LED vs. HID

Esta es la tecnología líder en horticultura de interior hoy en día, pero hay un nuevo campeón en crecimiento – los LED están bien posicionados para asumir el papel de liderazgo en este mercado a medida que avanzamos en el siglo XXI.

HID se refiere a una clase de lámparas de descarga de gas que incluyen sodio de alta y baja presión (HPS), vapor de mercurio (MV) y haluro metálico (MH). Sus eficiencias comparativamente altas y su larga vida útil les han permitido dominar la iluminación comercial y la industria de la iluminación hortícola durante casi medio siglo. Y aunque ha habido mejoras significativas tanto en HPS como en MH en la última década, el advenimiento de los sistemas LED de alta potencia supone el fin de su dominio por varias razones:

1) Eficiencia luminosa – lúmenes por vatio

En términos de lúmenes por vatio, las luces HPS de doble final de hoy son bastante eficientes en comparación con otros tipos de iluminación artificial tradicional, produciendo más de 100 lúmenes por vatio.

Sin embargo, cuando consideramos los LED, la salida de luz ya ha superado los 300 lúmenes por vatio en el laboratorio. Al igual que la mayoría de la electrónica, los LEDs continúan aumentando en eficiencia y disminuyendo el costo por lumen de la salida.

Si por ninguna otra razón, esta ganancia en la eficacia eventualmente deletreará el final de la más viejo de las tecnologías del bulbo tales como iluminación HID. LEDs son claramente la tecnología de iluminación del futuro.

2) Eficiencia del reflector – cada rebote pierde luz

El proceso de creación de luz con lámparas HID es extremadamente eficiente, con las lámparas HPS DE funcionando tan alto como 1.7umol / j (#photons salientes / joules de energía entrantes). Pero el proceso de dirigir esa luz hacia el área donde se usará no es tan eficiente, ya que requiere un dispositivo reflector. Los mejores materiales reflectantes utilizados en los aparatos funcionan alrededor del 95% de reflectividad total. Esto significa que cada vez que la luz golpea esa superficie, el 95% se refleja y el 5% absorbe y se convierte en calor. Cuanto más se aleja una fuente de luz (lámpara) de una verdadera “fuente puntual”, más difícil será diseñar un dispositivo reflector que extraiga todos los fotones de la luminaria en una sola reflexión. Con una gran fuente de luz difusa como una lámpara HID, a menudo pueden ser muchas reflexiones, y con cada reflexión se pierde al menos un 5%. Así que incluso los mejores aparatos HID suelen tener una eficiencia global del dispositivo de 85% o menos. Esto significa que una calificación de 1,7 mmol / joules de una lámpara DE HPS es efectivamente de 1,45 mmol / joules cuando se dirige realmente hacia el objeto a iluminar.

Dado que los LED son direccionales, no requieren reflectores y por lo tanto no tienen esta limitación.

3) Degradación de la lámpara e inestabilidad espectral – frecuentes cambios de bulbo

La salida de lámparas HID puede degradarse hasta un 10-15% después de sólo un año de funcionamiento, y en el caso de HPS, a medida que se degradan, el espectro se desplaza hacia el rango Verde / Amarillo, que es el rango de espectro más pobre utilizado por las plantas. Por lo tanto, la mayoría de los cultivadores profesionales reemplazan sus lámparas HID un mínimo de una vez al año y muchos incluso las reemplazan cada 2 cosechas, con gastos significativos de la lámpara en curso y del trabajo (más comúnmente pasado por alto).

Los LEDs están calificados por al menos 50.000 horas con menos de un 10% de caída en la salida y, a menudo, continúan funcionando mucho más allá de su clasificación con poco o ningún cambio en el espectro.

4) Lámparas Calientes e Infra-Rojo (IR) – amplios requisitos de enfriamiento

Las lámparas HID tienen una temperatura de pared interior de alrededor de 400 grados centígrados, por lo que pueden ser peligros de incendio potencial si no se aplica y se enfría adecuadamente. Muchos códigos de seguridad de las ciudades y los condados están comenzando a prohibir el uso de sistemas HID en interiores residenciales debido al aumento dramático en “fuegos del armario”. Aproximadamente el 75% de toda la energía consumida por una lámpara HID se emite como calor, y la mayor parte de ese calor es en forma de radiación infrarroja (IR). Así que no sólo los sistemas HID requieren un aire acondicionado significativo, sino que los altos niveles de IR calientan las hojas sin elevar la temperatura del aire, y este diferencial puede causar estrés térmico localizado, cola de zorro y otros problemas relacionados con el calor incluso cuando el aire ambiente la temperatura está en un rango seguro.

Los LED típicamente emiten un 50% menos de calor en su cabeza en comparación con los HID. Además, la mayor parte del calor de los LEDs se genera desde la parte posterior de las placas de circuito y se pasa a los disipadores de calor en lugar de irradiarlo hacia las plantas.

5) Salida de espectro fijo de HID – no es ideal para plantas

Las plantas absorben la luz y utilizan la energía de los fotones para quitar el hidrógeno del agua y combinarlo con el carbono del dióxido de carbono en el aire (combinado con cantidades relativamente pequeñas de minerales del suelo) para crear la materia vegetal. Tienen varios pigmentos que pueden absorber la luz y alimentar los procesos de la planta, pero lejos y mas prevalecientemente el pigmento más frecuente y eficiente para la fotosíntesis es clorofila.

Espectro y fotosíntesis

Como se puede ver en este gráfico, hay dos formas de Clorofila llamada Clorofila A y Clorofila B. Cada una tiene picos de absorción en los espectros Rojo y Azul, y ambos reflejan amarillo y verde, dando a las plantas su color verde, por lo que mientras las bandas verde / amarillo pueden ser absorbidas por otros pigmentos como los Carotenoides, más del 50% de este espectro se refleja y / o se utiliza mal.

Este gráfico muestra la absorción de la planta a lo largo del espectro PAR. Como se puede ver, la absorción alrededor del límite verde / amarillo es tan baja como 30% y desde 620 (rango / límite rojo) hasta 520 (límite Azul / Verde) es completamente inferior al 50%. Hay otros pigmentos además de la clorofila que pueden absorber y utilizar esta gama del espectro pero son lejos menos eficientes y localizados típicamente más profundos en la hoja porque consiguen la mayor parte de sus fotones de la luz que se refleja desde las hojas y rebotes en lo más profundo en el yema terminal y es absorbido por el fondo de las hojas.

Esta es una gráfica de un espectro típico de HPS. Usted puede ver en estos gráficos que la mayoría del espectro HPS realmente cae en la región de menor absorción de la planta. Las nuevas lámparas HPS de doble extremo funcionan a presiones más altas y por lo tanto producen un poco más en la región casi roja, pero su utilización fotosintética global ha mejorado sólo un 10-15% con respecto a la lámpara SE tradicional

Espectro de haluro metálico (MH, CMH)

El haluro metálico difiere del HPS en el hecho de que las bandas del espectro son generadas por haluros metálicos individuales, por ejemplo un haluro verde, un haluro azul y un haluro rojo, que se convierten en gas y emiten luz cuando se calientan. Por lo tanto, el espectro MH puede mezclarse de forma similar a los Fósforos en lámparas fluorescentes o LEDs. Pero las eficiencias de los haluros individuales varían y los haluros rojos son los menos eficientes, más caros y más reactivos, es decir, de vida más corta. Por lo tanto, las lámparas de halogenuros metálicos han favorecido tradicionalmente el extremo azul del espectro, ya que a medida que la luz de la lámpara se pone más “caliente” en color, es decir, genera más rojo, se vuelven menos eficientes, más caros y se degradan más rápidamente. Y como se puede ver en los gráficos que todavía producen cantidades mínimas de rojo muy al pico critico de 675nm de Clorofila A. Así, históricamente, las lámparas de halogenuros metálicos, incluso las nuevas y altamente promocionadas lámparas de metal de los halogenuros metálicos se han utilizado principalmente para las fases de vegetación de crecimiento, donde el espectro rojo es menos importante, y posiblemente durante las últimas 2 semanas de maduración.

Los LEDs son la única tecnología de iluminación que puede ser diseñada para cumplir espectros de luz específicos para las plantas.

Rendimiento del LED

Los chips de LED individuales producen bandas de espectro muy estrechas, por lo que las luces de crecimiento LED pueden mezclarse con precisión para ofrecer un espectro optimizado para la máxima absorción y utilización de la planta.

Y es esta capacidad de entregar exactamente aquellas frecuencias que la planta usa mejor, y todas con eficiencias muy altas, que permiten a la generación más reciente de luces de crecimiento LED de primer nivel ofrecer rendimientos comparables y, a menudo, calidad superior a la producida por lámparas HID Con un 30-40% menos de potencia de entrada.

LEDs blancos

No hay tal cosa como un LED “blanco”. Los “paquetes” de LED blancos vienen en 2 formas, primero y menos común es un paquete que pone un chip de LED rojo, uno verde y uno azul juntos en un dispositivo con la mezcla de 3 chips a blanco. Pero los LEDs verdes son caros e ineficientes, por lo que los LED “blancos” más comunes son un sistema híbrido compuesto por un chip LED azul con una lente primaria recubierta de fósforo. Así que en realidad son una lámpara fluorescente en miniatura, excepto que en lugar de usar la luz UV y azul de vapor de mercurio para estimular los fósforos, utilizan la luz de un LED azul.

Los LEDs blancos son bastante eficientes, ya que a pesar de que hay pérdidas de conversión al usar fósforos, los LEDs azules son los LED más eficientes actualmente disponibles. Así que la eficiencia general de los LEDs blancos cae justo en el medio entre los LEDs azul y rojo. Pero los LEDs blancos sufren la misma limitación que los fluorescentes, es decir, que los fósforos rojos son menos eficientes, por lo que los LED blancos tienden a ser más eficientes que los “blancos más fríos” o más azules dominantes. Y para ser verdaderamente “blancos” todavía necesitan producir una cantidad significativa de espectro verde, y todo a tasas de utilización <50%. Por lo tanto, en general, los LED blancos son más adecuados para las fases de crecimiento de la vegetación que para la floración, lo que favorece los espectros Rojos para rendimientos óptimos. Pero más sobre eso más tarde.

Híbrido de espectro LED de

Los mejores diseños LED para la floración (incluidos los productos de California LightWorks) utilizan un enfoque llamado Spectrum híbrido . En este diseño, la mayor parte de la salida de luz se genera en 4 bandas de espectro que se alinean con los 4 picos de clorofila, y luego un porcentaje menor, usualmente alrededor del 10-20% es proporcionado por LEDs blancos (el tipo con los fósforos). Los LEDs blancos proporcionan aproximadamente el 30% de su luz en el espectro medio de verde / amarillo para suministrar actividad fotosintética a los otros pigmentos, como el sistema carotinoide, así como proporcionar luz de espectro completo para facilitar la inspección de la planta sin los lentes LED verdes.

Todos los productor California LightWorks incorporan el “estado del arte” de la Plataforma de LED hortícola Osram en este enfoque híbrido. La plataforma Osram SSL tiene 5 extremadamente altos de eficiencia LED de 3w:   Deep Blue (azul pico de la Clorofila A), azul (azul pico de la clorofila B), blanco (RGB), rojo (rojo pico de la Clorofila B) y rojo lejano (FR pico de la Clorofila A). Toda la familia de LEDs SSL tiene sustratos cerámicos de vanguardia para una conductividad térmica superior y estabilidad mecánica. La conductividad del calor del sustrato es la clave a la eficacia y la vida del LED y este nuevo material de cerámica es lejos muy superior a los sustratos plásticos más viejos todavía en uso común en la mayoría de nuestros sistemas de LED de la competencia hortícola.

Diseño de una planta con luz – Photomorphogenesis

El proceso previamente discutido de absorción de luz y utilización en plantas es muy bien entendido en relación con la producción de energía de planta total. Pero los efectos que el espectro tiene sobre la morfología de las plantas (cambios en las características de las plantas como el tamaño de las hojas y el tallo, la forma de las plantas, etc.) son mucho menos claros, pero algunos principios básicos son bien comprendidos y el efecto de la luz sobre la morfología de las plantas. Denominada “fotomorfogénesis”.

Un aspecto de fotomorfogénesis que tiene apoyo de investigación significativo es la respuesta de estirado de sombra. La luz sombra tiene una mayor proporción de rojo lejano (FR) que se encuentra en la luz solar directa, así que si la proporción  de rojo lejano (FR) al rojo (R) supera cierto umbral, muchas variedades de planta comenzará a estirarse en una esfuerzo por elevarse por encima de la yema de sus competidores.

Otro ejemplo bien conocido de la fotomorfogénesis son las respuestas de las flores al día corto (y día largo), donde la proporción de las horas de absorción de rojo vs horas de oscuridad desencadena la floración. La familia del Cannabis son plantas con flores de día corto.

Aunque hay pocos datos reales de investigación de universidades sobre los efectos morfogénicos de las variaciones en la proporción de rojos vs azules en Cannabis específicamente, los efectos básicos son bastante bien entendidos.

• Una mayor proporción (> 60%) de Rojo en la mezcla de espectro tiende a promover el tallo y la producción de flores en Cannabis y muchas otras plantas.
• Una mayor proporción (> 40%) de la luz azul promueve la producción de hojas, resinas y terpenos (fragancias), así como estimular otros pigmentos que pueden producir colores más pronunciados en las flores.

Una vez más, esto se conoce a partir de los resultados de varios estudios con otras plantas, así como de la experiencia en los círculos profesionales de cannabis, pero no se han hecho pruebas formales con cannabis en este sentido a este conocimiento de los autores.

Un ejemplo práctico del efecto de las proporciones rojas más altas se puede encontrar en la diferencia entre cannabis de interior bajo HPS, y cannabis al aire libre o invernadero. La flor de interior (HPS) tiende a ser más densa, con menos hojas en las flores (azucaradas). Las hojas de la flor son literalmente sólo pequeñas hojas que se extienden desde las flores. Flores de cultivos al aire libre o invernadero tienden a ser menos densas, y tiene significativamente más y más grandes hojas de la flor.
Este efecto ha resultado literalmente en un diferencial de 2 veces en el valor del producto final, con las flores de interior siendo en Colorado las que se venden dos veces el precio de las flores al aire libre. Esto mismo ha ocurrido en California durante una década. Y es importante recordar, esto es cierto incluso con todos los otros factores, es decir, la temperatura, los nutrientes, el suelo, etc., se mantiene igual. El valor de mercado es todavía 50% menos para el exterior, y la única diferencia es que la luz solar tiene una proporción significativamente mayor de azul a rojo en comparación con HPS. La fragancia y la producción de resina en exteriores siguen siendo muy buenas, pero el atractivo general en el estante está dramáticamente ausente. Y entienda, esto no es un juicio sobre la calidad o la efectividad o interior vs. exterior, sólo en la diferencia bien definida en el valor de mercado. Mucha gente va a sugerir al aire libre es mejor, pero la gente está dispuesta a pagar sustancialmente más para un mejor flor cosméticamente hablando.

Los productores maestros desde California a Canadá también han descubierto que el cambio a las lámparas de haluro de metal ricas en azul durante las últimas 2 semanas de flor estimula significativamente la producción de resina y terpeno en Cannabis. No es una práctica común sin embargo, porque es una molestia importante para cambiar las lámparas HID en los accesorios (especialmente los ventilados) sobre las cimas de una yema de floración casi terminado. Afortunadamente, con los sistemas LED de California LightWorks, es tan fácil como presionar un interruptor (en el caso del SS440 / 880) o una pantalla táctil (en el caso del 550) ajustar el espectro para períodos de crecimiento de forma independiente y usar fotomorfogénesis a su favor. Y las mezclas de espectro completamente personalizadas para los períodos Veg, Pre-flower, Flower y especialmente “Ripen” están a sólo unas pocas pulsaciones del teclado con el controlador SolarSystem 550 programable.

Así, sólo el enfoque híbrido LED con control de espectro independiente le permite adaptar la mezcla de espectro no sólo para aumentar la eficiencia, sino también para controlar eficazmente el crecimiento de las plantas (morfología) y, en consecuencia, el rendimiento y la calidad del producto final.

UVB

En 1983, la Universidad de Maryland realizó un estudio para medir los cambios en los niveles de THC (y CBD) de plantas de Cannabis Sativa cultivadas en interiores bajo HPS vs. plantas idénticas en interiores bajo HPS, pero suplementadas con 4 niveles diferentes de luz UVB suministrada por vapor de mercurio Basado UVB. Los niveles de UVB oscilaron desde cero (0) UVB en el extremo inferior, a niveles de sol ecuatorial UVB en el extremo superior, y un par de incrementos entre medio.

Los resultados fueron bastante notables. Las plantas Cannabis Sativa basales sin UVB midieron el 25% de THC. Las plantas a nivel del sol ecuatorial UVB midieron 33% de THC. Eso es más de un aumento del 30% en los niveles de THC por sólo complementar la luz UVB a lo largo del ciclo de crecimiento (CBD niveles no ha cambiado).

Este estudio fue lo que llevó a California LightWorks a ser la primera y única compañía de luz LED para integrar lámparas UVB de vapor de mercurio en su línea de luz de crecimiento solar SolarStorm con gran éxito. No deje que nuestro competidor le engañe con las afirmaciones de “UV” en sus productos suministrados por LEDs. Los LED UV son EXTREMADAMENTE caros e ineficaces, y completamente imprácticos para su uso en luces de crecimiento. Los UV a los que nuestros competidores se refieren son UVA, NO UVB, y se proporciona en CUALQUIER lámpara LED que utiliza los LEDs Deep Blue porque el extremo muy bajo de la banda de espectro Deep Blue se superpone ligeramente en lo más alto de lo que se considera el rango UVA . Esto les ha permitido reclamar sin artificio que sus accesorios suministran “UV”. Pero entiendo, es sólo UVA, y sólo en cantidades minúsculas que no tendrán absolutamente ningún efecto medible sobre los niveles de THC. El vapor de mercurio es el único sistema legítimo para la suplementación de UVB disponible hoy en día, y sólo se encuentra en la línea de productos de California LightWorks. (No disponible en Argentina)

Por todas estas razones, los beneficios potenciales de la fotomorfogénesis pueden ser mayores en Cannabis que prácticamente cualquier otro cultivo comercial, y como más datos están llegando a este tema fascinante todo el tiempo, está claro que hay muchos más beneficios a la floración con LED que sólo ahorro de energía.

6) Seguridad LED, simplicidad y facilidad de uso

La última ventaja realmente convincente de LED es la simplicidad y facilidad de uso. Los LEDs NO tienen lámparas para reemplazar, nunca, tienen 40-50% menos requisitos de enfriamiento que los sistemas HID sin ventilación. No crean absolutamente ningún peligro de incendio en los barrios cercanos de las tiendas de cultivo, y generan muy poco crecimiento estratificando la radiación infrarroja (IR).

Así, mientras que el escepticismo con respecto a los LED’s para la floración todavía existe en el segmento de conservadores más pequeño del mercado de cannabis, hay creciente y amplia aceptación de la nueva generación de los principales productos de LED entre los grandes jugadores comerciales. Cuando la gente de negocios considera el ahorro de energía, la fiabilidad, la falta de mantenimiento de la lámpara, control independiente del espectro y capacidades avanzadas como la capacidad de oscurecer los niveles arriba y abajo usando fotocélulas para variar los niveles de sol en invernaderos y todos con rendimientos similares y de mayor calidad de producto final, la decisión es bastante sencillo.

Y es por todas estas razones que la generación actual de luces de crecimiento de LED finalmente están a punto de sustituir permanentemente HID como la primera opción para la iluminación horticultural.