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Iluminación LED para cultivos de horticultura

Introducción

Según un informe de investigación de mercado (1) se espera que el mercado de LED crezca hasta más de $1,9 billones en 2020. Con una mayor conciencia sobre sus beneficios, se espera que la iluminación LED para cultivo de plantas sea testigo de una fase de gran crecimiento en los próximos años en aplicaciones como agricultura vertical, invernaderos comerciales y plantaciones urbanas de interior. Además, la tendencia ascendente de los cultivos de interior, las regulaciones gubernamentales que favorecen la iluminación LED y el requisito de una tecnología de iluminación duradera y de bajo consumo como complemento de la iluminación natural para el crecimiento de las plantas, impulsa el crecimiento del mercado de soluciones LED. Una luz de cultivo o luz para horticultura es una fuente de luz artificial, generalmente una luz eléctrica, diseñada para estimular el crecimiento de las plantas al emitir un espectro electromagnético apropiado para la fotosíntesis. Las luminarias de cultivo se utilizan en aplicaciones donde no hay luz natural o donde se requiere luz suplementaria. Estas luminarias con diodo emisor de luz (LED) pueden ser relativamente nuevas en el mercado de la luz de cultivo, pero se han vuelto muy populares debido a su eficiencia energética, posibilidad de regulación y largo ciclo de vida útil.

Espectro Específico

Normalmente las luminarias para cultivo LED combinan diferentes colores para lograr una longitud de onda específica para distintos tipos de plantas. Se pueden diseñar con un color específico para proporcionar un crecimiento y rendimientos óptimos porque poseen diferentes longitudes de onda y las plantas responden favorablemente a estas longitudes de onda con respecto al espectro de luz. Por ejemplo, la longitud de onda de la luz roja es alrededor de 630-660nm y es esencial para el crecimiento de los tallos, así como la expansión de las hojas. En cuanto a la longitud de onda de la luz azul aunque es de sólo 400-520nm, aumenta el contenido de clorofila presente en la planta y el grosor de la hoja. Como el LED es efectivamente un diodo, sus curvas de corriente directa y características de tensión (Vf) de varios colores son diferentes. En la tabla que se muestra a continuación podemos comprobar estas diferencias. Como se muestra en la tabla 1, con una corriente directa de 20mA, la Vf para un LED rojo estándar es de 1,8V y de 3,6V para un LED azul. Para lograr una longitud de onda específica combinando LED de diferentes colores, el rango total de Vf es amplio y variado. Necesitaremos un LED driver que opere en una amplia región de corriente constante para que pueda ser utilizado con diferentes luminarias LED para cultivo.

Eficiencia energética

Como venimos indicando, un LED individual podría emitir un color de luz específico. A continuación, se muestra una ilustración de la salida espectral de un LED rojo (curva roja) y una lámpara HPS típica (curva arco iris). Podemos ver lo estrecha que es la salida de luz LED en comparación con la lámpara HPS: Los LED son especiales porque producen un rango muy estrecho de luz de color en el espectro electromagnético, como la curva roja que se muestra en la figura 2. Toda la energía utilizada para crear luz fuera de la región PAR se desperdicia en mayor o menor grado. La región PAR (radiación fotosintéticamente activa) que las plantas pueden usar en el proceso de fotosíntesis es de 400 a 700 nanómetros.

Esta es precisamente la razón por la cual los LED son “más eficientes” que los HID. En términos de lúmenes por vatio, las luces HPS de doble extremo son bastante eficientes en comparación con otros tipos de iluminación artificial tradicional, produciendo más de 100 lúmenes por vatio. Sin embargo, cuando consideramos los LED, la salida de luz supera los 300 lúmenes por vatio. En otras palabras, la eficacia de la luz LED para cultivo es aproximadamente 3 veces mayor que la luz HPS. Por lo tanto, debemos tener en cuenta que, para que la luminaria LED pueda proporcionar una alta eficiencia, el LED driver también debe tener una capacidad de conversión de tensión eficiente. Vida útil En todos los tipos de luminarias, la cantidad de luz emitida (medida en lúmenes o irradiancia de fotones PAR) disminuye con el uso. Por ejemplo, la salida de las lámparas HID puede degradarse entre un 10-15% después de solo un año de funcionamiento y en el caso de las HPS, a medida que se degradan, el espectro cambia hacia el rango verde/amarillo, que es el rango de espectro menos aprovechado por las plantas.

Por este motivo, la mayoría de los productores profesionales reemplazan sus lámparas HID al menos una vez al año. Sin embargo, los LED para cultivo garantizan una vida útil de al menos 50.000 horas con una pérdida en la salida de menos del 10% y con frecuencia continúan funcionando más allá de especificaciones con poco o ningún cambio en el espectro. En una buena instalación de luminarias LED para horticultura, no puede faltar además un LED driver fiable y bien cualificado.

Dimado

Teóricamente con los LED tenemos un mayor control sobre la intensidad de la luz ya que los LED son regulables. La atenuación es importante porque la cantidad de luz proporcionada está asociada con la fotosíntesis. En instalaciones con demasiada luz la energía se convierte en calor y disminuye la actividad fotosintética. Cada planta es diferente en este sentido, incluso durante el ciclo de vida también varía el comportamiento de cada planta. La capacidad regulable de los LED ofrece la clara ventaja de crear el mejor entorno de iluminación adaptado a las diversas necesidades de las plantas según su fase de crecimiento. Para ciertos cultivos de horticultura, las luminarias equipadas con un LED driver regulable son mucho más empleadas que las equipadas con driver no regulables.

Resumen

En general, las luminarias LED nos pueden ofrecer un rango espectral óptimo, alta eficiencia energética, larga vida útil y regulación, pero todo ello dependerá de los LED driver integrados que las compongan. Las series de driver para LED ELG, HLG y HVG de MEAN WELL, que ofrecen hasta 5-7 años de garantía, amplio rango de corriente constante, función de regulación 3 en 1, alta temperatura de trabajo y permeabilidad anti-humedad IP67/ IP65, son muy recomendables para las luminarias LED en cultivos de horticultura. Además, su eficiencia con hasta un 95% de aprovechamiento de la luz LED asegura una mayor eficacia frente a las luminarias de cultivo tipo HPS.



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