Guida alla luce progressiva a LED per interni

PAR (Radiazione Fotosinteticamente Attiva) si riferisce alla radiazione nell'intervallo di lunghezze d'onda specifico di 400-700 nanometri che le piante utilizzano per la fotosintesi. La gamma di lunghezze d'onda della luce a cui le piante sono sensibili differisce da quella percepita dall'occhio umano e variano anche le unità per descrivere l'intensità della luce. L'occhio umano è più sensibile alla luce giallo-verde, con l'intensità della luce misurata in lumen (lm) e lux (lx). Al contrario, le piante sono più reattive alla luce rossa e blu e la loro intensità luminosa è quantificata in micro-moli al secondo (μmol/s) e micro-moli per metro quadrato al secondo (μmol/m²/s).

Per la fotosintesi le piante si affidano principalmente alla luce nello spettro di lunghezze d'onda compreso tra 400 e 700 nm, che è esattamente ciò che comunemente chiamiamo radiazione fotosinteticamente attiva (PAR). PAR è espresso in due unità:

Irradianza fotosintetica(W/m²), che viene utilizzato principalmente negli studi sulla fotosintesi sotto la luce solare naturale.

Densità del flusso di fotoni fotosintetici (PPFD)(μmol/m²/s), che viene applicato prevalentemente alla ricerca sugli effetti sia delle fonti di luce artificiale che della luce solare naturale sulla fotosintesi delle piante.

PPFD rappresenta il numero di fotoni (all'interno dell'intervallo PAR) ricevuti al secondo su una specifica superficie illuminata, ovvero la densità del flusso di fotoni fotosintetici, con l'unità di μmol/m²/s. È un indicatore chiave per valutare l'effettiva efficacia luminosa dei sistemi di illuminazione delle piante, poiché influenza direttamente la fotosintesi e la crescita delle piante. Come illustrato nella figura, il numero di fotoni ricevuti al secondo su una superficie di 1-metro quadrato è 33 μmol/m²/s.

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PAR misura l'energia radiante che le piante utilizzano per la fotosintesi. PPF quantifica il numero totale di fotoni fotosinteticamente attivi emessi da una sorgente luminosa al secondo, ma non indica direttamente se questi fotoni raggiungono la superficie della pianta.

PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) è di fondamentale importanza nell'illuminazione delle piante, poiché non solo misura l'emissione complessiva di fotoni di un sistema di illuminazione, ma valuta anche gli impatti di diverse fonti di luce sulla crescita delle piante. Una PPFD più elevata è associata ad un aumento dei tassi di fotosintesi e ad una maggiore resa delle piante; La PPFD viene utilizzata per valutare l'effettiva intensità della luce che raggiunge le piante, fungendo da indicatore chiave per ottimizzare gli ambienti di crescita delle piante.

La figura allegata mostra il rapporto di prova della lampada di coltivazione a LED pieghevole da 1000 W prodotta da Benwei LED, con un flusso di fotoni fotosintetici (PPF) di 2895,35 μmol/s.

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280–315 nm: Impatto minimo sui processi morfologici e fisiologici.

315–400 nm (UV‑A): Il basso assorbimento della clorofilla influisce sugli effetti fotoperiodici e inibisce l'allungamento dello stelo.

400–520 nm (luce blu): Il più alto rapporto di assorbimento della clorofilla rispetto ai carotenoidi esercita l'impatto più significativo sulla fotosintesiPMC.

520–610 nm (luce verde): Basso tasso di assorbimento del pigmento.

610–720 nm (luce rossa): Basso tasso di assorbimento della clorofilla ma impatti significativi sulla fotosintesi e sugli effetti fotoperiodici.

720–1000 nm (da rosso lontano a vicino infrarosso): Elevato tasso di assorbimento, favorisce l'allungamento cellulare e influenza la fioritura e la germinazione dei semi.

>1000 nm (infrarossi): Convertito in energia termica.

Oltre alla luce blu e rossa, anche altri spettri come la luce verde, viola e ultravioletta esercitano determinati effetti sulla crescita delle piante. La luce verde aiuta a ritardare la senescenza precoce delle foglie; la luce viola esalta la colorazione e l'aroma; la luce ultravioletta regola la sintesi dei metaboliti vegetali. L'effetto sinergico di questi spettri simula l'ambiente luminoso naturale e promuove una crescita sana delle piante.

Il vantaggio dell'illuminazione a spettro completo risiede nella luce rossa lontana, che consente l'effetto di guadagno a doppia luce (effetto Emerson). L'intervallo dello spettro completo è 400–800 nm, coprendo non solo la regione del rosso lontano sopra 660–800 nm ma anche la componente verde a 500–540 nm. Gli esperimenti dimostrano che la componente verde migliora la penetrazione della luce e migliora l’efficienza quantistica, ottenendo così una fotosintesi più efficiente. Basandosi sull'"effetto di guadagno della doppia luce", l'integrazione di luce rossa a 650 nm quando la lunghezza d'onda supera i 685 nm può migliorare significativamente l'efficienza quantica, superando anche la somma degli effetti quando queste due lunghezze d'onda vengono utilizzate da sole. Questo fenomeno in cui due lunghezze d'onda della luce migliorano congiuntamente l'efficienza fotosintetica è noto come effetto di guadagno a doppia luce o effetto EmersonPMC.

Le luci per la coltivazione delle piante sono progettate con un rapporto spettrale ragionevole, che copre un intervallo di lunghezze d'onda di 380–800 nm. Forniscono alle piante il rapporto spettrale ideale richiesto per la crescita integrando la luce naturale. Ciò rende le piante più sane e rigogliose, adatte a qualsiasi fase di crescita e applicabili sia alla coltivazione idroponica che a quella in terra. Sono ideali per giardini interni, piante in vaso, coltivazione di piantine, propagazione, fattorie, serre, ecc.

La clorofilla a e b hanno picchi di assorbimento rispettivamente a 660 nm (luce rossa) e 450 nm (luce blu). La luce combinata rosso-blu copre esattamente la gamma spettrale centrale della fotosintesi, aumentando l'efficienza di conversione dell'energia luminosa di oltre il 20%. La luce rossa attiva il Fotosistema II, mentre la luce blu attiva il Fotosistema I; il loro effetto sinergico accelera la produzione di ATP e NADPH durante le reazioni dipendenti dalla luce, fornendo energia sufficiente per il ciclo di Calvin (reazioni indipendenti dalla luce).

La luce blu migliora la compattezza della pianta inibendo l'allungamento dello stelo, favorendo l'ispessimento delle foglie e aumentando la resistenza meccanica; la luce rossa stimola l'allungamento dello stelo e accelera la crescita riproduttiva. La combinazione dei due raggiunge un equilibrio tra struttura della pianta e resa. La luce blu favorisce l’accumulo di metaboliti secondari come vitamine e antociani, mentre la luce rossa aumenta il contenuto di zuccheri solubili. La luce combinata ottimizza la sintesi sia dei nutrienti che dei composti aromatici PMC.

Per le verdure a foglia allo stadio di piantina, è necessario un rapporto di luce blu più elevato (4:1–7:1) per favorire la crescita dello stelo e delle foglie. Durante le fasi di fioritura e fruttificazione, il passaggio a un rapporto luce rossa più elevato (9:1) può aumentare la resa.

Rispetto alle sorgenti luminose a spettro completo, la luce combinata rosso-blu si concentra sulla gamma di lunghezze d’onda effettiva, riducendo il consumo di energia causato da spettri inefficaci e ottenendo così una maggiore resa di biomassa per unità di energia elettrica.

I sistemi di controllo intelligenti possono integrare le lunghezze d’onda ultraviolette per ottenere funzioni composite come lo sviluppo delle radici, l’inibizione dell’allungamento delle piantine e il miglioramento del colore dei fiori. Ad esempio, le piante grasse possono ottenere una forma di pianta compatta e colori vivaci attraverso la tecnologia di attenuazione dinamica.

Di seguito sono riportati i rapporti di luce rosso-blu comuni per diversi impianti, come riferimento nella progettazione o nell'approvvigionamento:

1. Adatto per verdure a foglia o piante ornamentali a foglia larga, come lattuga, spinaci e cavolo cinese.

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2. Adatto per piante che richiedono illuminazione supplementare durante l'intero ciclo di crescita, come le piante grasse.

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3. Adatto per piante da fiore e da frutto, come pomodori, melanzane e cetrioli.

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La luce naturale di solito non riesce a soddisfare i requisiti per una crescita sana delle colture. Utilizzando le luci di coltivazione a LED, puoi controllare efficacemente il trend di crescita delle colture e aumentare i raccolti. Che si coltivino ortaggi, frutta o fiori in serre, sistemi di agricoltura verticale o altre strutture interne, le luci di coltivazione a LED possono fornire cure ottimali su misura per le caratteristiche specifiche di ciascuna coltura. È stato dimostrato che le luci di coltivazione a LED prodotte da Sena Optoelectronics promuovono una crescita uniforme delle colture, migliorando così la qualità e la resa delle colture.

Studi sperimentali hanno dimostrato che l’illuminazione supplementare migliora l’ambiente luminoso, portando a miglioramenti nella lunghezza dello stelo delle piante, nel diametro dello stelo e nella dimensione delle foglie. Dopo aver integrato la luce, l'intensità della luce effettiva può essere regolata di conseguenza per migliorare l'efficienza complessiva dell'utilizzo dell'energia luminosa. La resa dei raccolti può aumentare di circa il 25% e l’efficienza nell’uso dell’acqua può aumentare del 3,1%.

Inoltre, quando si utilizza l'illuminazione supplementare a LED nelle serre durante l'inverno, per massimizzare l'effetto dell'illuminazione supplementare, la temperatura della serra deve essere adeguatamente controllata, il che può aumentare il consumo di energia per il riscaldamento. Ciò contribuirà a ottimizzare in modo completo la strategia di illuminazione supplementare a LED e a migliorare l’efficienza della produzione in serra e i vantaggi economici. Le forme comuni di illuminazione supplementare sono le seguenti:a) Combinazione di luce rossa-blu: la luce rossa (660 nm) promuove la sintesi della clorofilla, la fioritura e la fruttificazione, mentre la luce blu (450 nm) migliora la crescita dello stelo e delle foglie. La combinazione di entrambi migliora l'efficienza fotosintetica.b) Luci a spettro completo: simulano la luce naturale, adatta per esigenze di illuminazione supplementare a lungo termine e prevengono un allungamento eccessivo delle piante o una resistenza ridotta.c) Lampade allo xeno: l'intensità della luce è vicina alla luce naturale, adatta per piante di alto valore, ma generano calore significativo, consumano grandi quantità di energia e hanno costi elevati.

Nelle giornate nuvolose o piovose è opportuno garantire un'illuminazione supplementare durante tutta la giornata. Nelle giornate soleggiate, quando la luce naturale diminuisce, l'illuminazione può essere accesa dopo le 15:00 e le 16:00, garantendo che la durata totale della luce giornaliera sia controllata tra le 10 e le 12 ore. Un'illuminazione supplementare continua per più di 16 ore può causare fotoinibizione, caratterizzata da bruciatura o ingiallimento dei margini fogliari.

L'illuminazione supplementare dovrebbe essere implementata quando la temperatura ambiente è maggiore o uguale a 15 gradi. Le basse temperature inibiscono la fotosintesi. In inverno o quando la luce naturale è insufficiente, la durata dell'illuminazione supplementare può essere estesa fino a 14 ore, ma è opportuno adeguarla in base alla specie vegetale.

Quando l'intensità della luce naturale scende al di sotto di 100 μmol/m²·s, è necessario attivare un'illuminazione supplementare per mantenere la densità del flusso di fotoni fotosintetici (PPFD) tra 200 e 1000 μmol/m²·s. I sensori di luce dovrebbero essere utilizzati per monitorare l'uniformità della luce sulle foglie, evitando la sovrairradiazione locale-o l'illuminazione insufficiente. Le sorgenti luminose ad alta-intensità dovrebbero essere utilizzate insieme a tende ombreggianti o dimmer per prevenire danni ultravioletti alle foglie.

Per le piante da balcone o da interno (come le piante ragno o il Chlorophytum comosum), è consigliabile utilizzare un'illuminazione supplementare a LED a basso consumo per 8-12 ore al giorno.

Nelle serre è possibile integrare sistemi automatizzati per regolare dinamicamente l'altezza dell'illuminazione supplementare in base all'altezza delle piante, riducendo così il consumo energetico. Combinando una progettazione illuminotecnica scientifica con una manutenzione precisa, le piante verdi possono mantenere un aspetto vivace e accelerare la crescita. I miglioramenti nell'efficacia dell'illuminazione supplementare dovrebbero essere ottimizzati insieme alla gestione della temperatura e dei fertilizzanti dell'acqua.

Quando si coltivano più colture in strutture interne con luce naturale insufficiente, le luci di coltivazione a LED vengono spesso utilizzate per accelerare la crescita delle piante e promuovere uno sviluppo sano. Che tu coltivi frutta o verdura in ambienti chiusi, le luci di coltivazione a LED possono integrare la luce naturale, ottimizzare la composizione spettrale e aumentare l'intensità della luce senza generare calore in eccesso.

Inoltre, l'illuminazione a LED migliora efficacemente la luminosità riducendo il consumo energetico. La selezione di luci di coltivazione su misura per la coltivazione di ortaggi a foglia aiuta i coltivatori ad aumentare i rendimenti per unità di superficie soddisfacendo al tempo stesso le caratteristiche uniche delle colture-come migliorare il gusto, aumentare il valore nutrizionale e prolungare la durata di conservazione. Diversi dispositivi di illuminazione variano in termini di gamma spettrale e intensità della luce, il che influisce direttamente sulla crescita e sullo sviluppo delle verdure a foglia. In generale, le luci di coltivazione che combinano luce blu e rossa sono le più adatte.

Per la maggior parte delle verdure a foglia durante la fase di crescita vegetativa (fase di sviluppo dello stelo e delle foglie), si consiglia un rapporto di luce rossa-e-blu di 4:1. Questo rapporto bilancia il ruolo della luce rossa nell’incentivare la fotosintesi e il vantaggio della luce blu nella regolazione della morfologia delle foglie. Ad esempio, le comuni verdure a foglia verde come la lattuga e gli spinaci raggiungono un efficiente accumulo di carboidrati e una crescita coordinata dello stelo-foglia con questo rapporto di luce.

Il rapporto di luce rossa-blu per la coltivazione di ortaggi a foglia indoor deve essere regolato dinamicamente in base alla fase di crescita:

Fase della piantina

Fase dominante della luce blu-: un rapporto di luce rossa-e-blu pari aDa 3:1 a 5:1è ottimale. Aumentando la percentuale di luce blu al 30%–50% si promuove lo sviluppo delle radici e la differenziazione delle foglie, si previene un eccessivo allungamento dello stelo e si aumenta significativamente il vigore delle piantine.

Fase di crescita rapida

Fase potenziata con luce rossa-: regola gradualmente il rapporto tra la luce rossa-e-blu suDa 4:1 a 5:1. L’aumento della percentuale di luce rossa (630–660 nm) aumenta i tassi di fotosintesi. In combinazione con un'intensità luminosa di 200–300 μmol/m²/s, ciò può aumentare il tasso di crescita giornaliero di oltre il 30%.

Fase pre-della raccolta

Lontano-Supplemento a luci rosse: Pur mantenendo il rapporto spettrale centrale di 4:1, è possibile aggiungere una piccola quantità di luce rossa lontana (720–740 nm). Ciò favorisce l'espansione delle foglie e l'allungamento delle cellule, aumentando il peso fresco e la commerciabilità delle verdure in foglia.

Varietà-raccolta multipla(ad esempio, erba cipollina cinese, spinaci sott'acqua): mantenere un rapporto stabile di 4:1 per evitare l'esaurimento dei nutrienti.

Varietà-ad alto contenuto di clorofilla(ad esempio, cavolo riccio): aumentare la percentuale di luce blu al 25%–30% per migliorare la sintesi dei pigmenti.

Nota: Nelle applicazioni pratiche, è consigliabile selezionare luci di coltivazione a LED sintonizzabili spettralmente. Perfeziona-le impostazioni della luce in base a specifiche varietà di colture e ambienti di coltivazione, utilizzando indicatori morfologici come lo spessore delle foglie e la rigidità dello stelo come criteri di riferimento.

Verdure diverse hanno requisiti spettrali distinti durante i loro cicli di crescita, proprio come gli esseri umani hanno le preferenze alimentari. Ad esempio, le verdure a foglia richiedono una percentuale relativamente elevata di luce blu durante tutto il loro ciclo di crescita. La luce blu stimola la crescita delle foglie, dando vita a foglie più rigogliose e verdi-ad esempio, una quantità sufficiente di luce blu aiuta la lattuga e gli spinaci a sviluppare foglie più larghe e tenere. Per gli ortaggi da frutto come peperoni e pomodori, la luce rossa gioca un ruolo fondamentale durante le fasi di fioritura e fruttificazione: stimola la differenziazione dei boccioli fiorali, favorisce l'allegagione e produce frutti più grandi e carnosi. Quando acquisti le luci di coltivazione, controlla sempre i parametri spettrali del prodotto e scegli modelli che consentano una regolazione flessibile dei rapporti spettrali per soddisfare le esigenze specifiche di crescita delle tue verdure.

Intensità luminosa, misurata inPPFD (densità del flusso di fotoni fotosintetici)con l'unità μmol/m²・s, è un indicatore chiave delle prestazioni della luce di coltivazione. Le verdure in foglia richiedono molta luce, ma un'intensità luminosa eccessiva o un'esposizione prolungata possono influire negativamente sulla loro crescita.

In generale, la durata della luce giornaliera dovrebbe essere controllata a circa10-12 ore. Le piantine sono delicate e richiedono solo un'intensità luminosa di80–150 μmol/m²・sper garantire cure delicate e una crescita robusta. Quando le verdure entrano nella fase di rapida crescita, la loro richiesta di intensità luminosa aumenta-intorno200–400 μmol/m²・sè necessario per soddisfare i requisiti fotosintetici e fornire energia sufficiente per una crescita vigorosa. Durante la fase di fioritura e fruttificazione alcuni ortaggi potrebbero richiedere un'intensità luminosa anche superiore500 μmol/m²・sper favorire lo sviluppo dei frutti.

Pertanto, è fondamentale selezionare le luci di coltivazione a LEDintervalli di intensità luminosa regolabiliche si allineano con i requisiti delle diverse fasi di crescita delle verdure.

Sebbene le luci di coltivazione forniscano illuminazione alle piante, l'apporto di sostanze nutritive e acqua è altrettanto cruciale. Quando si coltiva la lattuga, è necessario fornire una quantità adeguata di soluzione nutritiva e acqua per garantirne la crescita e lo sviluppo. Una moderata integrazione di fertilizzante azotato (ad esempio, fertilizzante di soia) può promuovere la sintesi della clorofilla e anche il magnesio-come componente principale della clorofilla- dovrebbe essere reintegrato regolarmente.

Inoltre, l’aggiunta di gusci di noci decomposti (come i gusci di semi di girasole) al terreno può migliorare la permeabilità all’aria e aumentare la capacità di assorbimento delle radici. Inoltre, dovrebbero essere effettuate la ventilazione e la regolazione del gas (aumentando la concentrazione di anidride carbonica), insieme al controllo della temperatura e dell'umidità (mantenendo il 50–70% di umidità relativa), per prevenire malattie causate da alte temperature e umidità.

Le luci progressive variano in termini di potenza e intensità della luce corrispondente. Quando selezioni una lampada per la coltivazione, prendi in considerazione l'altezza di montaggio:-le luci supplementari ad alta-potenza in genere forniscono un'intensità luminosa relativamente più elevata.

In generale, più la sorgente luminosa è vicina alle piante, maggiore sarà il PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density), il che significa che le piante possono ricevere un'illuminazione più efficace. Tuttavia, all’aumentare della distanza dalla luce di coltivazione, l’area di copertura della luce si espande mentre l’intensità della luce diminuisce di conseguenza. Le luci progressive senza un design ottico professionale mostrano una significativa disparità tra l'illuminamento centrale e quello periferico, che tende a provocare un'illuminazione supplementare non uniforme e uno spreco di energia luminosa.