Tipi di Luci per Coltivazione Indoor (Lampade al Sodio o Lampade a Basso Consumo?)
Durante la fotosintesi, la clorofilla assorbe l'energia della radiazione luminosa e la utilizza per la sintesi di carboidrati dall'anidride carbonica e dall'acqua.
La clorofilla è un pigmento verde contenuto nelle piante verdi, nei cianobatteri e in alcune alghe. La clorofilla appartiene ai pigmenti fotosintetici insieme alle ficobiline e ai carotenoidi, che però hanno un colore diverso e assorbono energia da una parte differente dello spettro luminoso visibile. La clorofilla è verde perché assorbe la parte blu e rossa dello spettro luminoso e riflette il resto. Per questo ci appare verde e conferisce il colore di base a tutte le piante fotosintetiche.
Figura 2: Spettro di assorbimento della clorofilla a e b
Alla fotosintesi partecipano diversi tipi di clorofilla, nelle piante le più note sono la A e la B. Altri pigmenti che partecipano alla fotosintesi sono i carotenoidi (che svolgono anche un ruolo importante nel movimento della pianta verso la luce). Le clorofille assorbono le lunghezze d'onda del rosso (660 nm) e del blu (440 nm). Il verde e il giallo rimangono inutilizzati a causa del colore verde della clorofilla, poiché questa li riflette.
La massima efficienza della fotosintesi si ha nell'area della radiazione rossa e blu. Questo spettro d'azione è stato sfruttato da alcuni produttori di sorgenti luminose per lo sviluppo e la produzione di speciali lampade fluorescenti lineari o compatte e lampade a scarica destinate all'illuminazione delle piante. Nello spettro di queste lampade l'area giallo-verde è fortemente ridotta, quindi la luce emessa è viola e contribuisce con alta efficienza alla fotosintesi.
Funzione della luce blu
Oltre alla fotosintesi, la pianta utilizza la luce blu per il fototropismo – la pianta distribuisce in modo appropriato gli ormoni della crescita e adatta così la sua forma all'intensità e alla direzione di questa radiazione, in modo da utilizzarla efficacemente. Inoltre, in base alla radiazione blu avviene l'apertura degli stomi.
Effetto della luce rossa
La pianta utilizza questa area sia per la fotosintesi che per la crescita in allungamento del fusto (allungamento verso il sole). In questo caso la pianta sfrutta il rapporto tra le intensità delle radiazioni delle lunghezze d'onda 660 (red)/735(far red) nm. Dalla curva di assorbimento della clorofilla (Figura 1) è visibile che la pianta sfrutta in modo intelligente il limite netto di questa curva. Se la pianta si trova all'ombra di un'altra pianta, grazie all'assorbimento della radiazione red da parte della clorofilla della pianta ombreggiante, sulla pianta arriva una quantità minima di radiazione rossa (red), ma una quantità sufficiente di radiazione infrarossa (far red) e la pianta inizia ad allungarsi. Anche se la pianta ha una illuminazione artificiale sufficiente e prevale il far red, la pianta "si allunga" in altezza pensando di essere ombreggiata. Con un rapporto opposto, invece, la pianta cresce in altezza lentamente. Per questo è importante avere un rapporto equilibrato di queste componenti della radiazione (simile a quello della radiazione solare).
L'illuminazione artificiale per le piante viene utilizzata nei casi in cui vi sia una carenza di luce naturale diurna, o sia necessaria un'illuminazione supplementare. Ad esempio nei mesi invernali, quando la luce diurna è insufficiente per la crescita richiesta dalle piante. Viene quindi utilizzata per prolungare il periodo diurno, affinché le piante ricevano la luce necessaria. La carenza di luce provoca nelle piante un rallentamento della loro crescita e disturbi nello sviluppo, che si manifestano ad esempio con un eccessivo allungamento, fusti sottili, colorazione irregolare ecc.
L'illuminazione artificiale con lampade per favorire la crescita delle piante ne determina in modo comprovato una corretta crescita e sviluppo, aiuta a prolungare il periodo di fioritura e aumenta la resa delle colture. L'illuminazione artificiale cerca di fornire uno spettro luminoso simile allo spettro della radiazione solare o di fornire uno spettro adattato alle esigenze delle piante coltivate. Le condizioni naturali esterne vengono riprodotte attraverso diversi colori, temperature e uscite spettrali dell'illuminazione artificiale, così come attraverso variazioni dell'intensità luminosa delle lampade. A seconda del tipo di pianta coltivata, della fase di coltivazione (ad es. fase di germinazione/vegetativa o fase di fioritura/fruttificazione) e della durata del periodo di giorno e notte (luce e buio) richiesta dalle piante, specifici intervalli di spettro, efficienza luminosa e temperatura di colore sono adatti per l'uso con piante specifiche e periodi temporali.
Fonti per l'illuminazione delle piante in ambienti interni
Per la coltivazione indoor di piante è necessario utilizzare l'illuminazione artificiale, che è un sistema completo che trasforma l'energia elettrica in luce.
Il tipo di illuminazione più diffuso è l'utilizzo di lampade a scarica ad alta pressione, che per il loro funzionamento necessitano di un reattore (alimentatore), inoltre di un portalampada e di un riflettore.
Lo stesso vale anche per la coltivazione con lampade fluorescenti compatte, conosciute comunemente con il nome di lampade a risparmio energetico o con il termine tecnico lampade CFL. Alcune lampade CFL hanno già il reattore integrato nel corpo, quindi sarà sufficiente solo un riflettore con portalampada.
L'ultima variante sono i moduli di illuminazione LED, che sono completi e basta solo collegarli alla presa.
Nella scelta dell'illuminazione artificiale si possono considerare numerosi indicatori. Le sorgenti luminose devono soddisfare le esigenze delle piante sia in termini di intensità di illuminazione che di composizione spettrale della radiazione emessa. La luce è principalmente una fonte di energia per la fotosintesi, che garantisce la crescita delle piante. Questo, ma anche tutti gli altri processi fotobiologici delle piante dipendono dalle lunghezze d'onda della radiazione assorbita.
Dal punto di vista dello spettro, il coltivatore sarà interessato a sapere se l'illuminazione è destinata alle piante verdi o alle piante da fiore. Di conseguenza si sceglie l'illuminazione per la crescita, per la fioritura o per entrambe.
Le manifestazioni vitali delle piante non sono determinate solo dalla fotosintesi, ma anche da altre attività. Queste attività sono notevolmente meno dispendiose in termini energetici. Si tratta principalmente della fotomorfogenesi, che influenza la formazione della struttura e della disposizione degli organi funzionali delle piante ed è supportata principalmente dalla zona blu dello spettro. In alcune piante, soprattutto tropicali o di montagna, questa attività si estende fino alla zona della radiazione ultravioletta. In caso di carenza di luce blu, le piante sono allungate, gli internodi dei fusti sono distanti tra loro, le foglie sono più piccole e hanno un colore più chiaro. Un'altra attività è il fototropismo, che influenza la direzione di crescita delle parti aeree e sotterranee delle piante (le parti aeree si orientano verso la luce, quelle sotterranee in direzione opposta). In tutte le piante da fiore ha grande importanza il fotoperiodismo, influenzato soprattutto dalla parte a lunghezza d'onda lunga dello spettro (rosso e rosso scuro). Ha un impatto sui processi di induzione, cioè sulla formazione dei boccioli e sullo sviluppo dei fiori. In alcuni fiori l'induzione dei boccioli dipende dalla lunghezza del giorno. Le piante a giorno lungo fioriscono nei giorni lunghi, le piante a giorno corto invece nei giorni corti.
Illuminazione per la coltivazione indoor
Figura 3: Le luci LED creano ambienti artificiali per la coltivazione di piante e ortaggi e grazie all'alta efficienza si riscaldano molto meno rispetto alle lampade a incandescenza o alogene
Lampade a risparmio energetico o lampade al sodio?
Le lampade a risparmio energetico garantiscono un basso consumo di energia. Il collegamento delle lampade è semplice. Lo spettro luminoso delle lampade a risparmio energetico per la crescita e la fioritura è simile a quello delle lampade a scarica. Le lampade a risparmio energetico sono adatte per ambienti dove c'è un problema di calore eccessivo ed è possibile appenderle basse sopra le piante ad un'altezza di circa 30 cm.
Le lampade a scarica non sono progettate per il collegamento diretto alla rete elettrica. Per assemblare un sistema di illuminazione sono necessari uno speciale alimentatore che corrisponda alla potenza, un portalampada e un cavo adeguato. Le lampade a scarica sono disponibili per la crescita vegetativa, la fioritura o con spettro luminoso combinato. Lampade per la crescita vegetativa – luce blu e bianca. Lampade per la fioritura – luce rosso-gialla. Lampade combinate – luce rossa, gialla e una parte di spettro blu.
Tubi fluorescenti lineari – per la crescita e la radicazione
Immagine 4: Tubi fluorescenti lineari
Un tubo fluorescente lineare è un lungo tubo di vetro sigillato ermeticamente alle estremità con un attacco, attraverso il quale gli elettrodi sono inseriti nel tubo. All'interno si trova una miscela di vapori di mercurio e argon. I tubi fluorescenti emettono luce fredda blu-bianca o rossa. La luce blu-bianca è particolarmente adatta per la fase di crescita vegetativa delle piante. Durante la radicazione delle piante, i coltivatori ottengono buoni risultati con i tubi fluorescenti che producono luce rossa. I tubi fluorescenti possono essere utilizzati per la pre-coltivazione di piantine o per la coltivazione di erbe aromatiche (ad esempio basilico, erba cipollina o prezzemolo). Poiché i tubi fluorescenti lineari hanno una potenza inferiore, sono adatti soprattutto per piante di altezza ridotta. Per quelle più grandi potrebbero non essere sufficienti.
Caratteristiche:
- alta efficienza di conversione dell'energia elettrica in energia luminosa, che raggiunge fino a 104 lm/W con alimentazione ad alta frequenza, con un elevato indice generale di resa cromatica Ra che raggiunge valori fino a 80,
- parametri geometrici adeguati, che permettono di costruire apparecchi di illuminazione economici con ottica semplice e la possibilità di assemblarli in strisce luminose continue estetiche o grandi superfici,
- gamma molto ampia di potenze da 4 a circa 200 W,
- gamma molto ampia di colori della luce emessa, caratterizzata da una temperatura di colore correlata da 2.700 a 17.000 K,
- nei tipi speciali è possibile ottenere Ra fino a 98 con un'ottima efficienza luminosa specifica,
- linee di produzione altamente produttive, la cui capacità raggiunge fino a 4.000 pezzi/h, con un'alta resa del processo produttivo; da ciò deriva un prezzo costantemente basso per la gamma di base dei tubi fluorescenti,
- lunga durata, che raggiunge in alcuni tipi speciali oltre 20.000 ore con una buona stabilità del flusso luminoso durante il funzionamento
Lampade fluorescenti compatte (lampade a risparmio energetico) – per piante piccole e medie
Immagine 5: Lampada fluorescente compatta
Le lampade fluorescenti compatte hanno un'efficienza energetica superiore dal 60 all'80% rispetto alle tradizionali lampadine a incandescenza. La durata media delle lampade fluorescenti compatte è più di dieci volte superiore a quella delle lampadine tradizionali – una lampada fluorescente compatta dura circa 6.000-20.000 ore, una lampadina tradizionale circa 1.000 ore. Le lampade fluorescenti compatte di qualità destinate ai consumatori hanno un indice di resa cromatica Ra > 80.
Le lampade fluorescenti compatte sono tradizionalmente prodotte con spettro di crescita, fioritura e duale. Queste lampade sono le cosiddette lampade a risparmio energetico con potenza da 85W a 250W. Il funzionamento delle lampade fluorescenti compatte è praticamente identico a quello delle lampade fluorescenti lineari, con la differenza che la potenza delle lampade fluorescenti compatte è superiore rispetto alla potenza delle lampade fluorescenti lineari. Le lampade fluorescenti compatte con spettro di crescita possono essere utilizzate per la pre-coltivazione di piantine, la coltivazione di piante non fiorite o per la fase di crescita delle piante da fiore. Le lampade fluorescenti compatte con spettro di fioritura possono essere utilizzate per la fase di fioritura delle piante da fiore. Le lampade fluorescenti compatte con spettro duale possono essere utilizzate per tutti i tipi di piante in qualsiasi fase di sviluppo. Poiché le lampade a risparmio energetico emettono meno calore, è possibile installarle anche molto vicino alle cime delle piante. Trovano quindi applicazione anche in spazi piccoli o difficilmente ventilabili.
Caratteristiche:
- dimensioni inferiori rispetto alle lampade fluorescenti lineari
- maggiore potenza in uno spazio dato, ma minore potenza specifica rispetto alle lampade fluorescenti lineari
- la potenza varia da 5 a 55W
- le lampade hanno un consumo inferiore fino all'80% a parità di quantità di luce
- durata delle lampade da sei a quindici volte superiore, che rappresenta una durata media di 6.000 ore fino a 15.000 ore
- prodotte in molti tipi e forme
- eccellente resa cromatica delle lampade Ra80
Lampade fluorescenti
Figura 6 Lampade fluorescenti
La base della luce di una lampada fluorescente è la luce ultravioletta invisibile all'occhio umano, che si genera quando la corrente elettrica attraversa un gas inerte. Questa luce ultravioletta reagisce con una speciale miscela di fosfori che ricopre la parete interna del tubo fluorescente. La luce invisibile si trasforma così in luce bianca utilizzabile. Le lampade fluorescenti necessitano di una particolare fonte di energia, il cosiddetto reattore, che regola la corrente operativa della lampada e fornisce la tensione adeguata per l'accensione della scarica. I reattori elettronici hanno la stessa funzione dei vecchi reattori magnetici, ma a differenza di questi lavorano con frequenza molto elevata. Grazie a ciò si eliminano lo sfarfallio e il rumore fastidiosi e al contempo aumenta la potenza. I reattori elettronici possono anche essere progettati più facilmente per consentire un funzionamento più stabile ed efficiente della lampada, la regolazione dell'intensità luminosa e l'interconnessione dei singoli elementi di illuminazione all'interno di una rete, per poter controllare l'illuminazione in modo moderno.
Le lampade fluorescenti sono un'ottima soluzione per l'illuminazione mirata in studi, uffici domestici e altri ambienti dove è necessaria una luce davvero intensa. Durano fino a 20 volte più a lungo delle lampadine tradizionali e hanno un consumo energetico inferiore fino all'80%.
Si possono utilizzare lampade fluorescenti di varie dimensioni, da trenta centimetri fino a due metri e mezzo di lunghezza, installate in corpi illuminanti fluorescenti standard. Con tale illuminazione è possibile coltivare piante in cantina, ripostiglio o soffitta quasi allo stesso ritmo che all'esterno in piena estate. Sono perfette per la fase di crescita. Vengono prodotte in potenze di 18W, 36W e 54W. Grazie al basso wattaggio, sono più adatte per la radicazione di talee o per l'illuminazione delle parti inferiori delle piante sia in fase vegetativa che di fioritura. Per il loro collegamento è necessario anche uno starter e un reattore, ma con wattaggi molto inferiori rispetto alle lampade a risparmio energetico.
Caratteristiche tecniche
- lampade fluorescenti a mercurio a bassa pressione
- la bassa temperatura della fonte luminosa consente di posizionare le lampade molto vicino alle piante senza rischio di bruciarle.
- elevato flusso luminoso iniziale
- possono essere utilizzate con alimentatori convenzionali e ad alta frequenza
- lampade completamente riciclabili, tutti i componenti possono essere utilizzati nella produzione di nuove lampade
- sulla base è presente un'area verde che indica che la lampada è riciclabile
Lampade LED - per la crescita delle piante
Figura 7: Lampada LED
Le lampade LED per supportare la crescita delle piante sono adatte all'uso principalmente nei giardini botanici, per la coltivazione di piante in serre da giardino, negli interni per l'illuminazione delle piante ecc.
Le lampade da coltivazione a LED sono caratterizzate da una proprietà fondamentale. I componenti semiconduttori sono in grado di emettere luce monocromatica a banda stretta. Combinando diodi di diversi colori e regolando la potenza, permettono di creare qualsiasi spettro luminoso e modificarlo dinamicamente. La qualità della luce può quindi essere adattata alle esigenze di una specie specifica o di una fase di sviluppo (fase vegetativa, fase generativa - induzione della fioritura). I migliori sistemi automatici moderni, appropriatamente costosi e destinati alle serre, viziano le colture ad esempio simulando la resa cromatica dei raggi presenti all'alba e al tramonto. Facile installazione e utilizzo del dispositivo, collegamento diretto alla presa 220-240V. (Non è necessaria alimentazione elettrica aggiuntiva.) La luce può essere posizionata direttamente sopra le piante, non emette alcun calore né vibrazioni. Durata di illuminazione consigliata 10 - 18 ore al giorno
Caratteristiche:
- durata estrema - 100.000 ore (più di 10 anni di funzionamento continuo),
- basso consumo energetico,
- resistenza a urti, colpi, vibrazioni,
- bassa emissione di calore,
- caratteristica di emissione controllata,
- nessuna radiazione infrarossa o ultravioletta,
- lunga durata e quasi nessun guasto,
- costo trascurabile del consumo di energia elettrica all'anno,
- manutenzione minima o nulla,
- possibilità di accensione e spegnimento frequenti,
- elevata resistenza ai danni e al freddo,
- varietà di colori – bianco, rosso, blu, giallo, verde,
- grazie all'elevata efficienza si scalda pochissimo.
Lampade al sodio ad alta pressione
Immagine 8: Lampada al sodio
Le lampade al sodio ad alta pressione sono sorgenti luminose in cui la luce viene emessa principalmente da vapori di sodio con una pressione parziale di esercizio compresa tra 3 e 60 kPa. Le lampade sono classificate in base alla potenza (70W, 100W, 150W, 400W, 600W ecc.), allo spettro - spettro per crescita vegetativa, fioritura o combinato - e al numero di lumen. Le lampade, rispetto alle lampadine tradizionali, si caratterizzano per un funzionamento molto economico e, nonostante le dimensioni, emettono una quantità estremamente elevata di radiazioni. Le lampade al sodio si distinguono per un coefficiente di conversione dell'energia elettrica in energia di radiazione fotosinteticamente attiva doppio rispetto alle lampade al mercurio. Le lampade al sodio tubolari combinano un'elevata efficienza luminosa (fino a 150lm/W) con una distribuzione spettrale dell'energia che risulta particolarmente favorevole per vari tipi di colture protette. L'aumento della pressione dei vapori di sodio nel punto focale della radiazione consente l'ampliamento dello spettro nel rosso e nel blu e il cosiddetto continuum stabile in un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Le lampade non sono progettate per il collegamento diretto alla rete elettrica - per il loro funzionamento è necessario un apposito reattore. Le lampade per crescita vegetativa emettono luce blu e bianca, le lampade per fioritura emettono luce rosso-gialla e quelle combinate emettono luce rossa, gialla e presentano anche una certa componente dello spettro blu.
Le lampade al sodio sono adatte per l'illuminazione di serre. Sono ideali per l'illuminazione supplementare in orticoltura, poiché stimolano l'assimilazione e la crescita delle piante. Questo è particolarmente importante nella coltivazione di fiori recisi, ortaggi, piante da interno e piantine. Per l'orticoltura ne derivano i seguenti vantaggi: tempi di coltivazione più brevi, piante più sane, controllo del periodo di fioritura.
Caratteristiche
- produzione di luce molto intensa
- elevata efficienza luminosa lm/W
- lunga durata
- prestazioni stabili
- produzione di una grande quantità di calore, che porta alla necessità di ulteriori apparecchiature per il raffreddamento
- a causa del riscaldamento della sorgente è necessario regolare la distanza della luce dalle cime delle piante
- maggiore consumo di energia elettrica