Iluminação LED suplementar em estufas: quando e quanto acrescentar

A iluminação LED suplementar em estufas existe para preencher a distância entre a luz que a natureza fornece e a luz de que a cultura necessita. No inverno, com céu nublado ou em latitudes elevadas, a DLI natural pode cair bem abaixo do objetivo da cultura, e é aí que a suplementação se justifica. A questão nunca é «devo acrescentar luz» em abstrato — é «quanto, e quando, para fechar a lacuna específica desta cultura neste local». Este artigo aborda a decisão e os cálculos de dimensionamento. Consulte a página do setor das estufas para o método de planeamento completo.

Comece pelo défice de luz natural

O único número que lhe diz quanto acrescentar é o défice: a DLI objetivo menos a DLI que a estufa já entrega. A DLI natural varia enormemente com o local, a estação e a estrutura (vidro, sombreamento, orientação), pelo que o primeiro passo é medir ou modelar o seu local em vez de presumir. Assim que conhecer o défice, a iluminação suplementar é dimensionada para entregar esse remanescente durante o fotoperíodo.

Quando é que a suplementação costuma compensar

A suplementação é mais defensável quando a cultura tem uma resposta económica clara à luz — conclusão mais rápida, melhor classificação ou produção durante todo o ano que alcance um preço. As culturas de trepadeira de alto valor, os morangos e as flores de corte são candidatos habituais. No verão ou em latitudes soalheiras, o défice pode ser próximo de zero durante grande parte do ano, pelo que um sistema regulável e orientado pela procura evita gastar energia quando a natureza já fornece o suficiente.

Iluminação de topo versus a estrutura

A maior parte da suplementação em estufa é iluminação de topo montada na estrutura ou nas asnas, que entrega luz por cima do coberto. A alternativa — iluminação entre linhas — é tratada num artigo complementar. Para a iluminação de topo aplica-se a mesma lógica de uniformidade e espaçamento dos layouts de interior, mas como está a sobrepor-se a uma luz natural irregular, vale a pena um modelo de layout que inclua a sombra da estrutura.

• Meça ou modele a DLI natural para o seu local e estação.
• Defina uma DLI objetivo para a cultura a partir de orientações de extensão universitária.
• Dimensione o PPFD suplementar para o défice, não para um número redondo.
• Torne o sistema regulável e sensível à estação para evitar desperdício.
• Valide com medições dentro do coberto, não apenas com a ficha técnica.

Referências

• MSU Extension / e-GRO — iluminação de estufas
• University of Arizona CEAC — agricultura de ambiente controlado
• University of Florida IFAS — horticultura em estufa

Exemplo resolvido: quanta luz suplementar uma estufa realmente necessita

Este é um cálculo ilustrativo que utiliza dados de luz natural que deve substituir pelos seus próprios números locais. Suponha um bloco de tomate de 500 m2 num clima temperado de inverno que recebe, em média, 8 mol/m2/day de DLI de luz solar em dezembro, e que o seu objetivo de planeamento para a cultura é de 20 mol/m2/day. A lacuna é de 12 mol/m2/day a entregar pelas LED.

• Passo 1 - converter a lacuna de DLI em rendimento das luminárias: com 16 horas de funcionamento, PPFD necessário = 12 / (16 x 0,0036) = 208 umol/m2/s.
• Passo 2 - dimensionar para a área de coberto com uniformidade: 208 x 500 x 1,2 = 124800 umol/s de PPF necessário (um fator de uniformidade mais elevado é típico em condições de sol e sombra misturados).
• Passo 3 - com luminárias de topo de 2000 PPF, número de luminárias = 124800 / 2000 = 62,4, arredondado a 64 para uma grelha limpa.
• Passo 4 - carga elétrica a 2,6 umol/J: 64 x 769 W = cerca de 49 kW. Confirme a capacidade da instalação e se a estufa consegue aliviar esta carga face aos limites de potência contratada.
• Passo 5 - repita a mesma aritmética para cada mês do ano; o número necessário costuma colapsar em março, e é por isso que a regulação e a programação sazonais importam mais do que a contagem de luminárias isoladamente.

O perfil mensal é o objetivo deste exercício. Dimensionar para a semana mais escura e manter todas as luminárias a plena potência durante todo o ano é a resposta mais cara possível. Dimensionar para o mês mais escuro e regular no resto do ano custa habitualmente menos e entrega a mesma DLI.

Controlos: a diferença entre um plano e uma fatura

Lógica de controlo baseada na luz solar

A iluminação suplementar deve responder ao sol, não a um relógio. A abordagem normal usa um sensor PAR ao nível do coberto: as luminárias só funcionam quando o PPFD da luz solar está abaixo do nível necessário para atingir o objetivo diário, e o controlador acompanha a DLI acumulada para que as luzes se desliguem assim que o objetivo é alcançado. Sem o acompanhamento da DLI acumulada, um dia luminoso seguido de um programa de fim de tarde desperdiça exatamente a energia de que a cultura já não necessita.

Tarifas horárias e custos de potência

Onde o preço da eletricidade varia por hora, transfira o máximo de iluminação suplementar possível para janelas de vazio, respeitando o fotoperíodo da cultura. Os custos de potência contratada também contam: escalonar o arranque das luminárias em blocos evita um pico único de potência, e alguns produtores aceitam um PPFD instantâneo ligeiramente inferior para aplanar o perfil de carga. Ambas as estratégias alteram a economia sem alterar o número de luminárias.

Perguntas a fazer antes de comprar

• A luminária está classificada para a humidade da estufa, a exposição à água e a gama de temperaturas da sua estrutura?
• Que classificação IP e proteção contra corrosão são oferecidas, e o que exclui a garantia num ambiente de estufa?
• A luminária ou o controlador suportam entrada de sensor PAR e controlo por DLI acumulada, ou isso é uma compra separada?
• Qual é o peso da luminária e o sistema de montagem, e a sua estrutura está dimensionada para a carga adicional?
• As luminárias podem ser reguladas nos meses de transição, para que a mesma instalação sirva todas as estações?

Erros comuns na iluminação suplementar

Os projetos de suplementação em estufa falham de formas previsíveis. Estes são os erros recorrentes:

• Dimensionar a partir da média anual de luz solar em vez de dados mensais, o que subdimensiona para o inverno e sobredimensiona para o resto do ano.
• Controlo por relógio sem sensor PAR, pelo que as luminárias funcionam durante manhãs luminosas e queimam dinheiro de que a cultura não necessitava.
• Esquecer os custos de potência contratada: todas as luminárias arrancam ao mesmo tempo, o pico de potência cai na janela de ponta e a fatura reflete-o durante um ano.
• Ignorar a carga sobre a estrutura: luminárias, telas e tubagens acrescentam peso, e um telhado não estudado é um problema de segurança à espera de acontecer.
• Comprar apenas com base na eficácia e aceitar um layout com má uniformidade, pelo que metade do coberto nunca vê o PPFD objetivo.
• Não ter regulação, o que torna os meses de transição dispendiosos; luminárias pensadas para a escuridão de dezembro funcionam a plena potência sob o sol de outubro.
• Ler as letras pequenas da garantia depois da instalação, quando as exclusões por humidade já foram acionadas.

Integração com telas, CO2 e equilíbrio térmico

Telas e interações com a luz

As telas de energia interagem com a iluminação suplementar nos dois sentidos: durante o fotoperíodo, uma tela fechada pode desperdiçar o rendimento das luminárias que reflete ou absorve, e à noite a tela retém o calor que as luminárias acrescentaram. Se a tela funciona durante as horas de luz, o layout e o padrão da tela têm de ser concebidos em conjunto; alguns produtores aceitam uma pequena perda térmica para manter a tela aberta sob as luzes, outros escolhem padrões de tela que transmitem a luz das luminárias. Qualquer das decisões deve ser tomada com o fornecedor da tela presente, e não depois da instalação.

CO2 e a janela de luz de inverno

Numa estufa de inverno bem vedada, o enriquecimento com CO2 aumenta o valor de cada fotão suplementar, e o sistema de enriquecimento deve ser dimensionado para os mesmos meses que os objetivos de iluminação. Quando as janelas de ventilação abrem numa tarde amena de inverno, o enriquecimento para e o valor marginal da luz cai com ele; um controlador que reduza a intensidade das luminárias durante os períodos de ventilação capta essa alteração automaticamente. O ponto não é a lógica de controlo específica, mas o acoplamento: as decisões sobre luz, CO2 e ventilação pertencem a um único plano.

Perguntas frequentes