Luz LED y plantas

Las plantas y las personas perciben la luz de forma muy diferente entre sí. Los seres humanos y muchos otros animales usan algo llamado visión fotópica en condiciones bien iluminadas para percibir el color y la luz. Los lúmenes son una unidad de medida basada en un modelo de sensibilidad del ojo humano en condiciones bien iluminadas, por lo que el modelo se denomina curva de respuesta fotópica.

Esta imagen muestra por un lado la respuesta fotópica que percibimos los seres humanos y por otro lado el PAR, la radiación activa fotosintética dentro del rango de absorción de las plantas. Este es uno de los valores de los que hablaremos más adelante.

Las plantas necesitan la luz porque de ella es de donde obtienen la energía en forma de fotones que necesitan para poder sobrevivir. La luz, con el agua y el dióxido de carbono producen una molécula llamada glucosa, que es la molécula que usa para fabricar otra serie de moléculas mas complejas necesarias en todos los procesos celulares. Para que las plantas puedan fijar el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, que son compuestos inorgánicos, y producir glucosa, que es un compuesto orgánico, necesitan una fuente de energía, en este caso calorías. Los fotones de nuestro sistema de iluminación son los que aportan esa fuente de energía necesaria para crear esa energía en forma de calorías durante el proceso fotosintético. Con 48 fotones la planta es capaz de obtener la energía suficiente para producir una molécula de glucosa.

Las plantas usan principalmente longitudes de onda de luz dentro del rango visible de 400 a 700 nanómetros (nm) por lo que esta gama también se llama radiación fotosintética activa (PAR). Define el tipo de luz y el rango espectral necesario para apoyar la fotosíntesis y el resto de procesos necesarios para que las plantas se desarrollen. Dentro de este rango espectral se encuentran las longitudes de onda que activan los fotorreceptores y otras moléculas que absorben la energía lumínica en las plantas. Cada una de estas proteínas tiene unas acciones y efectos dentro del desarrollo de todo el proceso de cultivo, tanto en la fase de germinación, crecimiento como en la floración.

La siguiente imagen muestra los diferentes fotorreceptores, que son pigmentos que sóllo pueden absorber la luz dentro del rango visible. La clorofila absorbe luz violeta, azul y roja, los carotenoides absorben luz azul y verde y las ficocianinas absorben luz verde y amarilla.

 

 

     

    Los sistemas de cultivo LED para horticultura actuales han permitido crear espectros específicos que aprovechan las bandas más activas fotosintéticamente. Desde composiciones con diferentes espectros que se ajusten a las longitudes de onda más determinantes en los procesos fotosintéticos, al uso de módulos LED con emisores monocromáticos con luz blanca, COB o LED de media potencia con luz azul rectificada con fósforo, que es el principio básico de los LED que emiten luz blanca, un LED azul que esta cubierto de fósforo. El uso de tecnología LED respecto al resto de técnicas tradicionales como las lámparas de alta presión de sodio ha permitido reducir considerablemente la temperatura en los espacios de cultivo, ya que es una fuente de luz que no emite infrarrojo (IR) y permite mantener la distancia y la intensidad de la fuente de luz mucho más cerca de nuestras plantas sin dañarlas ni sin que sufran estrés, en crecimiento a 40cms y en floración de 20 a 30cms lo que permite que todas nuestras flores se desarrollen con todo su esplendor.

     

     

    LUX y los medidores fotométricos miden la intensidad de la luz (con lúmenes) para aplicaciones de iluminación comercial y residencial. La unidad de área que miden es el LUX y utiliza lux / m2. El problema fundamental con el uso de LUX o medidores fotométricos cuando se mide la intensidad de luz en los sistemas de iluminación de horticultura es la subrepresentación de luz azul (400 - 500 nm) y roja (600 - 700 nm) en el espectro visible. Conseguir estos valores nanométricos dentro de esos rangos tan determinantes es lo que nos va poder permitir valorar y calcular los valores de absorción fotosintética de un sistema de cultivo LED.

     

    En la actualidad se usan modelos espectrómetros que permiten recoger datos mucho más avanzados para LED. En nuestro caso hemos usado un UPRtek MK350S que nos ha permitido recoger valores de CRI, PPF, PPFD y todos los valores espectrales con su medidor cuántico. Todo estos valores están recogidos en las descripciones de nuestros productos.                         

     

    Como hemos comentado al principio del artículo, las unidades de medida que se han estado usando tradicionalmente en el mundo de la iluminación dejan de ser válidas para los cálculos de absorción y aparecen nuevos conceptos que debemos tener en cuenta a la hora de comparar la eficiencia de sistemas de cultivo LED en el sector de la horticultura.

    Photosynthetic Photon Flux (PPF)

    PPF o flujo fotónico fotosintético mide la cantidad total de PAR producida por un sistema de iluminación cada segundo. Esta medición se realiza utilizando un instrumento especializado llamado esfera integradora que capta y mide esencialmente todos los fotones emitidos por un sistema de iluminación. La unidad utilizada para expresar PPF es micromoles por segundo (μmol / s). Es importante tener en cuenta que el PPF no dice cuánta de la luz medida aterriza realmente en las plantas, pero es una medida importante para calcular la eficiencia en un sistema de iluminación en la creación de PAR.

     

    Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD)

    PPFD o densidad de flujo de fotones fotosintéticos mide la cantidad de PAR que realmente llega a la planta, el número de fotones fotosintéticamente activos que caen sobre una superficie dada cada segundo. PPFD es una medición "spot" o directa de una ubicación específica en el punto más alto de la planta, y se mide en micromoles por metro cuadrado por segundo (μmol / m2 / s).

     

    Eficiencia de fotones Photon Efficiency se refiere a la eficiencia de un sistema de iluminación de horticultura en la conversión de energía eléctrica en fotones de PAR. Muchos fabricantes de iluminación de horticultura utilizan watts eléctricos totales o vatios por metro cuadrado como una medida para describir la intensidad de la luz. Sin embargo, estas métricas realmente no dicen nada ya que los vatios son una medida que describe la entrada eléctrica, no la salida de luz. Si se conoce el PPF de la luz junto con la potencia de entrada, se puede calcular la eficiencia de un sistema de iluminación horticultura en la conversión de energía eléctrica en PAR.

    Como recordatorio, la unidad para PPF es μmol / s, y la unidad para medir vatios es Joule por segundo (J / s), por lo tanto, los segundos en el numerador y el denominador se anulan y la unidad se convierte en μmol / J. Cuanto más alto sea este número, más eficiente será un sistema de iluminación para convertir energía eléctrica en fotones dentro del PAR.