ES2668977A1 - Sistema y procedimiento de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas - Google Patents

Sistema y procedimiento de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas Download PDF

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Abstract

El sistema y procedimiento de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas, consiste en el uso en los invernaderos de instalaciones eléctricas que alimentan los diodos LED que iluminan los cultivos con corriente eléctrica procedente de energías alternativas, añadiendo unos mandos o controles de los fotoperiodos requeridos por cada uno de los cultivos que se efectúen en un momento determinado. Un microprocesador o circuito integrado controlan su intensidad y color o longitud de onda como elemento favorecedor de la alimentación, floración y crecimiento, incrementando la producción agrícola y reduciendo sus costes.

Description

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE ILUMINACiÓN PARA
INVERNADEROS UTILIZANDO ENERGIAS ALTERNATlVAS
CAMPO DE LA lNVENCION. En los sislemas de cultivo mediante
invernaderos.
ESTADO DE LA TÉCNICA. Los invernaderos actuales carecen de iluminación que facilite la alimentación, la floración y el crecimiento de las plantas, con el presente sistema se soluciona dicho problema
DESCRIPCION DE LA lNVENCION.
Objetivo de la invención y ventajas
Aportar un sistema sencillo, útil y económico del cultivo de las plantas. El cual al incrementar la producción reduce los costes. Aplicar un sistema de iluminación mediante energías alternativas, que facilita la alimentación, el crecimiento y la floración de las plantas.
Facilitar la fotosíntesis de las plantas.
Proteger la capa de ozono y el medioambiente.
Utilizar las energías alternativas para el control de la temperatura y de la humedad. Problema a resolver. La falta de iluminación o lentitud en el crecimiento de los cultivos en
invernaderos~ especialmente en los países nórdicos y los elevados costes necesarios para dichos cultivos. Con la presente invención se consigue el incremento de la producción a un bajo coste. De esto se puede beneficiar incluso el cultivo nocturno, teniendo en cuenta el fotoperiodo de cada planta. Las carencias que se producen por fa1ta de luz. respecto a la alimentación, floración y crecimiento de las plantas se resuelven con la presente invención. Pudiendo aplicarse incluso en lugares donde actualmente está vedado el uso de invernaderos, cuando es por falta de luz, debido a la ralentización en el crecimiento de las plantas.
El sistema y procedimiento de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas, consiste en el uso en los invernaderos de instalaciones eléctricas que alimentan los diodos LED que iluminan los cultivos con corriente eléctrica procedente de energías alternativas, añadiendo unos mandos O controles de los fotoperiodos requeridos por cada uno de los cullivos que se efectúen en un momento determinado. controlando su intensidad y color o longitud de onda como elemento favorecedor de la alimentación, floración y crecimiento, incrementando la producción agrícola y
reduciendo sus costes. El fotoperíodo, es el número de horas de luz continuas que reci be
una planta en un periodo de 24 horas. Control ando ad icionalmente los estados internos
de humedad, temperatura, etc. del invernadero.
Se puede aplicar energía procedente de sistemas eó li cos que transforman la
5
energía del viento en energía eléctrica.
Se puede usar la energía solar, con lo cual se aplica directamente la corriente
captada con paneles fotovoitaicos, aunque también se pueden utilizar otros sistemas
solares.
También se pueden utilizar energía de las olas del mar y otros tipos de energías,
10
renovables o no, de nulo o bajo coste.
Las pl antas fabrican su propio alimento.
La alimentación de las plantas comprende tres etapas: tomar sustancias del suelo
y del aire, transfonnar estas sustancias en alimento y repartir el alimento por toda la
planta. Además, para aprovechar su alimento, las plantas necesitan respirar
J 5
permanentemente, como el resto de los seres vi vos.
Los vegetales fabrican su propio alimento a partir de:
a) Agua y sajes minerales, que toman del suelo a través de sus raíces.
b) Gases que toman del aire y que penetran por sus hojas.
e) La luz del sol.
20
Con estos componentes las plantas fabrican otras sustancias más complejas que
utilizan para crecer y realizar las funciones vitales. Parte del alimento que no utilizan en
estas funciones lo almacenan en sus hoj as, en sus raíces, en sus frutos y en sus semillas.
Las plantas toman agua y sales minerales por la raíz, y dióxido de carbono por las
hoj as.
25
El agua y las sales minerales entran a la raíz a través de los pelos absorbentes y
fonnan una mezcla, llamada savia bruta. La savia bruta sube por el tallo hasta las hojas a
través de unos tubos muy finos, ll amados vasos leñosos.
El dióxido de carbono entra en las hoj as a través de unas aberturas muy pequeñas
llamadas estomas.
30
La fotosíntesis es el proceso que realizan las plantas para fabricar su alimento.
La fotosíntesis se produce en las hojas. El agua y las sales minerales de la savia
bruta se combinan con el dióxido de carbono y se transfonnan en la savia elaborada, que
es el alimento de la planta. Para transformar la savia bruta en savia elaborada, la planta
necesita la luz del Sol.
Las plantas captan la luz solar mediante una sustancia llamada clorofila, que es de color verde. Como resultado de la fotosíntesis, las plantas eliminan oxígeno. La savia elaborada que se ha producido en las hojas se reparte por toda la planta a través de unos tubos llamados vasos liberianos o vasos FLOEMA. Estos vasos son
5 distintos de los vasos leñosos o vasos XILEMA que transportan la savia bruta. Así, los dos tipos de savia nunca se mezclan. Este reparto es necesario, pues hay partes de la planta, como la raíz o los tallos, en las que no se produce la fotosíntesis y necesitan recibir alimentos.
Como todos los seres vivos, deben respirar. Para ello, toman oxígeno del aire y
10 expulsan dióxido de carbono. El oxígeno lo combinan con los alimentos para conseguir energía. Las plantas respiran continuamente, tanto de día como de noche. Todas las partes de su cuerpo necesitan oxígeno. Las plantas realizan la fotosíntesis para fabricar su alimento. Para ello necesitan agua, sales minerales, dióxido de carbono y luz solar.
Las plantas también producen oxígeno, que se libera a la atmósfera. Este oxígeno 15 es el que utilizamos todos los seres vivos para respirar.
Las plantas. las algas y algunos microorganismos son organismos fotoautótrofos capturan energía lumínica y la utilizan en la síntesis de carbohidratos como la glucosa (formada a partir del dióxido de carbono y del agua). Por la fotosíntesis los vegetales elaboran sus alimentos y obtienen la energía necesaria para su existencia.
20 Resumiendo en la alimentación de las plantas intervienen: -Absorción: Las raíces absorben el agua y los minerales de la tierra. ·Circulación: Lleva el agua y minerales absorbidos hasta las hojas. (Savia bruta)
• Fotosintesis: En las hojas la clorofila de las hojas atrapa la luz del Sol. Con la luz del Sol y el dióxido de carbono, se transforma la savia bruta en savia elaborada, el 25 alimento de la planta. Además la planta produce 02 que expulsa por las hojas.
-
Respiración: Las plantas toman oxígeno y expulsan dióxido de carbono. El proceso se produce sobre todo en las hojas y en los tallos verdes. La respiración la hacen tanto de día como por la noche. Es la única función que realizan por la noche.
En la fotosíntesis intervienen: 30 Energía luminosa: impacta sobre las hojas y es absorbida por el pigmento
fotosensible de la planta, la clorofila. Agua: Que llega a las hojas a través de las raices y tallos. Clorofila: Pigmento de color verde contenido en el c1oroplasto. Se
encarga de la absorción de la luz, para llevar a cabo la fotosíntesis.
Dióxido de carbono: Es absorbido por unos minúsculos poros, llamados estomas, en la parte inferior de la hoja. Oxígeno: subproducto de la fotosíntesis. Sale de las hojas hacia el exterior a través de las estomas.
La glucosa, se sintetiza a partir del dióxido de carbono y el agua que toman del ambiente. La energía lumínica desencadena todo el proceso y el oxígeno es un desecho que se libera al ambiente.
Los pigmentos vegetales absorben la luz de ciertas longitudes de onda y -a su vez-reflejar otras. Entre ellos la clorofila absorbe de la luz las longitudes de onda de los colores violeta, azul y roja y refleja las que corresponden al verde.
La clorofila a es el pigmento que participa en la síntesis del aJimento. La clorofila b y otro grupo de pigmentos llamados carotenoides absorben longitudes de onda diferentes de las que absorbe la clorofila a. Estos dos pigmentos transfieren energía a la clorofila a. Existen vario tipos de clorofilas.
La clorofila se encuentra en orgánulos celulares denominados cloroplastos, Los cloroplastos donde se produce la fotosíntesis. En cada cloroplasto hay una serie de membranas que contienen los pigmentos fotosintéticos, los tilacoides.
En una etapa la fotosíntesis es dependiente de la luz, donde los pigmentos absorben longitudes de onda que "rompen" o descomponen moléculas de agua (H20) que el vegetal incorpora del medio exterior. De esta etapa resultan iones hidrógeno (H+), que participan en la etapa siguiente, y oxígeno (02) que es liberado al medio como desecho.
En una segunda etapa, que es no dependiente de la luz, el dióxido de carbono (C02) que el vegetal incorpora del medio exterior se combina con los iones de hidrógeno (1-1+) resultantes en la etapa anterior. En este proceso se usa energía, es decir, es una reacción anabólica y su producto es la glucosa, un carbohidrato que a1macena la energía necesaria para la vida de los vegetaJes.
La luz visible está compuesta por radiaciones de entre 380 nm (azul) a unos 740 nm (rojo), De interés para las plantas tenemos el azul, (entre 400 y 500 nm, uno verde (color que no absorben las plantas), uno rojo, que incluye el llamado rojo lejano, RojolRojo lejano. El Rojo (600-700nm) y el Rojo lejano o infrarrojo cercano (706-740 nm).
El Azul es responsable del crecimiento vegetativo (el que se da tras germinar y hasta la floración).
Una baja relación rojo/rojo lejano favorece más longitud entre hojas en el mismo tallo. Azul y rojo: Esta combinación favorece la floración. La cantidad o número de fotones capaces de hacer fotosíntesis que recibe una superficie durante un dia (OLI, del inglés Daily Light Integral).
El fitocromo es una proteína con actividad cinasa presente en organismos vegetales, cuya función es actuar como fotorreceptor fundamentalmente de luz roja (600-700nm) y roja lejana (700-800nm), gracias a que posee un cromóforo. El fitocromo en función del tipo de luz detectada puede desencadenar distintas respuestas en la planta, como la floración, la genninación, crecimiento como respuesta de escape a la sombra desarrollo de epicótilos durante la noche y cotiledones durante el día-, regulación de la expresión de la actividad metabólica durante día y la noche (ritmos circadianos).
El porcentaje de gernünación es máximo cuando se irradian las semillas con un pulso de luz roja (R). Si se hace una irradiación posterior con un pu lso de luz roja lejana (RL) anula el efecto inductor de la luz roja, evitando la germinación.
Las irradiaciones alternas con luz R y RL (R, R + RL, R + RL + R, R + RL + R + RL, etc.) ponen de manifiesto que el último color aplicado determina la germinación de las semillas y que la luz roja constituye el factor estimulante del proceso y, su inhibidor, la luz roja lejana.
Se utilizan diodos LED que proporcionan por lo tanto el color Azul, Rojo y Rojo lejano.
También se puede aplicar calor O fria con las energías alternativas.
El frio se puede controlar adicionalmente con la ventilación utilizando ventanas o compuertas y con la acción del viento.
Para lugares fríos se recomienda la realización de invernaderos subterráneos, soterrados o semi subterráneos es decir realizados horadando unos recintos o naves en la superficie del terreno. De este modo se protegen parcialmente del frío y aplicándoles la luz artificiaJ se puede cultivar en zonas semi templadas.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra parcial y muy resumidamente como se realiza la fotosíntesis en las plantas o vegetales.
La figura 2 muestra una vista esquematizada de un posible sistema de iluminación de un invernadero utilizando el sistema de la invención.
DESCRIPCION MÁS DETALLADA DE UNA FOMA DE RAEALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención, figura 2, muestra la aplicación controlada de la iJwninación a un invernadero. La energía solar captada y convertida por los paneles solares (1) en energía eléctrica, se aplica junto con la de un generador (3) accionado por un aerogenerador (2) a
5 una batería (4) desde donde se alimenta a un microprocesador (que puede ser un circuito integrado) y a los controladores de iluminación (16) de los diodos LED del invernadero (5). Al microprocesador (12) se le aplican señales de control del fotoperiodo (I3) (que depende del tipo de cultivo), datos meteorológicos (14), datos internos de temperatura, humedad, etc., (15) hora, día y estación del afto. Esto último puede ser aportado por el
10 reloj del microprocesador. Una vez procesados los datos se envían señales de control a las compuertas (8) o ventanas de aireación, al control de temperatura (9), al control de humedad (10) y al control de iluminación (16) que controla el momento, el tiempo y la intensidad de los múltiples diodos LED de iluminación: DA diodos de color Azul, DR diodos de color Rojo, DRL diodos de color Rojo lejano, y a los avisos de fallos (1 1). El
15 control de temperatura puede calentar el aire del invemadero con resistencias y corriente eléctrica de la batería, o introducir aire frio mediante la apertura de las compuertas. El control de humedad actúa introduciendo aire húmedo en el invernadero, evaporando agua, o reduciéndola por aireación O con un deshumidificador, pero siempre utilizando energías alternativas.
20 La figura I muestra en una planta, la savia bruta (7), agua y las sales minerales entran por la raíz sube por el tallo hasta las hojas a través de vasos leñosos o vasos XILEMA, en color negro. El dióxido de carbono entra en las hojas por los estomas. La fotosíntesis es el proceso que realiza en las hojas para fabricar su alimento. El agua y las sales minerales de la savia bruta se combinan con el dióxido de carbono y se
25 transforman en la savia elaborada (6), para ello necesita la luz del Sol, que la capta. con la clorofila. Como resultado de la fotosíntesis, las plantas eliminan 02. La savia elaborada se reparte por los vasos liberianos o vasos FLOEMA por toda la planta, (en color blanco). Las plantas respiran toman 02 del aire y expulsan C02. El oxígeno lo combinan con los alimentos para conseguir energía. Las plantas capturan energía
30 lumínica y la utilizan en la síntesis de carbohidratos como la glucosa (formada a partir del dióxido de carbono y del agua). Por la fotosíntesis los vegetales elaboran sus alimentos y obtienen la energía necesaria para su existencia. Además la planta produce 02 que expulsa por las hojas a través de los estomas.
Respiración: Las plantas toman oxígeno y. expulsan dióxido de carbono .. Es la única
función que realizan por la noche. La glucosa, se sintetiza a partir del dióxido de
carbono y el agua que toman del ambiente. La energía lumínica desencadena todo el
proceso y el oxígeno es un desecho que se libera al ambiente.
5
La clorofila absorbe de la luz las longitudes de onda de los colores violeta, azul y roja y
refleja las que corresponden al verde. En una etapa la fotosíntesis es dependiente de la
luz, donde los pigmentos absorben longitudes de onda que "rompen" o descomponen
moléculas de agua (H20 ) que el vegetal incorpora del medio exterior. De esta etapa
resultan iones hidrógeno (H+), que participan en la etapa siguiente, y oxígeno (02) que
l O
es liberado a1 medio como desecho. En una segunda etapa, que es no dependiente de la
luz, el dióxido de carbono (C02) que el vegetal incorpora del medio exterior se combina
con los iones de hidrógeno (H+) resultantes en la etapa anterior. En este proceso se usa
energía, es decir, es una reacción anabólica y su producto es la glucosa, un carbohidrato
que almacena la energía necesaria para la vida de los vegetales.
15

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Sistema de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas, usando energía eólica, solar y de las olas en invernaderos, que consiste en el uso en los invernaderos de instalaciones eléctricas que alimentan los diodos LED que iluminan los cultivos con corriente eléctrica procedente de energías aJtemativas, añadiendo unos mandos o controles de los fotoperiodos requeridos por cada uno de los cultivos que se
    efectúen en un momento determinado, controlando su intensidad y color o longitud de
    onda como elemento favorecedor de la alimentación, floración y crecimiento, aplicando calor o frio utilizando energías alternativas, controlando adicionalmente los estados internos de humedad y temperatura del invernadero.
  2. 2.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque como energías alternativas se utiliza la energía eólica, donde un aerogenerador acciona un generador eléctrico.
  3. 3.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque como energías alternativas se utilizan paneles rotovoltaicos.
  4. 4.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los diodos LEO son de iluminación color Azu l.
  5. 5.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los diodos LEO son de iluminación color Rojo.
  6. 6.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque Jos diodos LEO son de iluminación color Rojo lejano.
  7. 7.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura se controla con la ventilación utilizando ventanas o compuertas y la acción del viento.
  8. 8.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en lugares frias se utilizan invernaderos subterráneos, soterrados o semisubtcrráneos es decir realizados horadando unos recintos O naves en la superficie del terreno.
  9. 9.
    Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la energía solar captada y convertida por los paneles solares (1) en energía eléctrica, se aplica junto con la de un generador (3) accionado por un aerogenerador (2) a una batería (4) desde donde se alimenta a un microprocesador y a los controladores de iluminación del invernadero (5).
  10. 10.
    Procedimiento de iluminación para invernaderos utilizando energías alternativas, que consiste en alimentar con instalaciones eléctricas los diodos LED que iluminan los cultivos con corriente eléctrica procedente de energías alternativas, añadiendo unos mandos o controles de los fotoperiodos requeridos por cada uno de los
    cultivos que se efectúen en un momento determinado, controlando su intensidad y color o longitud de onda como elemento favorecedor de la alimentación, noración o crecimiento, y aplicando calor o frio utilizando energías alternativas, controlando adicionalmente los estados internos de humedad y temperatura del invernadero..
    5 11. Procedimiento según reivindicación 10, caracterizado porque a un microprocesador se le aplican señales de control del fotoperiodo (que depende del tipo de cultivo), dalas meteorológicos, datos internos de temperatura, humedad, hora, día y estación del año, esto es aportado por el reloj del microprocesador, una vez procesados los datos se envían señales de control a las compuertas o ventanas de aireación, al
    10 control de iluminación que controla el momento, el tiempo y la intensidad de los diodos LED de iluminación utilizados: DA diodos de color Azul, DR diodos de color Rojo, DRL diodos de color Rojo lejano, y avisos de fallos.
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