Pannelli LED un’illuminazione spaziale

pannelli a led per l’illuminazione delle piante nello spazio. La NASA investe in ricerche per il sostentamento degli equipaggi durante le missioni spaziali.

dal blog actionmutant.net

LEDPer capire le dinamiche di funzionamento delle lampade a LED nella crescita delle piante si possono cercare utili informazioni negli studi effettuati dalla NASA sui supporti vitali avanzati per gli astronauti.

Il progetto di lunghi viaggi spaziali, come quello di portare l’uomo su Marte,  si scontra con la necessità di garantire all’equipaggio cibo ed aria fresca durante la permanenza nello spazio.

Le tradizionali lampade di crescita non sono un’opzione praticabile, visto l’elevato consumo di energia ed il calore emesso. Per questo motivo la ricerca di soluzioni alternative è orientata sempre di più verso sistemi che utilizzano pannelli a LED, che presentano notevoli vantaggi come efficienza energetica, spettro di emissione stabile, maggiore sicurezza, bassa emissione di calore, durata più lunga, piccole dimensioni.

Ho trovato del materiale molto interessante  negli archivi della “American Society for Gravitational and Space Biology” ed in particolare in queste 2 pubblicazioni da cui ho tratto la maggior parte delle informazioni di questo articolo:

Il programma “Advanced Life Support” (ASL) della NASA tratta anche lo sviluppo di colture per la produzione di cibo, in supporto alla vita umana in ambiente extraterrestre.
Per i motivi precedentemente descritti i LED si sono dimostrati la scelta ideale per l’illuminazione di camere di crescita, se rapportati con gli altri tipi di lampade. In particolare i LED rossi con una lunghezza d’onda di 640 nm si sono rivelati i più efficienti, in quanto la loro luce contribuisce per circa il 96% del processo di fotosintesi clorofilliana. Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse specie vegetali possono essere coltivate con successo con la luce dei LED, fra cui gli spinaci, la lattuga, il radicchio, il frumento e le patate. In generale, per una normale crescita, è richiesto anche il 15% di LED blu a 440 nm, che permette di equiparare la resa ottenuta, con colture cresciute con luce bianca.
Alcune ricerche hanno dimostrato la necessità di un’intensa luce blu nella fase iniziale di crescita per ridurre l’ allungamento dell’ipocotile.  E’ stato provato che anche una percentuale di luce verde può avere effetti benefici sulla crescita.
Lo “Specialized Center of Research and Trainingin Advanced Life Support (ALS NSCORT)” della NASA in collaborazione con “Orbital Technologies Corporation (ORBITEC)” hanno sviluppato un array riconfigurabile di pannelli a LED in grado di ridurre l’energia richiesta per crescere piante con luci elettriche.

Ogni pannello di LED è un quadrato di 6,25 cm² composto da 100 LED cosi suddivisi:

  • 64 LED rossi a 640 nm
  • 16 LED blu a 440 nm
  • 20 LED verdi a 540 nm + 2 fotodiodi

Le ridotte dimensioni del pannello e la vicinanza dei LED permettono di ottenere uno spettro emesso uniforme.
Dato che la corrente del circuito è controllata separatamente per ogni colore, sia il rapporto rossi/blu, che la loro intensità, possono essere modificati continuamente.
20 pannelli di questi pannelli a LED sono montati su un supporto lineare (array) lungo circa 65 cm. In cima ad esso è collocata una scatola elettrica che contiene 2 ventilatori utilizzati per aspirare l’aria dal basso verso l’alto del supporto. Questo metodo di rafreddamento permette alle piante di crescere vicino alla fonte di luce senza bruciarsi.

Come si può dedurre dalle pubblicazioni e dal disegno tecnico sopra riportato le dimensioni dei LED utilizzati sono estremamente piccole: i LED rossi sono disposti su 4 file da 16 LED e, se il lato del circuito stampato su cui sono montati misura 2,54cm di lato, il diametro di ogni singolo LED non supera 1,5 millimetri.

L’ array di pannelli LED generalmente è disposto verticalmente nella camera di crescita ed è predisposto in modo che i singoli pannelli possano essere accesi in sequenza iniziando con i pannelli bassi in modo da seguire la crescita verticale della pianta. In questo modo non viene sprecata energia, sopratutto nella fase iniziale di crescita in cui la pianta è di dimensioni ridotte, consentendo di accendere con il giusto livello di potenza solo i pannelli che servono per illuminare le foglie.
I fotodiodi montati su ogni pannello hanno lo scopo di rilevare la prossimità di elementi verdi (la pianta) in modo da poter gestire automaticamente l’accensione dei LED quando delle foglie sono posizionate davanti ad essi.

In alternativa alla configurazione verticale, gli array di pannelli possono essere anche disposti orizzontalmente uno accanto all’altro sopra le piante, formando cosi un unico grande pannello che fa da tetto alla camera di crescita.  Questa disposizione dei pannelli è l’ideale per illuminare la lattuga e il frumento nano. Non è però consigliabile per piante che si sviluppano in verticale come i fagioli, perchè è stato osservato che queste piante tendono a crescere molto nella parte alta dellla camera di crescita, vicino ai pannelli LED, producendo un raccolto minore rispetto all’utilizzo degli stessi array di LED disposti in verticale ed alimentati con lo stesso quantitativo di energia.

Spero che tutte queste informazioni possano allontanare ogni dubbio sulla reale efficacia delle lampade di crescita a LED ed essere di aiuto a chi, come me, ha intenzione costruirle e di sperimentarle in coltivazioni indoor.

dal blog actionmutant.net

3 Comments on this Post

  1. mondoled

    La piu grossa bufala che ho mai sentito sui led e’ sicuramente quella di usare i led verdi per far crescere le piante…la luce verde e’ l’unica non assorbita dalle piante perche esse stesse sono verdi percio’ la riflettono…per questo sono nate le torce a led verdi per entrare nelle ore notturne nella grow room senza dare loro fastidio….buona fortuna e non fate circolare bufale come queste che poi la gente ci crede!

  2. mondoled, noi abbiamo riportato il post dell’interessante blog Action Mutant, il cui autore si dedica in prima persona alla coltivazione di carnivore sotto luci led.
    Ti consiglio di andare a commentare sull’originale, linkato nel testo:
    http://www.actionmutant.net/coltivazione/lampade-di-crescita-a-led/led-per-illuminare-colture-nello-spazio/.
    In ogni caso visionando gli originali citati nel testo troverai che in un caso si parla di led verdi risultano montati ma non funzionanti, ma qui si dice testualmente che la luce verde ha un effetto positivo sulla crescita delle piante più fitte.
    Si cita però uno studio di Yun-mi Kim che a mio parere è stato male interpretato, e in definitiva concordo con la tua teoria, anche a me lascia perplessa l’idea della luce verde.

  3. Vorrei comunque ricordare, mondoled, che non si tratta di bufale ma dell’opinione di una persona che si sta dedicando ad un hobby, facendo del suo meglio per informarsi, e senza pretesa di insegnare nulla nessuno.
    Condividere idee ed esperienze non è un fatto negativo, seppure ci fossero degli errori.

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