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OrizzontEnergia

Illuminazione sostenibile: Le luci a led migliorano la coltivazioni in ambienti chiusi

Nuove opportunità OSRAM per i LED, Vertical Farming

L’utilizzo dei LED in ambito dell’orticultura è in grado di stimolare la crescita delle piante fino al 40%

La luce è fondamentale per la maggior parte degli esseri viventi che vivono al di sopra delle profondità marine. Le piante utilizzano la luce per sviluppare il processo di fotosintesi, dove la CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

viene convertita in carboidrati dalla clorofilla delle cellule vegetali. È anche possibile attivare la fotosintesi usando luce artificiale e controllare lo sviluppo, la forma e il periodo di fioritura di una pianta. La quantità di luce, la sua qualità, nel senso di composizione spettrale della luce, e la durata dell’esposizione hanno un effetto sulle proprietà della pianta durante la crescita e la maturazione. Pertanto, l’illuminazione (e i suoi sviluppi tecnologici) è una variabile fondamentale nell'odierna orticultura. 

Ad esempio, il mercato della frutta e verdura fresca in Europa (per un valore di oltre €30 miliardi, secondo ICI Business) è attualmente colpito da un certo numero di fattori esterni, tra cui il cambiamento climatico, la maggiore consapevolezza dei consumatori dei benefici per la salute, l'aumento della domanda di “superfoods” di nicchia, i costi della catena logistica e la pressione per garantire uno sviluppo sostenibilesviluppo sostenibile
Lo sviluppo sostenibile è quel tipo di sviluppo che garantisce i bisogni delle generazioni presenti senza compromettere il futuro delle generazioni a venire. I tre obiettivi dello sviluppo sostenibile sono: prosperità economica, benessere sociale e limitato impatto ambientale. La prima definizione, risalente al 1987, è stata quella contenuta nel rapporto Brundtland, poi ripresa successivamente dalla Commissione mondiale sull'ambiente e lo sviluppo dell'ONU.
e pratiche di coltivazionecoltivazione
Insieme delle attività che consentono l'estrazione di idrocarburi (petrolio o gas naturale) dai giacimenti.
più ecologiche e “locali”. 

Le luci a led migliorano la coltivazioni in ambienti chiusiCon questi tipi di sfide in un mercato in espansione, l'industria ha compiuto molti progressi per aumentare la produzione, soddisfare la domanda e garantire che il consumatore finale sia rifornito nei tempi effettivamente previsti. La coltivazione indoor in una serra o in un edificio chiuso con illuminazione artificiale controllabile è diventata una pratica diffusa, utilizzata soprattutto negli agglomerati urbani con spazio limitato. L’illuminazione artificiale permette agli agricoltori anche di integrare la luce naturale per una crescita delle piante più rapida e con una qualità superiore, per estendere il periodo di luce diurna o semplicemente per farle crescere completamente senza luce naturale in spazi protetti. Tra gli altri vantaggi, anche quello per gli agricoltori di far crescere frutta e verdura, fiori, e altre specie di flora che a causa delle condizioni climatiche sarebbe altrimenti impossibile, ad esempio la coltivazione di frutta esotica in un magazzino in disuso in città. 

Coltivazioni stratificate o verticali, con file orizzontali di piante posizionate le une sopra le altre per risparmiare spazio hanno aperto nuove possibilità di coltivazione modificando l’approccio sistematico. Facendo un ulteriore passo avanti, la “coltivazione 3D” rappresenta un altro progresso che vede ambienti simili alle cleanroom, “Fardominiums” (fattorie mobili che possano trasferirsi in navi mentre le specie crescono) e il trasporto combinato in container di coltivazione. La coltura in ambiente controllato ha dimostrato di essere l’alternativa migliore all’agricoltura tradizionale per garantire una produzione alimentare sostenibile per una popolazione sempre crescente. I vantaggi comprendono la non-paragonabilità con un sistema chiuso, nessun inutile uso di pesticidi, erbicidi e altre sostanze chimiche (le colture sono protette dai parassiti e dalla contaminazione), e un contributo per l’ecosistemaecosistema
È l'insieme di tutti gli organismi viventi (animali e vegetali) presenti in un determinato ambiente e delle relazioni che intercorrono tra di loro e tra essi e il sistema fisico circostante.

Tuttavia, realizzando le migliori condizioni possibili – e mantenendole coerenti per tutte le piante, a prescindere da dove sono dislocate – la cosa fondamentale è ciò che è importante per il coltivatore. I principali fattori della produzione richiesta, qualità e controllo (ad esempio la resa per il raccolto di frutta, dimensioni e peso, colore e sapore), velocità, costo ed efficienza dei materiali (ad esempio il periodo in cui devono comparire i germogli, i cicli per stagione, la riduzione al minimo del consumo di acqua ed energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
per impianto di raccolta, la velocità di crescita) determinano la migliore illuminazione possibile per ogni situazione. 

I sistemi di illuminazione sono un elemento chiave in questi sistemi evoluti soprattutto in ambienti di coltivazione compatta come quelli visti con colture verticali o 3D. I sistemi di illuminazione in orticoltura sono di solito basati su lampade al sodio ad alta pressione (HPS). Queste producono oltre 100 lm/W, ma con una lunghezza d’onda molto ampia. L'elevato consumo di energia e il calore delle lampade HPS richiedono una notevole distanza tra le piante e la sorgente di luce, destinandole principalmente ai sistemi con l’illuminazione dall’alto (toplighting). Altri inconvenienti delle lampade HPS includono una vita relativamente breve di solo 8.000 ore e lampade più piccole hanno costi significativamente inefficienti. 

Da quando è stato scoperto che lo spettro di luce che investe le piante può modificare le loro proprietà (per esempio lo sbocciare dei fiori e la crescita della frutta), vi è stato un enorme aumento dell'interesse mostrato dal settore orticolo nei confronti dei LED. Questo è stato il punto di svolta in cui l'illuminazione a LED è diventata una tecnologia cruciale per la redditività sostenibile dell’agricoltura urbana. 

Le luci a led migliorano la coltivazioni in ambienti chiusiLe piante verdi utilizzano principalmente luce blu (da 430 a 490 nm circa) e la luce rossa (da 640 a 780 nm circa) per la fotosintesi e la produzione di energia, ma assorbono anche altre bande come ad esempio l’infrarosso intorno a 730 nm. Questo range, tra le altre cose, controlla la crescita delle piante. Il giusto mix e l’aggiunta temporanea di determinate lunghezze d'onda, specificamente adattate alle esigenze individuali delle piante, può quindi innescare l'effetto desiderato in linea con il rendimentorendimento
In termini generali il rendimento è il rapporto tra "quanto ottenuto" in un processo e "quanto speso" per fare avvenire lo stesso processo. In termodinamica rappresenta la capacità di un sistema di convertire l'input di calore in lavoro utile. Il rendimento è un numero puro (cioè non ha unità di misura) ed è sempre compreso tra 0 e 1. A seconda dei termini che vengono messi a confronto è possibile ottenere diverse tipologie di rendimento utili a definire la bontà di un processo o di una macchina (per esempio rendimento elettrico, rendimento termico, ecc..) ma il ragionamento alla base è sempre lo stesso.
, la qualità, il controllo, la velocità, i costi di materiale e gli obiettivi di efficienza richiesti dal produttoreproduttore
Secondo quanto stabilito dal decreto legislativo n. 79/99, il produttore è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica indipendentemente dalla proprietà dell'impianto.
. I LED sono particolarmente adatti per questo tipo di applicazioni, grazie allo spettro colore estremamente definito e al controllo flessibile

Per una crescita ottimale delle piante, la luce deve offrire questi suddetti intervalli di lunghezza d'onda, e evitare di avere un complessivo aspetto bianco. 

Incorporare un sistema a LED che copre in maniera ottimale la gamma di lunghezza d'onda significa che l’illuminazione può essere adattata a qualsiasi tipo di pianta o fiore. Variando il numero di LED è possibile fornire una sorgente di luce ben controllabile senza dover modificare il circuito stampato o la progettazione degli apparecchi di illuminazione. 

La gamma OSLON SSL di Osram Opto Semiconductors è un LED di classe 1W che offre una radiazione concentrata a 80, una standard a 120 o una ampia a 150, evitando la necessità di acquistare ulteriori lenti. Uno spettro attentamente mirato garantisce l’aumento di assorbimento della clorofilla e della fotosintesi nelle piante. Copre inoltre le lunghezze d'onda da 450 nm a 660 nm, dal profondo blu all’iper rosso, e 730 nm per gli infrarossi (importanti per la fioritura di molte piante). 

Una volta che il giusto sistema di illuminazione a LED è stato implementato con successo, le piante possono essere coltivate in spazi chiusi sotto la luce artificiale e al riparo dagli elementi. La flessibilità di controllo significa anche che può essere realizzata un’illuminazione diffusa, pertanto le piante non devono spendere energie alla ricerca del sole e possono invece concentrarsi sulla crescita, così da ottenere più velocemente rese più elevate. 

In una saggia progettazione, qualsiasi dispositivo a LED utilizzato all'interno deve essere in grado di sopportare l'ambiente della serra o dell’edificio (ad esempio, deve resistere all’umidità causata da impianti d’irrigazione a spruzzo o alla sporcizia e alle sostanze chimiche come concimi o insetticidi che potrebbero essere utilizzati). 

Sono altrettanto importanti l’uniformità di illuminazione e l’uniformità in termini di quanta di luce che ottiene ogni singola pianta (al fine di garantire la crescita e favorire l’alternanza), in particolare nell’agricoltura verticale o nelle disposizioni 3D. Grazie al loro ingombro ridotto di 3,0 x 3,0 mm2, i LED OSLON SSL si prestano a disposizioni strettamente ravvicinate per garantire una luce uniforme sulle piante e le basse temperature dei LED consentono di posizionare le lampade tra piante e foglie per aumentare la quantità di luce e di ridurre al minimo il rischio di ombre (shadowing), solitamente causato dall’illuminazione dall’alto. 

Oggi, l'illuminazione a LED è in grado di stimolare la crescita delle piante fino al 40 per cento. I LED, resistenti e con una vita molto lunga, sono anche alternative molto più ecologiche rispetto ai sistemi di illuminazione orticola standard. Possono stimolare significativamente la crescita delle piante riducendo drasticamente il consumo di energia attraverso l'uso di illuminazione mirata a 450, 660 e 730 nanometri. I LED forniscono una opzione forte per l’illuminazione di tutti i tipi di fiori e piante, permettendo al coltivatore di adattare la luce in maniera precisa a seconda delle esigenze delle diverse colture. 

Le caratteristiche dei LED per illuminazione in orticoltura, come le dimensioni minime, l’elevata efficienza e la lunga durata, garantiscono la massima flessibilità ai coltivatori. Regolabili e controllabili, i LED sono ad accensione istantanea e possono quindi essere facilmente impostati in cicli che favoriscono una sana crescita della pianta.

di Alexander Wilm, Senior Key Expert -OSRAM Opto Semiconductors

Fonter: OSRAM

Data: 21/07/2016

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