6 umol/J: 64 x 769 W = circa 49 kW. Confermate la capacità della fornitura e se la serra può ridurre questo carico in caso di limiti di domanda dalla rete.
• Passaggio 5 - ripetete la stessa aritmetica per ogni mese dell’anno; il numero richiesto di solito crolla entro marzo, ed è per questo che la dimmerazione e la programmazione stagionale contano più del solo numero di apparecchi.

Il profilo mensile è il senso di questo esercizio. Dimensionare sulla settimana più buia e far funzionare tutti gli apparecchi alla massima emissione tutto l’anno è la risposta più costosa possibile. Dimensionare sul mese più buio e dimmerare il resto dell’anno di solito costa meno ed eroga lo stesso DLI.

Controlli: la differenza tra un piano e una bolletta

Logica di controllo basata sulla luce solare

L’illuminazione supplementare dovrebbe rispondere al sole, non a un orologio. L’approccio standard usa un sensore PAR a livello della chioma: gli apparecchi funzionano solo quando il PPFD solare è sotto il livello necessario a raggiungere l’obiettivo giornaliero, e il controllo tiene traccia del DLI accumulato in modo che le luci si spengano una volta raggiunto l’obiettivo. Senza il monitoraggio del DLI accumulato, una giornata luminosa seguita da un programma serale spreca esattamente l’energia di cui la coltura non ha più bisogno.

Fasce orarie e oneri di potenza

Dove il prezzo dell’elettricità varia da un’ora all’altra, spostate quanta più illuminazione supplementare possibile nelle finestre fuori punta rispettando il fotoperiodo della coltura. Anche gli oneri di potenza contano: scaglionare l’accensione degli apparecchi a blocchi evita un unico picco di domanda, e alcuni coltivatori accettano un PPFD istantaneo leggermente inferiore per appiattire il profilo di carico. Entrambe le strategie cambiano l’economia senza cambiare il numero di apparecchi.

Domande da porre prima di acquistare

• L’apparecchio è classificato per l’umidità di serra, l’esposizione all’acqua e l’intervallo di temperatura della vostra struttura?
• Quali gradi IP e quale protezione dalla corrosione sono offerti, e che cosa esclude la garanzia in ambiente di serra?
• L’apparecchio o il controllo supportano l’ingresso da sensore PAR e il controllo del DLI accumulato, o è un acquisto separato?
• Quali sono il peso dell’apparecchio e il sistema di montaggio, e la vostra struttura è dimensionata per il carico aggiunto?
• Gli apparecchi possono essere dimmerati per i mesi di spalla, così la stessa installazione serve tutte le stagioni?

Errori comuni nell’illuminazione supplementare

I progetti di integrazione in serra falliscono in modi prevedibili. Questi sono i più ricorrenti:

• Dimensionare sulla media annua della luce solare invece che sui dati mensili, il che sottodimensiona per l’inverno e sovradimensiona per il resto dell’anno.
• Controllo a orologio senza sensore PAR, così gli apparecchi restano accesi nelle mattinate luminose e bruciano denaro che la coltura non richiedeva.
• Dimenticare gli oneri di potenza: tutti gli apparecchi partono insieme, il picco di domanda cade nella finestra di punta e la bolletta lo riflette per un anno.
• Ignorare il carico sulla struttura: apparecchi, schermi e tubazioni aggiungono peso, e un tetto non studiato è un rilievo di sicurezza in attesa di accadere.
• Comprare solo sull’efficacia accettando un layout con uniformità scarsa, così metà della chioma non vede mai il PPFD obiettivo.
• Nessuna dimmerazione, il che rende spreconi i mesi di spalla; apparecchi pensati per il buio di dicembre funzionano alla massima emissione sotto il sole di ottobre.
• Leggere le clausole della garanzia dopo l’installazione, quando le esclusioni per umidità sono già scattate.

Integrazione con schermi, CO2 e bilancio termico

Schermi e interazioni con la luce

Gli schermi termici interagiscono con l’illuminazione supplementare in entrambe le direzioni: durante il fotoperiodo uno schermo chiuso può sprecare l’emissione degli apparecchi che riflette o assorbe, e di notte trattiene il calore che gli apparecchi hanno aggiunto. Se il telo dello schermo lavora nelle ore di luce, layout e schema dello schermo vanno progettati insieme; alcuni coltivatori accettano una piccola perdita termica per tenere lo schermo aperto sotto le luci, altri scelgono schemi di schermatura che trasmettono la luce degli apparecchi. In entrambi i casi la decisione va presa con il fornitore dello schermo al tavolo, non dopo l’installazione.

CO2 e la finestra di luce invernale

In una serra invernale ben sigillata, l’arricchimento di CO2 aumenta il valore di ogni fotone supplementare, e il sistema di arricchimento va dimensionato sugli stessi mesi degli obiettivi di illuminazione. Quando le aperture si aprono in un pomeriggio invernale mite, l’arricchimento si interrompe e il valore marginale della luce cala con esso; un controllo che dimmera gli apparecchi durante i periodi di ventilazione intercetta automaticamente quel cambiamento. Il punto non è la specifica logica di controllo ma l’accoppiamento: le decisioni su luce, CO2 e ventilazione appartengono a un unico piano.

Domande frequenti