Balmadrid D.B., Mallorca J.N., Gerardo B.D., Medina R.P.
IoT-based LED Lighting System with Variable Pulsing Frequency and Dark Periods for Sunflower Microgreens
International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2023, 12, 136-143. DOI: 10.46338/ijetae0822_17
Le aziende che coltivano con il supporto dell’illuminazioni artificiale (in ambiente indoor o in serra) devono scegliere la tecnologia di illuminazione appropriata alle proprie condizioni strutturali/economiche e come gestirla. Attualmente i LED, per le loro caratteristiche, sono la tecnologia maggiormente scelta per fornire la radiazione fotosinteticamente attiva alle piante e i principali studi scientifici sulla gestione dei LED si concentrano sulla variazione del fotoperiodo, dello spettro e dell’intensità luminosa, per permettere un’ottimale crescita della coltura.
Oggi, il consumo energetico dei LED (pur essendo il più efficiente tra le tecnologie utilizzate) è tra i principali fattori limitanti la diffusione di questa tecnica colturale. Per limitare il consumo di energia elettrica alcuni ricercatori stanno proponendo l’applicazione della radiazione pulsante rispetto a quello continua. Tuttavia, la conoscenza sugli effetti della luce pulsante è ancora limitata; per questo, l’obiettivo del lavoro è stato quello di sviluppare un sistema di gestione dei LED basato sulla luce pulsante per un’ottimale coltivazione dei micro-ortaggi di girasole.
Ai fini della gestione climatica e dell’illuminazione artificiale nella camera di crescita sono stati utilizzati una serie di sensori collegati ad un microcontroller, per la ricezione dei dati e la produzione di output processati da computer mono-scheda, finalizzato alla gestione dei LED e dei ventilatori per la gestione del clima. Inoltre, il computer è stato collegato ad un cloud per la registrazione dei dati. Nei trattamenti LED oggetto dello studio è stata variata la frequenza di pulsazione da 500 hz a 2 khz e la durata del periodo buio da 2 a 20 secondi. È stato utilizzato lo spettro luminoso rosso + blu, mantenuto costante nei diversi trattamenti, come anche il PPFD impostato a 100 μmol m-2 s–1.
Dalla coltivazione in camera di crescita è emerso che i trattamenti luminosi con periodi di buio inferiori a 2 secondi e frequenze di pulsazione dei LED inferiori ai 2 khz determinano la massima superficie fogliare dei micro-ortaggi di girasole. Tuttavia, anche esponendo i micro-ortaggi a periodi di buio compresi tra 2 e 8 secondi e frequenze comprese tra i 350 e 1150 hz sono stati ottenuti accettabili valori di area fogliare. Inoltre, i micro-ortaggi con ipocotile più allungato sono stati ottenuti con i periodi di buio più corti, anche se è stato verificato che, a parità di durata del periodo di buio, un aumento della frequenza di pulsazione dei LED riduce l’allungamento dell’ipocotile. Ciò significa che, in funzione degli obiettivi di produttività della coltivazione, si potrebbero adottare periodi di buio più lunghi ed aumentando la frequenza di pulsazione non avere ricadute negative sulla produzione.
In successivi studi, la variazione dei periodi di buio e della frequenza di pulsazione dei LED dovrà essere studiata insieme alla variazione dello spettro e del PPFD ai fini dell’efficientamento energetico e produttivo.