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Jun 01, 2023

Illuminazione: la fase di progettazione

A causa della crescente tendenza al consumo di cibo prodotto localmente e della necessità di affrontare gli impatti negativi del cambiamento climatico, l’agricoltura ad ambiente controllato (CEA) sta diventando sempre più

A causa della crescente tendenza al consumo di cibo prodotto localmente e della necessità di affrontare gli impatti negativi dei cambiamenti climatici, l’agricoltura ad ambiente controllato (CEA) sta diventando sempre più popolare. Oltre alle tradizionali serre con vetri trasparenti, il numero di impianti di produzione agricola “indoor” è in rapida espansione. Queste strutture interne fanno affidamento al 100% sulla luce elettrica (fonte unica) per provvedere ai propri raccolti, a differenza delle serre, dove in genere più del 70% della luce è fornita dal sole. Nel tentativo di aumentare la produzione, le serre possono anche utilizzare un’illuminazione supplementare per aumentare la quantità di luce che ricevono le piante.

Per quanto riguarda gli apparecchi di illuminazione per l'orticoltura, sono disponibili molte opzioni in termini di tecnologia, fattore di forma e output spettrale e di intensità, ma non tutti gli apparecchi potrebbero essere adatti per una particolare applicazione. Quando si decide il progetto di illuminazione per una serra tradizionale o una fattoria indoor, ci sono diverse cose da considerare.

Sebbene non siano le uniche due fonti di luce elettrica utilizzate per la produzione vegetale, gli apparecchi al sodio ad alta pressione (HPS) e i diodi a emissione di luce (LED) sono quelli più comunemente utilizzati e verranno discussi in questo articolo. La tecnologia HPS esiste da più tempo e, sebbene sia meno versatile ed efficiente, è ancora la tecnologia dominante per le applicazioni di illuminazione supplementare. Tuttavia, i vantaggi della tecnologia LED la rendono un’alternativa interessante, soprattutto considerando il potenziale di notevole risparmio energetico. Finora, uno dei principali ostacoli per un’adozione più ampia degli apparecchi a LED è stato il loro prezzo di acquisto relativamente elevato. Tieni presente che stiamo parlando di apparecchi LED progettati specificamente per applicazioni orticole e dotati di ragionevoli garanzie da parte dei produttori.

Gli apparecchi HPS richiedono reattori che regolano la corrente progettati per far funzionare lampadine da circa 400, 600 o 1.000 Watt. Questo alimentatore consuma circa il 10% in più della potenza della lampadina, ma è necessario per prevenire il guasto prematuro della lampadina. Tradizionalmente, le lampadine HPS erano progettate con una base a magnate, ma sono disponibili anche in una versione a doppia estremità (solitamente per le potenze delle lampadine più elevate). Queste lampadine a doppia estremità richiedono un design diverso dell'apparecchio ma hanno un'efficienza di conversione leggermente superiore. L'efficienza di conversione (circa il 30% per gli apparecchi HPS se si confronta l'energia elettrica consumata con l'energia luminosa utile prodotta) è detta efficacia e per le applicazioni orticole è espressa con le unità µmol/J (pronuncia micromole per Joule).

Gli apparecchi a LED richiedono driver che forniscano le caratteristiche elettriche corrette ai LED. Questi apparecchi hanno in genere un numero di LED montati su un dissipatore di calore che mantiene la temperatura operativa desiderata. I LED con diverse uscite spettrali (cioè colori) possono essere combinati per progettare un'uscita spettrale fissa o regolabile. Alcuni apparecchi hanno anche funzionalità di regolazione, consentendo ai coltivatori di regolare l'intensità della luce secondo necessità. Oltre ai vantaggi derivanti dalla possibilità di selezionare uno spettro ottimale e di rimuovere facilmente il calore dall'apparecchio, molti apparecchi LED progettati per applicazioni orticole hanno un'efficacia (fino a 3,5 µmol/J) che supera di gran lunga l'efficacia dell'apparecchio HPS più efficiente (massimo a circa 2,0 µmol/J). Di conseguenza, per produrre la stessa quantità di luce è necessaria meno elettricità. Per ulteriori valori di efficacia per altre sorgenti luminose utilizzate per applicazioni orticole, vedere la Tabella 1.

La luce è solo un aspetto dell'ambiente di coltivazione che deve essere gestito in ambienti controllati, mentre il calore è un altro parametro chiave. Nella produzione in serra, il calore prodotto dal sistema di illuminazione supplementare è spesso utile poiché i periodi di scarsa illuminazione spesso corrispondono a periodi di bassa temperatura (illuminazione notturna e invernale). Tuttavia, in una situazione di illuminazione con fonte unica, l’illuminazione elettrica deve essere applicata tutto l’anno e l’eventuale calore in eccesso dovrà essere rimosso a seconda del livello di isolamento dell’edificio e delle condizioni climatiche esterne.