1. Princípio técnico: As luzes LED da planta têm problemas com "frio" e "quente".
Os principais benefícios das luzes LED para plantas são que elas são muito precisas em termos de cor e consomem menos energia. As plantas usam principalmente luz vermelha (620–680nm) e luz azul (430–460nm) para a fotossíntese. As luzes LED, por outro lado, concentram a energia na região do pico de absorção da planta usando um chip de luz vermelha (660nm) e um chip de luz azul (460nm). Os LEDs são muito mais eficientes na conversão de luz em eletricidade do que as lâmpadas HPS, que realizam apenas 30% do trabalho. Por causa disso, é chamada de “fonte de luz fria”. A temperatura da superfície normalmente é inferior a 50 graus e, quando está próximo das lâminas (20–50 cm), não as queima. A taxa de utilização de energia luminosa chega a 95%, embora as lâmpadas HPS utilizem apenas 35%.
O termo “fonte de luz fria”, por outro lado, pode fazer parecer que gerenciar o calor é mais complicado do que realmente é. Mesmo que os LEDs não emitam muito calor diretamente, eles emitem cerca de 20% do calor residual quando transformam energia elétrica em luz. Por exemplo, uma luz LED de 12 watts tem uma potência de aproximadamente 10 watts e cerca de 8 watts seriam transformados em calor. Se o design de dissipação de calor não for bom o suficiente (por exemplo, se não for usado alumínio suficiente ou se a condutividade térmica for fraca), a temperatura da superfície da lâmpada pode ultrapassar 65 graus, o que causaria o acúmulo de calor em algumas áreas e encurtaria a vida útil e a estabilidade da fonte de luz. Além disso, as propriedades “frias” dos LEDs podem piorar a perda de calor do efeito estufa no inverno, quando as temperaturas são baixas no norte. Isto significa que é necessário mais aquecimento para manter a temperatura das culturas em crescimento.
2. Uso prático: um plano para que LED e HPS trabalhem juntos para fornecer luz extra
Em resposta à dificuldade de “frio” do LED, a indústria procurou uma forma de as lâmpadas LED e HPS trabalharem em conjunto para fornecer luz extra, o que levou a melhorias tanto na iluminação como na temperatura. Nas estufas do norte, o calor produzido pelas lâmpadas HPS é um “impulso fundamental”. O calor que emitem enquanto estão ligados pode aumentar a temperatura no interior da estufa, ao mesmo tempo que emite luz extra, o que reduz a quantidade de energia necessária para o aquecimento. As luzes LED usam menos energia em geral, o que mantém os custos baixos. Por exemplo, numa estufa em Shouguang, Shandong, que cultiva tomates, utilizando luzes LED e HPS para obter luz extra, reduziu o ciclo de crescimento em 5 a 7 dias, aumentou a produção em 15 a 20%, aumentou o teor de açúcar da fruta em 1 a 2 pontos percentuais e tornou a cor mais brilhante. Ao cultivar morangos, o calor do HPS e a luz vermelha e azul exata do LED podem aumentar a taxa de pega dos frutos em mais de 20%, o peso médio dos frutos em 10% e o tempo que leva para os frutos amadurecerem, facilitando a colheita e a venda.
A validade científica deste método colaborativo está enraizada no seu alinhamento preciso com os requisitos da cultura. As luzes LED podem mudar o espectro: os vegetais folhosos precisam de 30% de luz azul para produzir clorofila, as flores e frutas precisam de 70% de luz vermelha para acelerar o acúmulo de carboidratos e as plantas medicinais precisam de 10% de luz ultravioleta para aumentar o conteúdo de metabólitos secundários. O suplemento de calor nas lâmpadas HPS destina-se a funcionar no inverno frio do norte, onde as luzes LED por si só podem não aquecer o suficiente. Por exemplo, a fábrica integrada de armazenamento de luz no deserto de Ulan Buh, na Mongólia Interior, utiliza uma combinação de LED e bomba de calor de fonte subterrânea para armazenar 42 quilogramas de dióxido de carbono por metro quadrado a cada ano e economizar 40% nos gastos com energia.
3. Controlando a temperatura: uma maneira separada de melhorar as luzes LED das plantas
Mesmo quando a ajuda da luz HPS não é necessária, as luzes LED para plantas ainda podem obter um controle perfeito da temperatura por meio de melhorias tecnológicas. As principais partes de sua estratégia são:
Melhorando o design para dissipação de calor: A temperatura da superfície da lâmpada é mantida abaixo de 50 graus usando materiais com excelente condutividade térmica (como substratos de cobre) e estruturas de aletas de dissipação de calor. Por exemplo, o sistema Philips GrowWise utiliza tecnologia de refrigeração líquida para fazer com que os chips LED durem mais 50.000 horas e diminua os efeitos da radiação térmica nas colheitas.
Uma forma inteligente de controlar as luzes: Utilizando sensores e tecnologia IoT, altera automaticamente a intensidade e a relação espectral da luz dependendo do estágio de crescimento da cultura e da temperatura do ambiente. A "Lâmpada LED de cultura de tecidos de espectro ajustável" fabricada pela Universidade Agrícola de Nanjing, por exemplo, monitora a temperatura dentro da estufa em tempo real por meio de uma plataforma em nuvem. Ele reduz automaticamente a quantidade de luz azul quando a temperatura cai abaixo de 15 graus (a taxa de absorção de luz azul cai conforme a temperatura cai) e aumenta a quantidade de luz vermelha e vermelha extrema (730nm) para ajudar as culturas a expressarem genes resistentes ao frio-.
Disposição de iluminação por camadas: Em uma fazenda vertical, faixas de luz LED são colocadas acima de cada rack de cultivo e o espaço entre as camadas é de apenas 0,8 metros. O controle de temperatura em camadas aproveita ao máximo a área. Por exemplo, a camada superior da câmara de cultivo inteligente de Phalaenopsis na Fazenda Yuntai em Lianyungang emprega luz vermelha de alta-intensidade (800 μ mol/m ²/s) para estimular a floração, enquanto a camada inferior usa luz azul de baixa-intensidade (300 μ mol/m ²/s) para cultivar mudas. Um sistema de ar condicionado mantém a temperatura de cada camada em 25 graus e 20 graus, respectivamente. Isso encurta o ciclo de floração em 15 dias.
