Una lampada per coltivazione è un sistema di illuminazione utilizzato per fornire o integrare la radiazione per la crescita e lo sviluppo delle piante. A differenza della normale illuminazione visiva, viene valutata principalmente in base ai fotoni forniti alla chioma delle piante, alle loro lunghezze d'onda, alla loro distribuzione e al tempo durante il quale le piante li ricevono. I nuovi progetti possono iniziare con il soluzione di illuminazione orticola e per la crescita delle piante prima di passare al confronto a livello di prodotto.
Ciò non significa che una sola «luce per piante» sia adatta a ogni coltura. Le esigenze luminose variano in base a specie, cultivar, fase di crescita, obiettivo produttivo e ambiente. Una pianta da appartamento vicino a una finestra, piantine su uno scaffale, piante ornamentali in serra e una coltivazione indoor completamente chiusa utilizzano la luce artificiale in modo diverso.
| Iniziare con | Domanda a cui rispondere | Emissione per il confronto dei prodotti |
|---|---|---|
| Coltura e fase | Quale risposta della pianta mira a ottenere il piano di produzione? | Requisiti di luce specifici della coltura e fonte di evidenza |
| Sistema di produzione | La luce elettrica è integrativa o costituisce l'unica fonte? | Contributo della luce naturale e strategia di controllo |
| Chioma e struttura | Quali area, altezza e spaziatura devono essere coperte? | Condizioni della mappa PPFD e layout dell'apparecchio |
| Piano operativo | Quali fotoperiodo e programma stagionale si applicano? | Piano DLI, controlli ed energia stimata |
| Limiti dell'impianto | Quali vincoli esistono in termini di calore, accesso, acqua e impianto elettrico? | Requisiti di montaggio, driver, protezione e manutenzione |
Perché le piante hanno bisogno di luce
Le piante utilizzano l'energia luminosa nella fotosintesi per produrre energia chimica per la crescita. La luce agisce anche come segnale di sviluppo. La sua quantità, il suo spettro e la sua tempistica possono influenzare la forma della pianta, la fioritura e altre risposte.
L'illuminazione è solo una parte dell'ambiente di coltivazione. Temperatura, acqua, nutrienti, umidità, movimento dell'aria, anidride carbonica, condizioni della zona radicale e pressione dei parassiti interagiscono con la risposta delle piante. Una lampada per coltivazione non può compensare ogni problema di tali sistemi, e un cambiamento nella crescita della pianta non identifica l'illuminazione come unica causa.
PAR: l'intervallo fotosintetico comune
La radiazione fotosinteticamente attiva, comunemente abbreviata PAR, si riferisce in genere alla radiazione compresa tra 400 e 700 nanometri. University of Missouri Extension descrive questo come l'intervallo comunemente usato quando si discutono i fotoni attivi nella fotosintesi.
PAR è un intervallo di lunghezze d'onda, non un valore di intensità. Dire che un apparecchio emette nell'intervallo PAR non indica a un coltivatore quanti fotoni produce, dove raggiungono la coltura o con quale uniformità sono distribuiti.
Le piante possono anche rispondere a radiazioni al di fuori di questo intervallo tradizionale, comprese le lunghezze d'onda ultraviolette e del rosso lontano. Tali risposte possono dipendere dalla coltura e dall'ambiente. Uno spettro più ampio non è automaticamente superiore, e uno spettro ristretto non è automaticamente più efficiente per ogni obiettivo produttivo. Le decisioni sullo spettro richiedono prove specifiche per la coltura.
PPF: emissione di fotoni dalla sorgente
Il flusso fotonico fotosintetico, o PPF, descrive la velocità con cui una sorgente emette fotoni nell'intervallo fotosintetico definito. È comunemente riportato in micromoli al secondo.
Il PPF è utile per confrontare l'emissione della sorgente, ma non descrive l'area coperta né la densità di fotoni sulle piante. Due apparecchi con PPF simile possono produrre risultati diversi sulla chioma colturale a causa di ottica, altezza di montaggio, spaziatura, riflettori e forma dell'area di coltivazione.
Quando si valuta un dato PPF, confermare che si applichi all'apparecchio completo e al modello esatto. Verificare anche il metodo di misurazione e se è indicata la corrispondente potenza assorbita. Un valore di marketing riferito a una famiglia non deve essere attribuito a ogni variante di lunghezza, potenza o spettro.
PPFD: fotoni che raggiungono la chioma
La densità di flusso fotonico fotosintetico, o PPFD, descrive il flusso di fotoni che raggiunge un'unità di superficie in un dato momento. È comunemente espressa in micromoli per metro quadrato al secondo.
PPFD collega l'apparecchio di illuminazione al piano della coltura. Varia in base all'altezza di montaggio, alla distribuzione, alla spaziatura degli apparecchi e ai riflessi circostanti. Un solo valore al centro può essere fuorviante; angoli e bordi possono ricevere molta meno luce.
Utilizzare una mappa PPFD per l'apparecchio esatto, lo spettro, l'altezza di montaggio e l'area di prova, oppure misurare il sistema installato con un sensore quantico appropriato. Registrare più punti sull'intera chioma colturale. L'intervallo ottimale varia in base alla pianta e alla fase di crescita, quindi la misurazione deve essere confrontata con indicazioni specifiche per la coltura anziché con un unico obiettivo universale.
Con la crescita delle piante, la chioma si avvicina all'apparecchio di illuminazione e diventa meno uniforme. Ricontrollare distanza e distribuzione. Le piante più alte possono ricevere molta più luce nella parte superiore, ombreggiando al contempo le foglie inferiori o le piante vicine.
DLI: la dose giornaliera di fotoni
L'integrale luminoso giornaliero, o DLI, rappresenta l'esposizione totale ai fotoni fotosintetici fornita a un'area nell'arco di una giornata. Collega PPFD al tempo di funzionamento.
Un PPFD istantaneo più elevato utilizzato per meno ore e un PPFD inferiore utilizzato più a lungo possono talvolta fornire un DLI matematicamente simile. Le risposte delle piante non sono determinate solo da questo valore. Fotoperiodo, intensità di picco, periodo di buio, temperatura e fisiologia della coltura restano importanti. Ore di funzionamento più lunghe non possono sempre compensare in modo sicuro o efficace un'intensità insufficiente.
In una serra, il DLI include la luce solare e l'illuminazione elettrica supplementare. In un sistema indoor senza finestre, l'illuminazione elettrica fornisce la luce fotosintetica. Questa distinzione influenza il dimensionamento, i controlli e il costo energetico.
| Metrica | Cosa descrive | A cosa non può rispondere da solo |
|---|---|---|
| Spettro | Emissione radiante per lunghezza d'onda | Quantità di fotoni, distribuzione o risultato della coltura |
| PPF | Emissione di fotoni PAR dalla sorgente al secondo | Copertura dell'area o uniformità della chioma |
| PPFD | Flusso istantaneo di fotoni in una posizione della chioma | Esposizione giornaliera o idoneità per la coltura |
| DLI | Totale giornaliero di fotoni PAR per unità di area | Risposta al fotoperiodo, intensità di picco o spettro |
| Efficienza fotonica | PPF diviso per la potenza assorbita | Distribuzione installata, energia dell'impianto o economia della coltura |
Fotoperiodo: quando e per quanto tempo è presente la luce
Il fotoperiodo è la durata dell'esposizione alla luce in un ciclo di 24 ore. Le piante differiscono nella sensibilità alla durata del giorno e alcune risposte di fioritura dipendono dal rapporto tra luce e oscurità ininterrotta.
Il programma di funzionamento dovrebbe quindi basarsi sulla coltura e sulla fase. Un timer può garantire coerenza, ma il programma non sostituisce la misurazione dell'intensità fornita né la considerazione della luce solare. In una serra, i controlli possono rispondere sia al tempo sia alla luce naturale accumulata. In una fattoria indoor, il programma può essere coordinato con temperatura, irrigazione, lavoro e gestione dell'energia.
Evitare di tenere le luci accese in modo continuo, salvo quando lo richieda un metodo produttivo convalidato e specifico per la coltura. «Più ore» non è una via universale per ottenere maggiore crescita.
Spettro: più di un'etichetta di colore
Lo spettro descrive come l'emissione radiante è distribuita sulle diverse lunghezze d'onda. Le luci per coltivazione possono utilizzare luce bianca ad ampio spettro, combinazioni di rosso e blu oppure canali che includono altre lunghezze d'onda.
Termini legati alla visione umana quali lumen, lux e temperatura di colore correlata servono a fini di illuminazione visiva; non sostituiscono le misurazioni orticole basate sui fotoni. Possono comunque essere importanti per i lavoratori, l'ispezione visiva e l'aspetto delle piante. Il set di dati corretto dipende dal fatto che la questione riguardi l'apporto alle piante, la visibilità umana o entrambi.
Richiedere un grafico spettrale riferito al modello esatto e all'impostazione operativa. Per i prodotti regolabili, ottenere informazioni sulle ricette o sulle combinazioni di canali che verranno effettivamente utilizzate. Due apparecchi denominati «spettro completo» possono avere distribuzioni spettrali diverse e l'etichetta non dimostra le prestazioni sulla coltura.
Il confronto tra luci di coltivazione a spettro completo e rosso-blu spiega perché le etichette relative allo spettro devono essere collegate alla coltura, alla fase e all'ambiente di produzione.
Efficienza fotonica e consumo energetico
Il DOE definisce l'efficacia fotonica orticola come PPF diviso per la potenza elettrica assorbita, espressa in micromoli per joule. Aiuta a confrontare l'efficacia con cui un apparecchio converte l'energia in ingresso in fotoni nell'intervallo misurato.
Una maggiore efficacia fotonica può ridurre l'energia per l'illuminazione a parità di emissione della sorgente, ma non garantisce una migliore progettazione sul piano di coltivazione. Restano importanti distribuzione, condizioni operative, controlli e spettro. Un apparecchio molto efficiente che offre una scarsa copertura ai bordi può richiedere una disposizione diversa o più unità.
Stimare l'energia in base alla potenza assorbita effettiva, alla quantità e al programma di funzionamento. Includere le interazioni con il raffrescamento o il riscaldamento laddove rilevanti. In una serra, il calore delle lampade può influire sui carichi dell'edificio in modo diverso rispetto a una coltivazione indoor ad alta densità. I confronti economici richiedono l'intero sistema produttivo, non solo il prezzo di acquisto dell'apparecchio.
Uso tipico 1: piante da interno e interni decorativi
Le luci supplementari possono supportare piante che ricevono luce insufficiente dalla finestra, in particolare durante i periodi stagionali di scarsa illuminazione o quando le piante sono lontane dalle finestre. Il sistema dovrebbe essere adatto alla pianta e al posizionamento, fornire una copertura utile e funzionare secondo un programma coerente.
Per applicazioni indoor di piccole dimensioni, confrontate le disponibili luci di coltivazione domestiche con l'area effettiva delle piante, la distanza di montaggio e il programma del timer.
Negli interni occupati, il comfort visivo e l'aspetto sono importanti insieme alle metriche delle piante. Evitare sorgenti esposte ad alta luminanza nelle normali linee di vista. Fissare saldamente l'apparecchio, gestire i cavi in sicurezza e impedire che l'acqua raggiunga le apparecchiature elettriche.
L'illuminazione per piante da appartamento integra di solito una quantità variabile di luce diurna. Osservare e misurare l'ambiente combinato anziché presumere che la luce elettrica sia l'unica fonte.
Uso tipico 2: avvio da seme e propagazione
Piantine e giovani piante vengono comunemente prodotte su scaffali o banchi, dove l'illuminazione controllata migliora la ripetibilità. Una copertura uniforme è importante perché piccole differenze possono creare uno sviluppo disomogeneo tra i vassoi.
Il layout dovrebbe tenere conto delle dimensioni dei vassoi, della spaziatura degli apparecchi, della regolazione in altezza e della crescita delle piante. La coltura e la fase determinano l'intensità e il programma appropriati. L'illuminazione interagisce anche con temperatura, irrigazione e movimento dell'aria, quindi il protocollo di propagazione dovrebbe trattarli come un unico sistema.
Uso tipico 3: illuminazione supplementare in serra
In una serra, le lampade per coltivazione aggiungono fotoni quando la luce solare è insufficiente per un obiettivo produttivo. USDA Agricultural Research Service descrive l'illuminazione supplementare come un'integrazione della luce solare ambientale per supportare la crescita e lo sviluppo delle colture.
La luce solare cambia durante il giorno e le stagioni, quindi un programma fisso di accensione/spegnimento potrebbe non fornire un totale costante. Sensori e controlli possono utilizzare il contributo solare misurato e un DLI obiettivo per decidere quando è necessaria l'illuminazione supplementare.
Le coperture della serra, la struttura e la densità delle piante influenzano la distribuzione. Le risposte spettrali osservate in una camera senza finestre non dovrebbero essere trasferite automaticamente a una serra, poiché la luce solare modifica lo spettro di fondo. La ricerca USDA ha documentato questa differenza contestuale in colture specifiche; è un motivo per validare l'effettivo ambiente produttivo, non un risultato universale per tutte le specie.
Uso tipico 4: produzione indoor a fonte luminosa unica
In una fattoria indoor completa o in una camera di crescita, l'illuminazione elettrica fornisce la radiazione fotosintetica. Ciò offre all'operatore un maggiore controllo, ma rende anche il progetto illuminotecnico centrale per il consumo energetico, la gestione del calore e l'uniformità della coltura.
Il progetto richiede obiettivi specifici per la coltura, un piano di distribuzione PPFD, un programma di funzionamento, una strategia di controllo e l'integrazione con scaffalature, irrigazione, flusso d'aria e sistemi ambientali. La scheda tecnica di un singolo apparecchio non può stabilire le prestazioni in un sistema di coltivazione multilivello.
Mettere in servizio il layout installato all'altezza della chioma e monitorare i risultati per fase della coltura. Le modifiche alla spaziatura delle scaffalature, alla cultivar, alla densità o alla ricetta dovrebbero essere trattate come modifiche produttive controllate.
Uso tipico 5: ricerca ed esperimenti controllati
Le camere di crescita e i sistemi di ricerca possono richiedere spettri, intensità e tempistiche ripetibili. Documentazione e calibrazione sono particolarmente importanti perché una piccola differenza tra i trattamenti può compromettere l'esperimento.
Registrare identità dell'apparecchio, impostazioni dei canali, spettro misurato, griglia PPFD, distanza, programma, temperatura e altre variabili ambientali. Non presumere che una percentuale di controllo corrisponda linearmente all'emissione di fotoni senza una misurazione.
Quali evidenze dovrebbe richiedere un acquirente?
Prima di scegliere una luce di coltivazione, richiedete:
- Modello esatto e grafico dello spettro.
- PPF e potenza assorbita per quella configurazione.
- Mappe PPFD alle altezze e nelle aree pertinenti.
- Base di calcolo dell'efficacia fotonica.
- Dimensioni e requisiti di montaggio e termici.
- Informazioni su driver e controlli.
- Limiti ambientali e certificazioni applicabili.
- Dettagli su garanzia, manutenibilità e controllo delle modifiche.
Quindi confrontare i dati con la coltura, la fase, l'area e il contributo della luce solare. Un campione o un progetto pilota è appropriato quando la risposta della coltura, l'uniformità o il costo operativo sono commercialmente importanti.
Quando i sintomi compaiono dopo l'installazione, utilizzate la guida alla risoluzione dei problemi delle luci di coltivazione indoor per separare le verifiche relative all’illuminazione, all’impianto, all’ambiente e ai controlli. Per il contesto di fabbrica, esaminare capacità produttive di New Lights.
Domande frequenti
Le luci per coltivazione sono diverse dalle normali luci LED?
Sono selezionate e documentate in funzione dell'erogazione di luce alle piante. Alcune sorgenti LED generiche possono essere adatte a determinate piante, ma l'idoneità dipende da spettro, distribuzione PPFD, programma, ambiente e requisiti della coltura, non dalla sola etichetta del prodotto.
I lumen sono utili per le lampade per coltivazione?
I lumen descrivono la luce ponderata per la visione umana. Possono aiutare a valutare la visibilità dei lavoratori, ma non sostituiscono PPF, PPFD, spettro e DLI per l'apporto di luce alle piante.
Qual è la differenza tra PPF e PPFD?
PPF descrive l'emissione di fotoni dalla sorgente al secondo. PPFD descrive il flusso di fotoni che raggiunge un'unità di area della chioma colturale in una posizione e a una distanza specifiche.
Il DLI è semplicemente il PPFD moltiplicato per le ore di funzionamento?
Il DLI integra matematicamente PPFD nel tempo, ma la risposta della coltura dipende anche da fotoperiodo, andamento dell'intensità, spettro e dal resto dell'ambiente. Un DLI uguale non garantisce risultati identici.
Tutte le piante necessitano di una lampada per coltivazione a spettro completo?
Nessuno spettro universale è il migliore per tutte le piante e tutti gli obiettivi. Utilizzare prove specifiche per coltura e fase, nonché il contesto effettivo di luce solare o di sorgente unica.
Quali informazioni sono necessarie per una valutazione dell'illuminazione per coltivazione?
Fornisci coltura e fase, area di coltivazione, contributo della luce naturale, evidenza del PPFD o del DLI target, vincoli di montaggio, programma, ambiente e controlli. Gli acquirenti possono contatta New Lights con questi dati per una valutazione a livello di modello dopo la conferma delle evidenze sul prodotto.
Fonti editoriali
- University of Missouri Extension, “Agricoltura in ambiente controllato: comprendere le lampade per coltivazione”: https://extension.missouri.edu/publications/g6987
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, “Potenziale di risparmio energetico dell'SSL nelle applicazioni orticole”: https://www.energy.gov/sites/default/files/2017/12/f46/ssl_horticulture_dec2017.pdf
- USDA Agricultural Research Service, “Confronto tra illuminazione supplementare da lampade al sodio ad alta pressione o diodi a emissione luminosa sulla morfologia e l'assorbimento di nutrienti delle colture in serra”: https://www.ars.usda.gov/research/publications/publication/?seqNo115=370992
