Guía de colocación y cobertura de luces de cultivo: altura y PPFD

La distribución de las luces de cultivo debe evaluar conjuntamente la cantidad de luminarias, su separación, la altura de montaje, el tamaño del dosel, el solapamiento de cobertura y un mapa de PPFD al nivel del dosel. Una lectura central elevada no permite saber si los bordes y las esquinas reciben suficiente luz ni si la distribución presenta puntos calientes, pasillos poco iluminados o una uniformidad deficiente.

Esta guía se centra en la colocación y la cobertura. Si está eligiendo longitudes de onda o intentando comprender las respuestas de las plantas a la calidad de la luz, consulte nuestra guía sobre la ciencia del espectro de las luces LED de cultivo. Para planificar la sala que rodea el sistema de iluminación, utilice la guía de distribución de una sala de cultivo interior o la guía de planificación de la distribución de un invernadero.

Si busca un planificador de luces de cultivo o un espacio de trabajo visual para su colocación, consulte Garden Architect. Utilícelo para organizar la distribución y después verifique la cobertura con los datos de las luminarias y un mapa de PPFD al nivel del dosel.

Durante todo el proceso de planificación utilizará dos mediciones de luz:

• La densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) mide los fotones fotosintéticos que llegan cada segundo a un punto del dosel. Su unidad es µmol m⁻² s⁻¹.
• El integral de luz diaria (DLI) suma los fotones fotosintéticos que llegan a lo largo de un día. Su unidad es mol m⁻² d⁻¹.

La norma ANSI/ASABE sobre radiación para plantas define estas magnitudes. La PPFD describe el mapa en un momento determinado. El DLI relaciona esa intensidad con las horas de luz. Los vatios eléctricos no sustituyen ninguna de estas medidas porque describen la entrada eléctrica, no los fotones que llegan a las plantas.

Acción secundaria para usuarios existentes: Abrir Garden Architect

Índice

• Ajuste las luminarias a la superficie del dosel
• Defina la separación y el solapamiento de cobertura
• Solapamiento de cobertura de las luces de cultivo
• Interprete o elabore un mapa de PPFD
• Elija la altura de montaje
• Compruebe la uniformidad y la caída en los bordes

Ajuste las luminarias a la superficie del dosel

Una distribución útil de luces de cultivo comienza con la superficie plantada y un objetivo de PPFD o DLI específico para el cultivo. Termina con un mapa medido. Entre ambos puntos, se estima la cantidad de luminarias, se sitúan distribuciones reales de estas a una altura indicada, se comprueban el solapamiento y los límites y se revisa el diseño antes de considerarlo un plan operativo.

Reúna los datos antes de colocar las luminarias

Anote la anchura y la profundidad de la superficie plantada, no solo las dimensiones de la sala. Un pasillo, depósito, espacio de servicio o tramo no plantado de una bancada no debe recibir la misma consideración que el dosel del cultivo. Marque por separado cada superficie de dosel si las estanterías o bancadas se encuentran a distintas alturas.

A continuación, defina el plano previsto de la parte superior del dosel. La altura de montaje es la distancia desde la superficie emisora de luz hasta ese plano. Medir la altura de la sala no es suficiente porque las plantas crecerán hacia la luminaria. La distancia planificada debe contemplar la posición más cercana prevista del dosel, no solo la altura de las plántulas recién trasplantadas.

Elija un objetivo procedente de un registro de cultivo validado o de un estudio identificado sobre el cultivo. Evite utilizar un objetivo genérico para las «plantas de interior». El cultivo, el cultivar, la fase de crecimiento, la temperatura y el objetivo de producción pueden modificar el DLI o la PPFD útiles. Gavhane y sus colaboradores observaron que distintos fotoperiodos con la misma PPFD produjeron resultados diferentes en un sistema de lechuga iceberg. Walters y sus colaboradores comprobaron que las respuestas de las plantas aromáticas al DLI también variaban según el cultivo y la temperatura media diaria. Ertle y Kubota documentaron un equilibrio específico del cultivar entre el DLI al final del ciclo, la necrosis apical de la lechuga y el rendimiento.

Si su fuente proporciona el DLI y la luz funcionará con una potencia constante, convierta el DLI en PPFD media:

average PPFD = target DLI ÷ (light hours × 0.0036)

El cálculo inverso es:

DLI = average PPFD × light hours × 0.0036

La constante convierte micromoles por segundo en moles por día. Estas ecuaciones relacionan la PPFD y el fotoperiodo, pero no demuestran que dos combinaciones cualesquiera con el mismo DLI produzcan el mismo cultivo. La respuesta del cultivo también puede depender de la temperatura, el cultivar, la fase y el momento en que se aplica la luz.

Por ejemplo, una PPFD media de 240 µmol m⁻² s⁻¹ durante un fotoperiodo de 16 horas proporciona 13.82 mol m⁻² d⁻¹, que se redondea a un DLI de 14 mol m⁻² d⁻¹. Un valor de 300 µmol m⁻² s⁻¹ durante las mismas 16 horas proporciona 17.28 mol m⁻² d⁻¹, no 15. Por este motivo, la PPFD, el DLI y el fotoperiodo deben comprobarse como un conjunto antes de incorporarlos a la distribución.

Estime la cantidad de luminarias

Los datos necesarios de la luminaria son el flujo de fotones fotosintéticos (PPF), expresado en µmol s⁻¹, junto con una distribución espacial de intensidad o un mapa del dosel a una altura indicada. Una indicación comercial de cobertura que no especifique la altura, la superficie cartografiada y la PPFD objetivo no aporta información suficiente para diseñar la distribución.

Comience estimando el flujo de fotones que necesita la superficie plantada:

received photon flux needed =
target average PPFD × planted area

A continuación, tenga en cuenta la utilización de fotones, es decir, la fracción de los fotones emitidos por la luminaria que llega a la superficie objetivo:

initial fixture count =
received photon flux needed
÷ (fixture PPF × estimated photon utilance)

Redondee el resultado al alza hasta obtener una cantidad entera de luminarias. Balasus y sus colaboradores definen la utilización de fotones como el flujo de fotones recibido dividido entre el flujo de fotones emitido por el sistema de iluminación. El cálculo es una primera estimación basada en esa relación y en las magnitudes normalizadas de PPFD y PPF. No constituye un diseño fotométrico, y la hipótesis de utilización debe permanecer visible junto al resultado.

Considere una superficie plantada de 2 m² con una PPFD media objetivo de 220 µmol m⁻² s⁻¹. El dosel necesita un flujo de fotones recibido de 440 µmol s⁻¹. Si cada luminaria emite 300 µmol s⁻¹ y se supone una utilización de fotones de 0.70, la estimación es 440 ÷ 210 = 2.10 luminarias, por lo que la primera propuesta utiliza tres. El ejemplo no demuestra que tres luminarias alcancen el objetivo en todos los puntos. Sus distribuciones aún podrían crear un centro muy iluminado y bordes poco iluminados.

Convierta la estimación en una distribución

Coloque las luminarias estimadas sobre el contorno real del dosel. Utilice la distribución de intensidad del fabricante, el archivo IES o el mapa de PPFD correspondiente a la altura de montaje propuesta cuando esté disponible. Mantenga vinculados al plano todos los modelos de luminaria, ópticas, ajustes de regulación y orientaciones. Un mapa de otro modelo o de otra altura no es intercambiable.

Planifique para todo el dosel, en lugar de disponer los centros de las luminarias en una cuadrícula visualmente ordenada. Los puntos interiores suelen recibir luz de más luminarias vecinas que los puntos del perímetro. Harbick y Mattson describieron este fenómeno como un patrón de diana: el centro se vuelve más luminoso mientras los bordes y las esquinas permanecen más oscuros. En su distribución de ensayo optimizada desplazaron luz hacia el perímetro y modificaron la altura de las luminarias centrales. Utilizaron 16 luminarias en lugar de 20 y elevaron la uniformidad entre el mínimo y la media del 79% al 95%. Esos valores corresponden al sistema ensayado, pero el resultado muestra por qué una colocación basada en mediciones puede superar a una cuadrícula regular.

Utilice la primera distribución para responder a cuatro preguntas prácticas:

1. ¿Alcanza la PPFD media estimada el objetivo del cultivo?
2. ¿Deja la PPFD mínima alguna superficie plantada muy por debajo de ese objetivo?
3. ¿Revela la PPFD máxima algún punto caliente oculto por la media?
4. ¿Están incluidos los bordes y las esquinas en el cálculo?

Si alguna respuesta no está clara, el plan no está terminado. Ajuste la cantidad, la posición, la altura, la orientación o la regulación de las luminarias y vuelva a elaborar el mapa.

Punto de decisión: Consulte Garden Architect para situar las luces en el plan general del jardín. Utilice la escena para organizar las luminarias, las estanterías y las superficies plantadas y, después, confirme la cobertura mediante los datos de las luminarias y mediciones en el dosel.

Defina la separación y el solapamiento de cobertura

Separe las luces de cultivo comparando sus distribuciones de intensidad al nivel del dosel a la altura de montaje planificada. Desplace las luminarias adyacentes hasta que su solapamiento rellene el pasillo de PPFD baja entre ellas sin crear una franja excesivamente intensa. Incluya los bordes y las esquinas y verifique después la separación mediante un mapa completo de PPFD. No existe una distancia de separación independiente de la luminaria.

Empiece por el patrón del haz, no por la carcasa

La distancia entre las carcasas de las luminarias aporta poca información por sí sola. Dos luminarias lineales pueden tener distinta separación entre LED, óptica, potencia, longitud y distribución de intensidad. Por tanto, su separación útil puede diferir aunque sus dimensiones exteriores parezcan similares.

Comience con una sección transversal de los mapas de dos luminarias vecinas. Observe la PPFD directamente debajo de cada luminaria y en el punto medio entre ambas. Si el punto medio está muy por debajo del objetivo local, acerque las luminarias, elévelas para mezclar sus distribuciones, cambie su orientación o seleccione una distribución adecuada para la superficie. Si el punto medio se convierte en la franja más luminosa, separe las luminarias, bájelas o regúlelas, o revise la cantidad.

Utilice el contorno del dosel como límite para la prueba de separación. La primera luminaria no debe situarse por costumbre a media distancia entre centros respecto de una pared. Debe colocarse donde su distribución real ilumine el borde plantado sin enviar una proporción excesiva de su emisión fuera de la superficie objetivo.

Considere la altura y la separación como una sola decisión

Elevar una luminaria suele extender su distribución sobre una superficie mayor, pero también puede permitir que más fotones escapen más allá del límite plantado. Bajada, puede mejorar la captura de fotones y la intensidad, pero una luminaria con LED muy separados o haces locales estrechos puede mostrar franjas o huecos antes de que esos haces se mezclen.

Sheibani y sus colaboradores ensayaron una luminaria densa y regulable a 45, 35, 25 y 15 cm sobre un dosel de lechuga. Con una PPFD constante de 160 µmol m⁻² s⁻¹, el consumo energético durante los 15 días de cultivo descendió de 40 kWh a 45 cm a 20 kWh a 15 cm, sin diferencias significativas de biomasa en ese ensayo. Sin regulación, la PPFD aumentó de 160 a 480 µmol m⁻² s⁻¹ al desplazar la luminaria de 45 a 15 cm. Una luminaria anterior, con mayor separación entre sus elementos, no pudo utilizarse tan cerca porque sus haces no se mezclaban de manera uniforme.

Ese estudio respalda la iluminación próxima al dosel cuando la geometría y los controles de la luminaria lo permiten. No convierte 15 cm en una altura de suspensión general. Otro panel estudiado por Wong y Zhou adquirió mayor uniformidad al aumentar la distancia, salvo cuando los reflectores y las lentes modificaban la distribución. Ambos resultados son compatibles porque la separación entre elementos, la óptica, los reflectores, las dimensiones y la altura de la luminaria actúan conjuntamente.

Un método de separación que puede repetir

1. Dibuje el contorno plantado y la altura prevista del dosel.
2. Elija una altura de montaje candidata dentro de las condiciones de uso documentadas de la luminaria.
3. Importe o mida la distribución de la luminaria a esa altura.
4. Coloque las primeras luminarias y examine la PPFD del punto medio entre ellas.
5. Añada al mismo mapa los puntos del perímetro y de las esquinas.
6. Desplace las luminarias en incrementos pequeños y documentados.
7. Compare el mínimo, el máximo, la media y la uniformidad después de cada cambio.
8. Conserve la distribución que cumpla el objetivo en toda la superficie plantada con un equilibrio aceptable entre la cantidad de luminarias, la emisión y el escape de fotones.
9. Mida la disposición instalada antes de confiar en ella.

No copie como norma la separación entre centros de un estudio. Gavhane y sus colaboradores utilizaron cuatro tubos separados 15 cm en su propia estructura hidropónica vertical. Zou y sus colaboradores emplearon 12 tubos con una separación de 20 cm y después ajustaron sus ángulos basándose en un mapa de PPFD. Esas dimensiones describen sistemas de ensayo específicos. La enseñanza reproducible consiste en cartografiar, ajustar y medir.

Acción práctica: Consulte Garden Architect para colocar las luminarias candidatas y registrar su relación con la superficie plantada. Los usuarios existentes pueden después abrir la configuración, pero la disposición visual aún requiere una comprobación de la cobertura al nivel del dosel.

Solapamiento de cobertura de las luces de cultivo

El solapamiento de cobertura es la superficie en la que la luz de dos o más luminarias llega a los mismos puntos del dosel. Un solapamiento útil eleva los valles entre las luminarias hacia el objetivo del cultivo. Un solapamiento deficiente deja franjas o pasillos poco iluminados. Un solapamiento excesivo puede producir una banda central muy luminosa mientras el límite sigue recibiendo muy poca luz.

Interprete el solapamiento como una suma en todo el dosel

En cada punto del mapa, la PPFD es la suma de las aportaciones que llegan desde las luminarias cercanas. Harbick y Mattson modelizaron esta suma mediante datos de intensidad de las luminarias al nivel del dosel. Wong y Zhou también sumaron las aportaciones de fotones en toda la superficie objetivo cartografiada. Esto convierte el solapamiento en una cuestión mensurable de distribución y no en un porcentaje elegido de antemano.

Imagine dos huellas de luminarias idénticas. Directamente debajo de cada luminaria puede dominar una de las huellas. Cerca del punto medio, ambas contribuyen. En un borde exterior, solo una luminaria puede contribuir de manera importante y parte de su distribución puede quedar fuera de la superficie plantada. Por tanto, el centro puede alcanzar o superar el objetivo mientras el borde permanece poco iluminado.

Distinga cuatro términos en el plan:

• La huella de la luminaria es la distribución de PPFD de una luminaria a una altura y un ajuste indicados.
• El solapamiento de cobertura es la superficie donde se suman las distribuciones de luminarias vecinas.
• La caída en los bordes es la menor PPFD cerca de un límite porque contribuyen menos luminarias y algunos fotones abandonan la superficie plantada.
• La uniformidad es una estadística calculada a partir del mapa completo. No es una valoración visual basada en la simetría de las luminarias.

Corrija los valles sin crear un punto caliente

Cuando el mapa muestre un pasillo de baja intensidad entre luminarias, compruebe si la causa es la separación entre centros, la altura de montaje, la orientación de las luminarias o una distribución estrecha. Modifique una variable cada vez para poder identificar qué cambio ha mejorado el mapa.

Añadir luminarias puede rellenar el valle, pero la cantidad no es la única opción. Harbick y Mattson mejoraron su distribución de ensayo modificando la colocación y la altura, con menos luminarias que en la distribución regular. Zou y sus colaboradores cambiaron los ángulos de los tubos y repitieron las mediciones de la cuadrícula. Estos ejemplos respaldan los ajustes basados en mediciones frente a la adición de luminarias hasta que la media parezca suficientemente alta.

La regulación puede ayudar cuando toda la región central presenta valores altos mientras el perímetro se mantiene cerca del objetivo. Si regular todas las luminarias también reduce el perímetro por debajo del objetivo, cambie primero la geometría. Puede que deba desplazar las luminarias exteriores hacia el límite, modificar la altura de las luminarias centrales, utilizar zonas controladas de forma independiente o elegir una distribución que se ajuste mejor al dosel.

Las superficies laterales reflectantes son otro posible tratamiento de los límites. En la matriz personalizada modelizada por Wong y Zhou, los reflectores laterales redirigieron la luz que escapaba y modificaron tanto la irradiancia media como la uniformidad. Los reflectores no crean fotones. Redirigen parte de la luz que, de otro modo, no alcanzaría el objetivo. La mejora del estudio estaba vinculada a su reflector, lente, panel y distancia, por lo que no debe copiarse como una mejora universal del rendimiento.

Si añade material reflectante alrededor de una zona de cultivo real, tenga en cuenta en el diseño la circulación de aire, la humedad, la temperatura, la higiene, el acceso y la seguridad contra incendios. Sheibani y sus colaboradores observaron que las cortinas reflectantes no producían la misma respuesta del cultivo en todas las condiciones de PPFD ensayadas y podían obstaculizar la circulación de aire. Considere los límites reflectantes como una variable del sistema, no como una solución gratuita para una separación deficiente.

Compruebe el solapamiento a más de una altura del dosel

Un plan de luminarias puede parecer uniforme a la altura de trasplante y adquirir franjas cuando el dosel crece y se acerca. El intervalo útil depende de la geometría de la luminaria y de la altura prevista del cultivo.

Antes de la instalación, cartografíe la distancia más corta prevista entre la luminaria y el dosel si el software o los datos de la luminaria lo permiten. Después de la instalación, vuelva a comprobarla cuando la altura del dosel cambie lo suficiente como para alterar la distribución. Tanto la investigación sobre iluminación próxima al dosel como la realizada con matrices a corta distancia muestran que la relación entre altura, separación entre elementos, óptica y límites determina si las distribuciones se mezclan uniformemente.

Acción práctica: Consulte Garden Architect para comparar las posiciones candidatas de las luminarias dentro de la distribución completa. Marque las zonas de solapamiento previstas, las correcciones del perímetro y las hipótesis de altura para poder comprobarlas después de la instalación.

Interprete o elabore un mapa de PPFD

Un mapa de PPFD registra la intensidad luminosa en un conjunto regular de puntos al nivel del dosel en toda la superficie plantada. Debe incluir el perímetro y las esquinas y después indicar el mínimo, el máximo, la media y una métrica de uniformidad identificada. Utilice el mapa para localizar puntos calientes y zonas poco iluminadas, ajustar la distribución y repetir la medición.

Prepare la cuadrícula de medición

Realice todas las lecturas del sensor en el mismo plano de referencia. En un cultivo vivo, ese plano es la parte superior del dosel. En una instalación vacía, sostenga el sensor a la altura prevista del dosel. Registre la distancia vertical desde la superficie emisora de luz de la luminaria hasta ese plano.

Divida la superficie plantada en una cuadrícula regular. La cuadrícula debe ser lo bastante fina como para revelar los cambios entre las luminarias y cerca de los límites. No existe una cantidad universal de puntos porque un panel pequeño, una luminaria lineal larga, una sala y una estantería de varios niveles tienen escalas espaciales diferentes.

Las cuadrículas de investigación muestran cómo se adaptan los métodos al sistema. Zou y sus colaboradores midieron 63 puntos en una cuadrícula de nueve por siete, 30 cm por debajo de 12 tubos LED. Wong y Zhou midieron un panel de 88 cm por 54 cm en una cuadrícula de 32 por 28 a una distancia de 15 cm. Harbick y Mattson calcularon puntos al nivel del dosel a partir de datos IES y después comprobaron la predicción con un sensor cuántico. Son métodos de estudio, no plantillas obligatorias para todas las salas de cultivo.

Incluya siempre:

• Las cuatro esquinas de cada rectángulo plantado
• Puntos a lo largo de todos los bordes plantados
• Puntos situados directamente debajo de luminarias representativas
• Puntos medios entre luminarias vecinas
• Cualquier junta, franja, sombra o cambio visible en la geometría de montaje

No elimine una esquina con un valor bajo porque reduzca la media. Las lecturas de bordes y esquinas suelen revelar el problema de cobertura que una lectura central no detecta. Harbick y Mattson, Sheibani y sus colaboradores y Zou y sus colaboradores documentaron pérdidas en los límites o valores más bajos en los bordes de sus respectivos sistemas.

Mida en condiciones controladas

Utilice un sensor cuántico para recopilar las lecturas de PPFD al nivel del dosel, como hicieron los estudios de Gavhane y sus colaboradores, Harbick y Mattson y Zou y sus colaboradores. Mantenga constantes la posición del sensor y la emisión de las luminarias en toda la cuadrícula para que cada punto pertenezca al mismo mapa.

Registre con las lecturas el modelo de luminaria, la altura de montaje, la orientación, el ajuste de emisión, la separación de la cuadrícula, la fecha y el estado del dosel. Estos datos permiten reproducir el mapa después de modificar la distribución o la altura del dosel.

Si un programa genera el mapa a partir de datos del fabricante, identifíquelo como calculado. Sigue siendo necesario elaborar un mapa de la instalación porque las posiciones reales de las luminarias, las tolerancias de montaje, las paredes, las estanterías y la altura del dosel pueden diferir del diseño. Harbick y Mattson indicaron que sus lecturas con un sensor cuántico coincidieron con la PPFD calculada del dosel dentro de un margen de 2 µmol m⁻² s⁻¹, pero esa concordancia fue el resultado de un procedimiento fotométrico y de medición específico.

Calcule las estadísticas del mapa

Sume todos los valores de la cuadrícula y divídalos entre la cantidad de puntos para obtener la PPFD media. Registre por separado las lecturas más baja y más alta. A continuación, indique la ecuación utilizada para la uniformidad.

Para una comprobación de la distribución fácil de entender, utilice la uniformidad entre el mínimo y la media:

minimum-to-average uniformity =
minimum PPFD ÷ average PPFD

Si el mínimo es 170 µmol m⁻² s⁻¹ y la media es 200 µmol m⁻² s⁻¹, la uniformidad entre el mínimo y la media es 0.85, o 85%. Una segunda distribución con la misma media podría tener un mínimo de 100 y un máximo de 300. Su media por sí sola ocultaría tanto la zona poco iluminada como el punto caliente.

«Uniformidad» resulta ambiguo sin la fórmula. Harbick y Mattson indicaron varias medidas, entre ellas mínimo-media, mínimo-máximo, media-máximo, desviación absoluta media y desviación estándar. Wong y Zhou definieron la uniformidad como el mínimo dividido entre la media para su trabajo. Indique la métrica elegida cada vez que compare mapas.

No aplique un único umbral de apto o no apto a todos los cultivos. Zou y sus colaboradores exigieron al menos un 80% de uniformidad entre el mínimo y la media como control experimental. Wong y Zhou diseñaron matrices específicas para alcanzar al menos 0.70 e indicaron valores superiores a 0.80 en algunas configuraciones. Esos umbrales corresponden a los diseños de los estudios. Su nivel de aceptación debe ajustarse al cultivo, la luminaria, la tolerancia de producción, el método de medición y la norma de diseño aplicable.

Utilice un ciclo de cartografiado y ajuste

El color puede facilitar la lectura del mapa, pero mantenga visibles los valores. Un gradiente de color suave puede ocultar un punto bajo estrecho si la cuadrícula es demasiado gruesa. Lea primero los números y utilice después la visualización para localizar patrones.

Clasifique cada problema antes de desplazar las luminarias:

• Un punto caliente central sugiere una aportación excesiva en el interior respecto al límite.
• Un pasillo poco iluminado sugiere una mezcla insuficiente entre distribuciones vecinas.
• Un perímetro poco iluminado sugiere que hay pocas aportaciones en el borde o un escape excesivo de fotones.
• Un mapa con franjas puede indicar una altura de montaje baja para la separación u orientación de los LED de la luminaria.
• Un punto bajo aislado puede deberse a una sombra, un error de medición o una obstrucción local y debe volver a medirse.

Cambie una variable, repita toda la cuadrícula y compare las estadísticas en las mismas condiciones. Conserve el mapa anterior. El registro del antes y el después muestra si el ajuste corrigió la zona más débil o trasladó el problema a otro lugar.

Acción práctica: Consulte Garden Architect para mantener el mapa de PPFD vinculado a la disposición física de las luces y las superficies plantadas. El planificador organiza la distribución; su cuadrícula medida determina si la cobertura funciona.

Elija la altura de montaje

La altura de montaje modifica al mismo tiempo la intensidad, la mezcla de los haces, la captura de fotones y la pérdida en los bordes. Una luminaria más baja puede reducir el escape y el consumo energético si su distribución se mantiene uniforme, pero también puede revelar huecos o puntos calientes. Elija la altura junto con la distribución de las luminarias y después compare los mapas del dosel a la distancia mínima prevista del cultivo.

Por qué una menor distancia no siempre es mejor

Acercar una luminaria suele aumentar la PPFD en los puntos situados debajo cuando la emisión se mantiene constante. El efecto sobre todo el dosel depende del tamaño de la luminaria, la separación entre LED, la óptica, la orientación y los límites. Las barras y los paneles extensos situados a corta distancia no deben tratarse como fuentes puntuales ideales, por lo que la ley del inverso del cuadrado no constituye una regla de diseño exacta para todas las luminarias.

El estudio de Sheibani y sus colaboradores sobre lechuga con iluminación próxima al dosel mostró el posible beneficio. Con una luminaria densa regulada para mantener 160 µmol m⁻² s⁻¹, reducir la distancia entre la luminaria y el dosel de 45 cm a 15 cm disminuyó a la mitad el consumo energético de iluminación registrado durante el ciclo de 15 días. Los mismos investigadores descartaron una primera luminaria con elementos muy separados para su uso a corta distancia porque no producía suficiente solapamiento de los haces.

Wong y Zhou lograron una uniformidad elevada a corta distancia con una combinación personalizada de separación entre LED, lentes y reflectores laterales. El resultado de un diseño superó una uniformidad de 0.80 cuando la distancia entre los LED y el dosel era la mitad de la separación ensayada de la matriz. Esa proporción se aplica al diseño de su panel. No es una fórmula general de montaje.

Estos estudios apuntan a una regla condicional: baje la luminaria únicamente mientras toda la superficie plantada permanezca dentro de los límites aceptados del mapa. Si el mínimo desciende, aparecen franjas o el máximo aumenta demasiado por encima del objetivo, la luminaria está demasiado cerca para esa geometría y ese ajuste de emisión.

Por qué una mayor altura no siempre aporta más uniformidad

Una mayor distancia puede ayudar a mezclar los haces vecinos, pero también puede dispersar fotones más allá del límite del cultivo. Un mapa puede parecer más uniforme mientras disminuye la utilización de fotones. Elevar la luz y aumentar la potencia para recuperar la PPFD media puede, por tanto, intercambiar mezcla espacial por un mayor escape y consumo energético.

El contorno del dosel es importante en este punto. Una gran superficie objetivo bajo una luminaria amplia puede capturar una fracción de los fotones emitidos distinta de la que captura una bancada estrecha bajo la misma luminaria. Balasus y sus colaboradores demostraron que la utilización de fotones cambia con la superficie objetivo efectiva. Sheibani y sus colaboradores observaron un mayor escape de fotones cerca de los bordes de la bancada al aumentar la separación.

Por tanto, la uniformidad debe interpretarse junto con el mínimo, el máximo, la media y la emisión necesaria para producirlos. Una distribución con una buena proporción pero una media inferior al objetivo del cultivo sigue teniendo una iluminación insuficiente. Una distribución con una buena media pero un mínimo deficiente sigue dejando rezagada una parte del cultivo. Una distribución que solo cumple ambos valores con un ajuste de potencia poco práctico puede necesitar una geometría distinta o una luminaria más adecuada.

Defina la altura instalada

Utilice esta secuencia para tomar la decisión final sobre la altura:

1. Defina las posiciones más cercana y más alejada previstas del dosel.
2. Obtenga o cree distribuciones de la luminaria a distancias candidatas dentro de ese intervalo.
3. Compare la PPFD media, la PPFD mínima, la PPFD máxima, la uniformidad entre el mínimo y la media y la utilización estimada de fotones.
4. Compruebe el escape de fotones en el perímetro y las bandas calientes en el interior.
5. Confirme que la luminaria pueda regularse o dividirse en zonas si la posición más cercana del dosel eleva la PPFD por encima del plan.
6. Elija un sistema de montaje capaz de mantener de forma constante la distancia prevista.
7. Mida el mapa instalado al nivel del dosel.
8. Vuelva a comprobarlo después de un crecimiento significativo del dosel o de un cambio en la posición de las luminarias.

Mantenga la respuesta del cultivo separada del rendimiento de la distribución. En un sistema de lechuga iceberg, Gavhane y sus colaboradores observaron el mayor peso fresco y la mayor eficiencia en el uso de recursos con un DLI de 11.5 mol m⁻² d⁻¹ bajo 200 µmol m⁻² s⁻¹ durante 16 horas. Un DLI superior de 14.4 en el mismo ensayo redujo varias medidas de crecimiento. Zou y sus colaboradores recomendaron niveles de PPFD diferentes para dos cultivares de lechuga ensayados basándose en los equilibrios entre rendimiento y energía. Estos valores son ejemplos de resultados específicos del cultivar y del sistema, no objetivos para todas las lechugas.

Compruebe la uniformidad y la caída en los bordes

La comprobación final debe incluir el mínimo, el máximo y la media del dosel, además de una métrica de uniformidad identificada, como la PPFD mínima dividida entre la PPFD media. Examine por separado las esquinas y los bordes plantados porque esos puntos reciben aportaciones de menos luminarias y pueden permanecer poco iluminados mientras el centro alcanza el objetivo.

La distribución final debe responder a una pregunta sencilla: ¿pueden las luminarias instaladas mantener toda la superficie plantada dentro del plan del cultivo desde la posición más alejada hasta la más cercana prevista del dosel? Si no es así, revise la altura, la separación, las zonas de emisión, la elección de luminarias o el límite plantado y vuelva a medir.

Acción de decisión: Consulte Garden Architect para colocar las luces seleccionadas, registrar la altura planificada y comprobar cómo encajan con las estanterías, las bancadas y las zonas plantadas. Los usuarios existentes pueden abrir Garden Architect como paso secundario. Conserve el mapa de PPFD con el proyecto para mantener conectados el dibujo y el resultado medido.