Uso de la luz artificial en invernaderos mediterráneos

¿Por qué es interesante la iluminación artificial en invernaderos?

Las plantas necesitan luz para fotosintetizar y crecer. En el interior del invernadero, la luz solar es significativamente menor que en el exterior debido a la intercepción que ejerce el material de cubierta y la estructura. 

Además, como en el invernadero las plantas se suelen cultivar verticalmente, las hojas superiores sombrean a las inferiores y, aunque las de arriba se encuentren saturadas por luz, la parte baja del dosel no lo está. 

Por tanto, la luz resulta con frecuencia un factor limitante para el crecimiento vegetal, especialmente en el periodo de otoño-invierno.

La iluminación artificial permite aumentar considerablemente la producción y calidad de los cultivos de invernadero, al incrementar la cantidad de luz disponible para las plantas. 

Se trata de una tecnología ampliamente establecida en los invernaderos del norte de Europa que, sin embargo, ha tenido escasa repercusión, de momento, en los invernaderos mediterráneos.

De otra tecnología de la que hablamos en Plataforma Tierra relacionada con los invernaderos, es de los invernaderos solares de doble uso

Aumenta la producción y calidad de los cultivos de invernadero, al incrementar la cantidad de luz disponible para las plantas

¿Qué tecnologías de iluminación artificial se utilizan en invernaderos?

La tecnología de iluminación que tradicionalmente se emplea en invernaderos tecnificados es el ‘TopLighting’, en el que las luminarias se colocan sobre el cultivo y la iluminación incide sobre las hojas expuestas a la radiación solar. 

Más recientemente se ha desarrollado la tecnología denominada ‘InterLighting’, mediante la cual, la iluminación se focaliza en la parte media-baja de la planta.

¿Qué ventaja tiene el ‘InterLighting’ respecto al ‘TopLighting’?

La ventaja del ‘InterLighting’ es que, al iluminar los estratos inferiores de hojas (los cuales se encuentran fotolimitados al recibir mucha menos radiación solar que el ápice de las plantas), permite que el cultivo utilice la luz de manera más eficiente. 

Además, su uso puede extenderse durante un periodo mayor a lo largo del año en comparación con el ‘TopLighting’, debido al mayor déficit de luz existente en las hojas inferiores que en las superiores.

¿Qué tipos de luminarias se utilizan?

En el caso del ‘TopLighting’, las lámparas utilizadas tradicionalmente son de vapor de sodio, aunque en la actualidad existen luminarias provistas de diodos LED, que producen menos calor y, por tanto, son más eficientes en la generación de luz, lo que redunda en un ahorro energético en torno al 40 %. 

En el caso de la iluminación LED, resulta fundamental incluir en la luminaria una combinación estudiada de diferentes colores que conformen el espectro de emisión más adecuado para el proceso de fotosíntesis en cada tipo de cultivo y de acuerdo con los objetivos marcados.

En cuanto al ‘InterLighting’, esta se basa en el uso de luminarias LED lineales colocadas entre el dosel vegetal, con una radiación calorífica muy baja que resulta perfectamente tolerable por el cultivo. Para esta aplicación, las luminarias sólo incorporan diodos rojos y azules en una proporción adecuada, ya que otras longitudes de onda no son tan efectivas al incidir la luz directamente sobre los estratos inferiores de hojas.

Dada la escasa separación entre las filas pareadas de plantas, en el ‘InterLighting’ resulta necesaria la instalación de dos niveles de luminarias por cada línea de cultivo, con una separación entre ellas de unos 40 cm, con el fin de cubrir una zona suficientemente amplia de hojas en la parte media-baja del dosel.

¿Qué resultados se han obtenido con el uso de ‘InterLighting’ en invernaderos mediterráneos?

Fruto de la colaboración entre Signify y Fundación Cajamar, durante la campaña 2019/2020 se ha realizado una comparación entre un testigo calefactado y con aporte de CO2, y un tratamiento con ‘InterLighting’ (igualmente equipado con calefacción y CO2) en cultivo de tomate cherry pera. El ciclo de cultivo se extendió desde el 5 de septiembre hasta el 2 de junio, aunque la iluminación artificial se activó a partir del 12 de noviembre, una vez cubiertos suficientemente los dos niveles de luminarias.

El objetivo era no sólo aumentar la radiación global incidente sobre el dosel vegetal, sino también la duración del fotoperiodo, para lo cual era posible su activación desde varias horas antes del amanecer hasta una hora después del atardecer, siempre y cuando las condiciones de radiación y temperatura no resultasen limitantes. La intención era que la temperatura en el invernadero estuviese comprendida entre 16 y 28 °C para su activación, para lo cual se dispuso en el invernadero de un calefactor de aire caliente por combustión indirecta.

Durante la primera mitad de la noche se permitía el descenso térmico hasta un mínimo de 10°C, mientras que en la segunda mitad se programaba un aumento lineal de la consigna de temperatura. Esta estrategia de ahorro energético permitió mantener un equilibrio vegetativo/generativo del cultivo adecuado.

El uso de la iluminación artificial ‘InterLighting’ permitió manejar un 50 % más de densidad de plantación (de 2,9 a 4,3 tallos por m2) sin que se afectara el vigor del cultivo, lo que se tradujo en un incremento productivo en el global del ciclo del 23 % (20,4 kg por m2 en el tratamiento control frente a 25,1 kg por m2 en el de ‘InterLighting’).

¿Resulta rentable esta tecnología?

La activación de la iluminación artificial supuso un consumo eléctrico total de 114 kWh por m2. Teniendo en cuenta que el coste de inversión de la tecnología utilizada es de unos 45 € por m2 y que su vida útil puede establecerse en 20 años de acuerdo con las horas de funcionamiento alcanzadas, la amortización anual se cifra en 2,25 € por m2 y año.

En cuanto al coste de la potencia a contratar, este se estima en unos 3,9 € por m2 y año, considerando un total de 4800 lámparas por hectárea de una potencia nominal de 100 W.

Finalmente, el coste de la energía consumida se estima en unos 8,15 € por m2 en la campaña en base a una tarificación con discriminación horaria. Por tanto, el coste total anual se sitúa en 14,3 € por m2. Teniendo en cuenta que la diferencia de producción ha sido de 4,75 kg por m2, el precio de la producción a partir del cual resultaría de interés el uso de la luz artificial se sitúa en 3 € por kg.

En el caso de explotaciones con instalaciones de autogeneración de electricidad, que destinasen parte de los excedentes de producción al sistema de iluminación artificial, este coste se reduciría considerablemente y la tecnología estudiada podría ser rentable para cultivos de menor valor.

El objetivo para la campaña 2020/2021 es mejorar estos resultados mediante la optimización del manejo de la tecnología.