Por:     Jorge Fraile Vilarrasa – CEO Hispaled
Raúl Jiménez Coll. Biotecnólogo – Universidad Politécnica de Madrid
Rubén Moratiel Yugueros – Doctor Ingeniero Agrónomo – Universidad Politécnica de Madrid

En el año 2018 Hispaled, fabricante español de luminarias con tecnología LED y sistemas de telegestión y control, puso en marcha su división de iluminación para horticultura, creando la marca HispaledGrow. Desde entonces, HispaledGrow lleva aplicando y desarrollando soluciones de iluminación para cultivos en invernaderos con alto grado de tecnificación, así como vertical farming.

En septiembre de 2019 se comenzó uno de los ensayos más ambiciosos realizados en España hasta la fecha en materia de iluminación suplemental en cultivos bajo invernadero, con los siguientes participantes:

• Hispaled, como experto en el desarrollo de luminarias de espectro específico para cultivos hortofrutícolas. Dentro del equipo, se cuenta con un biotecnólogo que desarrolla su tesis doctoral y de la que este ensayo forma parte.
• CEIGRAM, (Centro de Estudios de Investigación para la Gestión de Riesgos Agrarios y Medioambientales) adscrito a la Escuela de Ingeniería Agronómica Alimentaria y de Biosistemas de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), y cuyo coordinador del proyecto desde el punto de vista técnico- agronómico es Rubén Moratiel, profesor de la Escuela.
• Grupo Agrosol, uno de los principales productores de Almería, y cuyos invernaderos están a la cabeza a nivel de tecnificación, contando en la actualidad con varias fincas en Almería de cultivo de tomate, pimiento y pepino, entre otros.

De manera muy breve, introducimos a continuación un apunte científico sobre la fotosíntesis, y su relación con la luz y el CO2, que constituyen la base de los ensayos realizados hasta la fecha.

La irradiación solar (Is) y más concretamente el espectro de radiación PAR (Photosynthetically Active Radiation, 400-700 nm) influye directamente en la fotosíntesis neta en una hoja (Pn). Para fases donde no existe irradiación solar, la hoja pierde CO2 a su velocidad de respiración (Rd). La asimilación de CO2 es cero en el punto que se denomina punto de compensación de luz, donde la fotosíntesis bruta es igual a la tasa de respiración. Con un mayor Is, Pn crece rápidamente hasta un máximo en el que el sistema alcanza la saturación por luz. Para muchas especies, Pn está saturado muy por debajo de la radiación típica de días despejados, pero para otros cultivos durante los meses de invierno y bajo invernadero (donde se reduce esa irradiación) es muy difícil de alcanzar. El valor que es máximo de Pn varía en función de las especies y sobre todo de los grupos de metabolismo de plantas C3, C4 y CAM y de las condiciones donde se desarrolla el cultivo.

Si se considera que la respiración en la oscuridad Rd es constante se puede suponer que a medida que aumenta Is, la Fotosíntesis Bruta es Pg = Pn+Rd. La tasa de fotosíntesis bruta aumenta con la Radiación siguiendo la hipérbola siguiente:  

Donde: Pb: tasa de fotosíntesis bruta (µmol·m-2 s-1); I: es la radiación en (Wm-2);  ε: la pendiente inicial de la curva Pb = f(I); Pbmax: valor asintótico de Pb cuando la I tiende a infinito.

Los valores de Pbmax en plantas C3 toman valores de 10-40 µmol·m-2 s-1. La pendiente inicial de la curva toma valores de 0.076 molJ-1. Si se da como radiación PAR absorbida toma valores de 0.06 mol de CO2/E.

Basándonos en la teoría anterior, el ensayo se ha realizado durante las 2 últimas campañas en las instalaciones de la empresa Glinwell Spain en Retamar (Almería), empresa de capital hispano-británico, participada por el Grupo Agrosol, una de las empresas más importantes del sector agrícola de Almería.

El invernadero de pruebas tiene una superficie de 3.500 m2 y está dotado con las últimas tecnologías para control climático en invernadero. Se trata de un invernadero multicapilla de estructura modular metálica de acero galvanizado y cubierta plástica flexible, con doble techo. La altura de la cumbrera es de 7,5m, mientras que la del canal es de 6m. La anchura de cada módulo de capilla es de 9,6m. Dispone de calefacción por agua caliente en tubería raíl e inyección de CO2 procedentes de los gases de escape del gas utilizado para calentar el agua (se dispone de buffer para almacenamiento de agua caliente). La orientación del invernadero es SE – NO, con una disposición de las líneas de cultivo SE – NO. El cultivo se realiza sobre un sistema hidropónico de tablas de lana de roca.

El desarrollo del ensayo se ha basado en la zonificación de distintas áreas de cultivo, con diferentes soluciones a nivel de:

• Tipología de luminarias: Top Light, o de iluminación cenital sobre el cultivo, e InterLight, de iluminación lineal en el interior del cultivo.
• Duración del fotoperiodo.
• Intensidad de luz.

En el primer ensayo, realizado durante la campaña de 2020, se establecieron cuatro tratamientos lumínicos diferentes: una zona control sin iluminación suplemental (zona testigo), una zona con iluminación cenital, otra zona con iluminación intracultivo (con iluminación a uno y a dos tercios de la altura de la planta) y una última zona que combinaba los dos tratamientos anteriores (iluminación cenital e intracultivo). Se ensayaron estos tratamientos en tomate Cherry, pimiento y pepino, y se tomaron datos semanales de producción (kg producidos y peso medio de los frutos, entre otros) y desarrollo (crecimiento, número de ramos, diámetros de tronco, etc.).

En base a los resultados preliminares del primer ensayo, se definió un segundo ensayo para la campaña siguiente en el cual se volvían a definir cuatro zonas, esta vez comprendiendo una zona testigo y tres combinaciones de iluminación cenital e intracultivo en diferentes configuraciones y niveles de potencia, esta vez tan solo para tomate Cherry. Las variables medidas en cada tratamiento se realizaron sobre un total de 16 tallos. En ellas se midieron por un lado variables vegetativas como crecimiento de plantas, diámetros de tallo y longitudes de hoja y por otro, variables productivas como número de ramos, frutos por ramo, diámetro de frutos y producción entre otros. Con los datos, recogidos semanalmente, se ha podido obtener una evolución del cultivo, tanto de cada una de las zonas con iluminación, como la correspondiente zona testigo, con las mismas condiciones pero sin contar con el aporte de luz suplemental.

Todo el sistema instalado se ha gobernado desde la aplicación SmartGrow de Hispaled, tanto para el control de las luminarias (on/off), regulación, y toda gestión de luz ligada a parámetros diferentes del clima del invernadero. También se utilizan sensores distribuidos por toda la instalación e integrados en la propia aplicación SmartGrow, para la recogida de datos del propio invernadero (luz, temperatura, humedad, niveles de CO2). 

En un sistema tan crítico como es un invernadero de alta tecnificación, es fundamental optimizar la iluminación y el resto de los parámetros para llevar la producción al máximo rendimiento, con el menor consumo de energía; SmartGrow permite ajustar los moles de luz recibidos por la planta en función de la luz natural que el cultivo recibe, convirtiéndolo en uno de los sistemas más eficientes del mercado. Del mismo modo, y aunque existen numerosos programas de control del resto de parámetros de un invernadero (Hoogendoorn® o Priva®, entre otros), desde la plataforma SmartGrow de Hispaled se suben los datos a la nube para poder gestionarlos internamente de cara al manejo de la iluminación.

El objetivo del ensayo era doble:

• Por un lado, determinar la solución óptima, tanto a nivel de espectro como de intensidad de luz y disposición de esta, para cada uno de los cultivos.  
• Por otro, comprobar el incremento de producción obtenido y determinar, dada la inversión necesaria y el consumo energético empleado, el retorno de inversión del proyecto (ROI) y su payback.

A lo largo de las dos campañas de ensayos hemos podido comprobar algunos efectos interesantes debidos al uso de iluminación suplemental para la producción de hortalizas bajo invernadero. A nivel fisiológico, hemos observado que un mayor aporte de luz tiene un efecto directo en el vigor de las plantas, que presentan tallos más gruesos. Sin embargo, se trata también de plantas que ven ligeramente reducido su crecimiento en longitud. En cuanto a parámetros de producción, hemos comprobado un incremento significativo tanto en la formación de frutos como en la cantidad, calibre y peso de los frutos recolectados con respecto a los frutos producidos en las diferentes zonas testigo sin iluminar. Además, se ha observado que con iluminación artificial se es más eficiente en el uso del agua (kg producido / litro de agua consumido). 

Si bien el uso de iluminación suplemental supone una inversión considerable para el agricultor y un ligero ajuste en el manejo del cultivo, el incremento de producción debido a este sistema podría amortizar en un tiempo razonable el gasto adicional. 

Tras estos 2 años de trabajo intenso y muy fructífero, existen algunos desafíos importantes:

• El primero y quizás más relevante consiste en el propio desarrollo y modernización de la tecnología en el sector. España es una potencia mundial en la producción de frutas y hortalizas en invernadero, y se intuye que el camino a recorrer es largo. Es muy frecuente pensar que España y el Sureste español en particular tiene suficiente iluminación para la producción de determinados cultivos durante los meses de invierno. En invernaderos muy tecnificados donde los parámetros de temperatura, humedad, CO2 y niveles nutricionales están en su óptimo y donde el factor limitante es la luz, la mejora de la iluminación produce un aumento de producción de forma considerable en esas condiciones.
• El segundo reto pasa por la popularización del uso de la iluminación suplemental en invernaderos de alta tecnificación, que conllevará cierto ajuste de precios de la tecnología, con la consiguiente mejora de la eficiencia económica de la solución. No obstante, hay que decir que la tecnología LED de uso generalizado, y fundamentalmente en iluminación, ya tiene un recorrido de más de 10 años, por lo que los LED específicos para horticultura comparten base tecnológica, y sus precios ya tienen un ajuste inicial muy importante. Ello hace que hoy sean una realidad para tener muy en cuenta en explotaciones de esta tipología, básicamente invernaderos con calefacción y aplicación de CO2.

En definitiva, Hispaled ofrece una solución global para producción hortofrutícola, que tiene un valor añadido mucho más allá del mero suministro de luminarias. Contamos con un equipo de expertos para acompañar al agricultor en el proceso de estudio, diseño e implantación de la iluminación del invernadero, y ponemos a su disposición personal propio para la realización de un ensayo como el descrito en este artículo, personal propio para la toma de datos, y realización de informes finales de conclusiones. Nuestro objetivo es determinar, junto con el productor, si el proyecto es viable en cada caso concreto. 

Finalmente, queremos agradecer especialmente a todo el equipo del grupo Agrosol, encarnado en Andrés y José Ángel, excelentes profesionales que transmiten pasión y excelencia en todo lo que hacen, y que creyeron y siguen creyendo en el proyecto. 

Nota: Los ensayos se han desarrollado dentro del marco del proyecto IND2019/BIO-17149 de la Comunidad de Madrid.

Autores:

• Jorge Fraile Vilarrasa – CEO Hispaled
• Raúl Jiménez Coll. Biotecnólogo – Universidad Politécnica de Madrid
• Rubén Moratiel Yugueros – Doctor Ingeniero Agrónomo – Universidad Politécnica de Madrid