Ambito di applicazione
L’illuminazione LED di una serra va progettata attorno alla differenza tra la luce naturale disponibile e l’integrale giornaliera della luce obiettivo della coltura, e non attorno alla potenza degli apparecchi. La domanda di progetto è quanti moli per metro quadrato al giorno la struttura eroga nel mese più debole, quanto serve alla coltura e come colmare il divario con il minor numero di watt installati.
Immagine illustrativa di un ambiente tipico per la serra: non è la fotografia di un impianto realizzato per un cliente.
Focus tecnico di questa pagina
Deficit stagionale di DLI, luce dall’alto contro interchioma, struttura e umidità
Come funziona questa applicazione
Una serra è un sistema ibrido: la luce naturale fornisce il carico di base e l’illuminazione supplementare copre un deficit stagionale. Questa sola differenza cambia l’intero metodo di pianificazione rispetto a una sala indoor. Il numero di apparecchi non deriva dalla sola superficie, perché la stessa struttura può essere limitata dalla luce a dicembre e autosufficiente a giugno.
La trasmissione è il primo numero da stabilire. Tipo e età della copertura, sporco, ombreggiamento strutturale, grondaie, capriate e schermi termici riducono tutto ciò che arriva alla coltura, e la riduzione non è uniforme sul piano di coltivazione. La divulgazione tecnica per le serre commerciali colloca la trasmissione tipica al 60–70%, quindi un terzo della risorsa esterna può andare perso prima che la coltura la veda, e il valore va misurato nella serra reale anziché copiato dalla scheda della copertura (Runkle, Michigan State University Extension).
Il secondo numero è il DLI obiettivo della coltura per stadio di crescita. Per la maggior parte delle colture ornamentali un obiettivo minimo comune è 10–12 mol/m²/day, mentre le colture orticole sono di solito più esigenti (Runkle, Michigan State University Extension). Una volta noti il DLI naturale mensile e l’obiettivo, il deficit è aritmetica: dice se serve l’illuminazione supplementare, in quali mesi deve funzionare e quante ore al giorno vale la pena tenerla accesa.
Criticità applicative
Questi sono i vincoli che decidono se un progetto di illuminazione regge il confronto con un impianto in esercizio.
Un impianto dimensionato per dicembre resta inattivo a luglio; uno dimensionato sulla media annua lascia la coltura scoperta nei mesi più deboli. La maggior parte dei progetti commerciali viene quindi dimensionata su un mese obiettivo definito, e il sistema di controllo gestisce il resto dell’anno con dimmeraggio o commutazione delle zone.
Opacità della copertura, film di condensa, vasi appesi, lance di irrigazione e schermi termici intercettano la luce prima che raggiunga la chioma. Misurate la trasmissione nella serra reale invece di fidarvi di un valore di catalogo, e rimisurate dopo l’installazione degli schermi.
Nelle colture alte da frutto la chioma superiore intercetta la maggior parte della luce. Gli apparecchi interchioma alzano il livello di luce negli strati medi e inferiori, dove si determinano l’allegagione e la qualità; affidarsi alla sola luce dall’alto significa sovrailluminare la parte alta per soddisfare quella bassa.
L’interno di una serra combina umidità elevata, condensa sulle superfici fredde, vaporizzazione di zolfo e trattamenti chimici abituali. Apparecchi e driver richiedono carter resistenti alla corrosione e un grado di protezione coerente con il regime reale di lavaggio e nebulizzazione, non con una classificazione da ambiente asciutto.
Sostituire HPS con LED cambia carichi concentrati, posizioni dei pendini e progetto dei circuiti. Gli apparecchi LED sono di solito più leggeri, ma l’architettura di distribuzione e di controllo è diversa, e la commutazione a contattore esistente può non supportare il dimmeraggio né il controllo basato sul DLI.
Alcune giurisdizioni limitano l’emissione verso l’alto, l’esercizio notturno o la dispersione di luce oltre il confine della proprietà. Possono essere necessari schermi, parzializzazioni e programmazione oraria, e questo influisce sia sulla scelta degli apparecchi sia sul fotoperiodo raggiungibile.
Requisiti di luce
Ogni parametro va definito a partire dalla coltura, dalla struttura e dalla pratica operativa, mai da una regola generica di watt per metro quadrato.
| Parametro | Obiettivo di progetto | Perché conta |
|---|---|---|
| DLI naturale per mese | Misurato o modellato per il sito specifico, corretto per la trasmissione della copertura | È il deficit, non il solo obiettivo colturale, a definire la capacità installata. |
| DLI obiettivo della coltura | Specifico dello stadio; colture da frutto di norma 20–30 mol/m²/day, colture a foglia 12–17 | Definisce quanta parte del deficit conviene colmare in ciascuna fase produttiva. La divulgazione pubblicata sulle serre suggerisce un minimo di 12–14 mol/m²/day per la lattuga e almeno 15, preferibilmente oltre 20, per le colture rampicanti (Runkle, Michigan State University Extension). |
| PPFD supplementare | Dimensionato dal deficit e dalle ore di esercizio previste: PPFD = deficit ÷ (ore × 0,0036) | Converte un divario fotonico giornaliero in un’intensità che gli apparecchi devono aggiungere al livello naturale. Per le colture orticole ad alta esigenza, 125–175 µmol/m²/s è un’intensità supplementare tipica, che sale a circa 200 µmol/m²/s nelle serre di pomodoro dell’Europa settentrionale (Runkle, Michigan State University Extension). |
| Ore di esercizio | Di norma coordinate con il fotoperiodo naturale; le giornate lunghe estive richiedono meno integrazione | Accendere la luce supplementare quando la luce naturale già soddisfa l’obiettivo è puro spreco: la divulgazione consiglia di illuminare di notte e con cielo coperto e di spegnere quando l’integrale giornaliera della luce supera circa 10–12 mol/m²/day (Runkle, Michigan State University Extension). |
| Uniformità sul piano di coltivazione | Minimo/media intorno a 0,8 nella zona illuminata; accettare valori inferiori solo fuori dall’area coltivata | I piani delle serre sono irregolari; le ombre strutturali creano zone permanentemente poco illuminate. |
| Grado di protezione e resistenza alla corrosione | IP65 o superiore per serre umide con nebulizzazione o lavaggio | Condensa e prodotti chimici accorciano drasticamente la vita di apparecchi classificati per ambienti asciutti. |
| Integrazione del controllo | Dimmeraggio basato sul DLI collegato al computer climatico, quando disponibile | L’illuminazione supplementare deve rispondere alla luce misurata, non a un orologio fisso. |
Dati di riferimento
Riferimenti di progetto ricavati dalla letteratura e dalle norme sull’illuminazione orticola. Sono punti di partenza per le vostre prove, non garanzie di prestazione.
| Coltura | DLI obiettivo (mol/m²/day) | PPFD supplementare tipico | Nota di strategia |
|---|---|---|---|
| Pomodoro (rampicante) | 20 – 30 | 125 – 200 µmol/m²/s | Luce dall’alto più interchioma nelle colture alte; coordinare con il controllo di CO₂ e umidità |
| Cetriolo | 20 – 30 | 125 – 200 µmol/m²/s | Sviluppo rapido della chioma; controllare la temperatura della chioma superiore con PPFD elevato |
| Peperone | 18 – 25 | 100 – 175 µmol/m²/s | Più tollerante a luce moderata; evitate di dimensionare solo sul mese più debole |
| Fragola | 15 – 25 | 75 – 150 µmol/m²/s | Interazioni tra fotoperiodo e cultivar; l’allungamento del giorno vale spesso più dell’intensità di picco |
| Insalate / lattuga | 12 – 17 | 80 – 150 µmol/m²/s | Cicli brevi; la luce supplementare serve spesso a stabilizzare la fornitura più che a massimizzare la crescita |
| Erbe aromatiche e piantine | 12 – 20 | 75 – 150 µmol/m²/s | Vaschette uniformi contano più del PPFD di picco; attenzione alle file di bordo vicine alle pareti laterali |
Le intensità supplementari seguono la divulgazione pubblicata per le colture orticole ad alta esigenza: 125–175 µmol/m²/s nel caso tipico, circa 200 µmol/m²/s nella produzione di pomodoro dell’Europa settentrionale (Runkle, Michigan State University Extension); gli obiettivi di DLI seguono la stessa divulgazione e le mappe nazionali del DLI di Faust & Logan (2018). I deficit invernali dipendono da latitudine, copertura e schermi: calcolate per il vostro sito prima di dimensionare gli apparecchi.
| Fattore | Luce dall’alto | Luce interchioma | Conseguenza per il progetto |
|---|---|---|---|
| Compito principale | Alza il DLI complessivo sul piano di coltivazione | Alza la luce all’interno del profilo della chioma | La luce dall’alto fissa la dose; l’interchioma fissa la distribuzione |
| Applicazione migliore | Colture basse, piante giovani, banchi uniformi | Colture alte da frutto, chiome dense, grondaie a più livelli | Da abbinare all’architettura della coltura, non all’abitudine |
| Installazione | Pendini dalle capriate, montaggio alto | Sospesa tra le file all’altezza della coltura | L’interasse tra le file e l’accesso dei carrelli vincolano il layout |
| Manutenzione | Accessibile dal corridoio o dalla passerella | Più esposta al contatto con la coltura e ai trattamenti | Servono grado di protezione e protezione meccanica maggiori |
| Controllo | Dimmeraggio per zona con il computer climatico | Spesso una zona separata, con meno ore | Prevedere circuiti e canali separati |
| Rischio | Sovrailluminare la parte alta per raggiungere quella bassa | Ombreggiamento se le file sono troppo strette | Verificare con un profilo verticale di PPFD, non con un punto singolo |
Nelle colture alte nessuna delle due strategie sostituisce l’altra. La ripartizione corretta dipende dall’altezza della chioma, dall’architettura della coltura e da quanta parte del profilo inferiore deve restare produttiva.
Progetto dell’impianto di illuminazione
L’ordine conta: prima geometria e obiettivi, poi il numero di apparecchi, infine verifica e controllo.
Misurate la luce dentro e fuori dalla struttura in una giornata serena, all’altezza della chioma, in più posizioni. Correggete per gli schermi e la struttura presenti durante il periodo produttivo, non per una serra vuota. È lo stesso metodo raccomandato dalla divulgazione tecnica: leggete il sensore fuori, leggetelo subito dentro e prendete il rapporto come valore di trasmissione.
Combinate i dati di irradianza del sito con la trasmissione misurata per ottenere il DLI naturale di ogni mese. Confrontatelo con l’obiettivo colturale per vedere quali mesi hanno un deficit e quanto è grande.
Decidete quale mese il sistema deve soddisfare — spesso il mese più debole del ciclo principale — e quanta parte del deficit è economico colmare. Un deficit parziale è una scelta commerciale legittima, purché sia deliberata.
Dividete il deficit per le ore di esercizio e per 0,0036 per ottenere il PPFD aggiuntivo necessario. Ore più lunghe riducono l’intensità necessaria ma si sovrappongono di più alla luce naturale, quindi le due cose vanno ottimizzate insieme.
Nelle colture alte destinate parte della capacità installata ad apparecchi interchioma all’altezza della coltura. Verificate con un profilo verticale di PPFD, così che la chioma inferiore non dipenda da luce che non arriva mai.
Confermate i punti di pendinatura e i carichi concentrati, la capacità dei circuiti e se il computer climatico può dimmerare in base al DLI o solo commutare a orario. La capacità di controllo determina se il progetto può davvero seguire il clima.
Esempio di calcolo
Esempio illustrativo: ipotesi indicate sotto, non dati di clienti
| Passo | Calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Controllo di coerenza del valore di luce naturale | 8 ÷ 0,70 e 8 ÷ 0,60 | Un valore interno di 8 mol/m²/day implica circa 11–13 mol/m²/day all’esterno con la trasmissione del 60–70% tipica delle serre commerciali. Se un valore esterno misurato è lontano da quella banda, una delle due letture è sbagliata |
| Deficit da colmare | 22 − 8 | 14 mol/m²/day |
| PPFD supplementare necessario | 14 ÷ (16 × 0,0036) | ≈ 243 µmol/m²/s all’altezza della chioma |
| PPFD installato con il margine di distribuzione | 243 ÷ 0,85 | ≈ 286 µmol/m²/s di emissione degli apparecchi |
| Numero di apparecchi per 1.000 m² | 286 × 1.000 ÷ 1.000 µmol/s | 286 apparecchi, poi ricontrollati rispetto all’interasse delle capriate e alle ombre strutturali |
| Carico installato e densità di potenza | 286 × 400 W ÷ 1.000 m² | 114,4 kW installati, cioè 114 W/m² di superficie illuminata |
| Energia per giornata invernale | 114,4 kW × 16 h | ≈ 1.830 kWh/die a piena emissione — il numero da cui deve partire il calcolo del rientro |
Due ipotesi dominano il risultato: il DLI naturale e la finestra di esercizio. Colmare gli stessi 14 mol/m²/day su 12 ore invece di 16 porta il PPFD necessario a circa 324 µmol/m²/s e il numero di apparecchi con esso, mentre l’energia giornaliera resta nella stessa fascia ma il profilo di carico cambia. Ricalcolate con la vostra trasmissione misurata, il vostro mese obiettivo e il PPF dei vostri apparecchi — e tenete presente che questo è un bilancio fotonico per un mese di deficit, non un progetto illuminotecnico.
Tre tipi diversi di numero
L’esempio qui sopra è una stima iniziale. Non è un progetto illuminotecnico e non è un PPFD verificato. Tenere separati questi tre livelli è ciò che impedisce di presentare un bilancio fotonico come prestazione erogata.
Deficit mensile di DLI ÷ ore di esercizio ÷ margine di distribuzione, convertito in numero di apparecchi e carico installato.
Aritmetica su due ingressi ipotizzati (DLI naturale e ore). Valida per il budget e per confrontare le proposte dei fornitori, non valida come affermazione sulla resa della coltura.
Posizioni di capriate e arcarecci, punti di pendinatura, ostacoli di schermi e grondaie, poi una griglia di PPFD prevista all’altezza della chioma più un profilo verticale attraverso la coltura.
Un elaborato di progetto che dichiara l’altezza di montaggio, la risoluzione della griglia e il rapporto minimo/media, incluso l’effetto delle ombre strutturali.
Trasmissione interno/esterno misurata in una giornata serena, PPFD misurato su una griglia della chioma con il layout installato e l’andamento del datalogger di DLI su un mese produttivo completo.
Solo dati di misura. Una singola lettura all’altezza della testa non è una verifica di un impianto di illuminazione per serra.
Scelta degli apparecchi
Selezionati tra le sei categorie di apparecchi che produciamo; la combinazione corretta dipende dall’altezza libera, dalla struttura della chioma e dai requisiti di controllo.
Integrazione del DLI di base su tutto il piano di coltivazione
Apparecchi a montaggio alto con protezione da serra e carter resistenti alla corrosione, dimensionati sul deficit mensile anziché sul picco.
Alzare la luce dentro profili alti di coltura
Barre sottili appese tra le file aggiungono luce dove la chioma superiore ha già assorbito la maggior parte della radiazione incidente, migliorando lo sviluppo dei frutti inferiori.
Zonizzazione flessibile su banchi, grondaie e aree di propagazione
Apparecchi mobili o riconfigurabili si adattano a serre con più colture, dove la superficie illuminata cambia tra una stagione e l’altra.
Prodotti reali
Le specifiche mostrate sono i valori confermati nella scheda di ciascun prodotto. I parametri che la fonte non conferma non compaiono qui.
Luce dall’alto da 400 W / 800 W / 1200 W, da uno a tre moduli, controllo tramite controllore, 3960 µmol/s a 1200 W.
Vedi la scheda del prodotto
Luce dall’alto da 250 W / 320 W, corpo stampato da 1200 mm, 218 diodi, IP65, CE.
Vedi la scheda del prodotto
Barra interchioma da 150 W con emissione su tre lati, 1156 mm, 18.000 lm, IP65, montaggio a cavo o a staffa.
Vedi la scheda del prodottoOEM e ODM
Costruiamo apparecchi su specifica, documentiamo ciò che è stato costruito e sosteniamo il lavoro di certificazione e di packaging che un programma a marchio proprio richiede.
Errori ricorrenti
Ognuno di questi emerge dopo l’installazione, quando il layout è già fissato e i circuiti sono già stati posati.
| Errore | Che cosa fare invece |
|---|---|
| Copiare il calcolo degli apparecchi indoor dentro la serra | Partite dal DLI naturale mensile e dal deficit che ne deriva; la serra riceve già luce gratis e il deficit cambia mese per mese. |
| Presumere che la trasmissione di catalogo sia quella installata | Misurate dentro e fuori in una giornata serena, con schermi e struttura in posizione, poi applicate il valore misurato. |
| Tenere accesa la luce supplementare quando la luce naturale già soddisfa l’obiettivo | Usate un controllo basato sul DLI o almeno un sensore di luce; l’esercizio a orologio fisso spreca energia nelle settimane serene. |
| Dimensionare solo la luce dall’alto in una coltura alta da frutto | Controllate un profilo verticale di PPFD e destinate capacità agli apparecchi interchioma dove la chioma inferiore è a corto di luce. |
| Specificare gradi di protezione da ambiente asciutto in una serra nebulizzata | Allineate grado di protezione e materiale del carter al regime reale di umidità, condensa e lavaggio, e verificate separatamente l’involucro del driver. |
Approfondimenti tecnici
Articoli pubblicati che spiegano la logica di misura e di selezione usata in questa pagina.
Guida alla serra
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Runkle E., Michigan State University Extension / Greenhouse Product News
Sostiene in questa pagina: L’intervallo di trasmissione del 60–70% per le serre commerciali, il metodo di misura interno/esterno e la conversione passo per passo da un deficit di DLI più le ore di esercizio a un’intensità supplementare necessaria.
Runkle E., Greenhouse Product News, January 2018 (Michigan State University Extension)
Sostiene in questa pagina: L’obiettivo minimo di 10–12 mol/m²/day di DLI per le colture ornamentali, la regola di illuminare di notte e con cielo coperto e la soglia di spegnimento quando l’integrale giornaliera della luce supera quella fascia.
Runkle E., Michigan State University Extension Floriculture Team
Sostiene in questa pagina: Gli obiettivi colturali della tabella: 12–14 mol/m²/day come minimo per la lattuga, almeno 15 e preferibilmente oltre 20 per le colture rampicanti, e 125–175 µmol/m²/s di intensità supplementare che sale a circa 200 µmol/m²/s nella produzione di pomodoro dell’Europa settentrionale.
Faust J.E. & Logan J., HortScience 53(9): 1250–1257 (2018)
Sostiene in questa pagina: Il profilo mensile del DLI naturale usato per individuare i mesi con deficit e la variabilità regionale alla base dell’affermazione che i deficit invernali dipendono dalla latitudine.
American Society of Agricultural and Biological Engineers, standard S640 JUL2017 (reaffirmed 2022)
Sostiene in questa pagina: Le unità usate nella conversione del deficit: DLI in mol/m²/day, PPFD in µmol/m²/s e il fattore 0,0036 che collega i due su un numero di ore dichiarato.
Quando una fonte non è stata confermata come pubblicamente accessibile, l’affermazione che avrebbe sostenuto è stata formulata come dichiarazione di certezza inferiore anziché corredata di citazione. Gli intervalli di progetto restano punti di partenza per le vostre prove: non sono garanzie di prestazione e nessun numero di questa pagina è un’offerta.
Domande sull’applicazione
Domande specifiche su questa applicazione, con una risposta diretta e poi la spiegazione.
Indicate la superficie di coltivazione, la coltura e lo stadio, il PPFD o il DLI desiderati, l’altezza libera o la distanza tra i piani e i requisiti del vostro mercato. Vi risponderemo con una proposta di apparecchi, un’ipotesi di layout e la documentazione necessaria per valutarla.
