Il sistema è composto da 18 LED:

• 10 LED rossi
• 4 LED blu
• 4 LED verdi (ho voluto montare anche questo colore per particolari sperimentazioni)

Ho scelto di acquistare i LED, i drivers necessari per il loro funzionamento, le ottiche e l'alimentatore presso LedSupply, un rivenditore specializzato degli Stati Uniti.
Non so se i prezzi sono i più bassi ma devo dire che il materiale è arrivato a destinazione in 3/4 giorni e la qualità mi sembra ottima. Se volete acquistare all'estero dall'Italia, ricordate di aggiungere alla spesa un 20% che verrà richiesto dal corriere per le tasse di dogana.

Specifiche tecniche dei LED (Luxeon K2 Online Datasheet):

• Luxeon® Red K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 627nm
  • 45 lm @ 350mA - 75 lm @ 700mA
  • corrente massima: 700mA
  • 2.95Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PD12-R00 Emitter
• Luxeon® Blue K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 470nm
  • 9.5 lm @ 350mA - 16 lm @ 700mA
  • corrente massima: 1500mA
  • 3.6Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PB12-K00 Emitter
• Luxeon® Green K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 530nm
  • 45 lm @ 350mA - 75 lm @ 700mA
  • corrente massima: 1500mA
  • 3.6Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PM12-R00 Emitter

I LED scelti sono composti dall'emettitore già presaldato su un supporto a stella che aiuta a dissipare il calore e semplifica le operazioni di saldatura e montaggio.

Nello schema sotto riportato ho sovrapposto le caratteristiche di frequenza della luce dei 3 tipi di LED con la luce assorbita dai componenti delle piante. Nell'asse verticale, per i LED, è rappresentata la distribuzione dello spetro relativo di potenza e in quello orizzontale la frequenza della luce in nm. Con i LED rossi e blu possiamo coprire la maggior parte dei picchi di assorbimento della clorofilla.

Per distribuire meglio la luce prodotta da ogni LED e proteggere l'emettitore ho acquistato 18 lenti con i relativi supporti da applicare ai LED. Ho scelto ottiche che convogliano la luce in un fascio con ampiezza di 15°

• Ottica 15° - $1.50 l'una
• Supporto per ottica - $0.25 l'una

Per utilizzare LED di questa potenza non è sufficiente collegarli all'alimentazione con una semplice resistenza in serie, ma serve un circuito che "piloti" l'emettitore assicurando una corrente costante con intensità adatta per il tipo di LED da accendere. Esistono varie tecniche per realizzare questo tipo di circuiti e in commercio si può trovare  una vasta gamma di drivers già pronti per l'uso. Ho scelto di acquistare un tipo di driver di prezzo non eccessivo che ha tutte le caratteristiche necessarie per il mio progetto:  il 3021 BuckPuck (scheda tecnica).

Circuito utilizzato per pilotare il gruppo di 5 LED K2 rossi

Questo dispositivo fornisce una corrente costante in uscita per pilotare i LED e non è necessario calcolare una tensione di ingresso precisa perchè è in grado di autoregolare l'uscita a seconda di quanti e quali LED vengono collegati.

Il driver è dotato di 6 pin:

• 2 in uscita per collegare la serie di LED (il modello da 1000 mA può pilotare fino a 18 LED da 1W o 6 LED da 3W)
• 2 per l'alimentazione che deve avere una tensione fra i 5 e i 32 V DC, se i LED sono in serie è sufficiente che la tensione in ingresso superi la somma della tensione necessaria ad ogni LED
• 2 per regolare l'intensità dell'illuminazione dei LED, ma tratterò questo argomento più avanti, non sono necessari se si vogliono utilizzare i LED alla massima potenza

Per la mia lampada ho utilizzato 4 driver:

• 3 3021-D-E-700mA BuckPuck, 2 per pilotare 2 serie di 5 LED K2 Rossi ed 1 per pilotare i 4 LED K2 Verdi - $14.99 l'uno
• 1 3021-D-E-1000mA BuckPuck per pilotare i 4 LED K2 Blu - $14.99

All'elenco di acquisti ho aggiunto:

• Alimentatore 24VDC 150-Watt - $29.99
  • Tensione di ingresso - 100-220VAC, 50-60 Hz
  • Tensione di uscita - 24VDC
  • Corrente di uscita - 6.5A
• 2 confezioni di Arctic Alumina Thermal Adhesive - $7.49 l'uno
  • è un potente adesivo che resiste alle alte temperature che possono generare i LED e può servire da accoppiatore termico
• viti e bulloni di varie dimensioni
• basetta forata su cui saldare i drivers
• Totale spesa di poco superiore ai 200€ (sdoganamento compreso)

Per la base della lampada ed il sistema di raffreddamento ho riciclato dell'alluminio:  una lastra, delle barrette e dei dissipatori recuperati da vecchi personal computer (quelli applicati sui processori). I dissipatori sono predisposti per collegarci delle piccole ventole di raffreddamento, anch'esse provenienti dai pc, ma valuterò in seguito se sarà necessario questo lavoro.

Di seguito una sequenza cronologica di immagini che spero illustrino a sufficienza il tipo di lavorazioni necessarie per assemblare la lampada a LED.

Fase 1: decido la disposizione dei LED e ne segno la posizione sul supporto di alluminio lasciando 5cm di spazio fra un LED e l'altro.

Fase 2: incollo con l'adesivo termico i dissipatori cercando di coprire la superficie corrispondente a dove dovrò fissare i LED, sul lato opposto.
Fase 3: fisso con alcune viti dei profili in alluminio che servono a mantenere sollevata la base ed evitare di danneggiare i LED quando la lampada è appoggiata alla superficie del tavolo.

Fase 4: foro la base (ed i dissipatori sul lato opposto) e filetto i fori (diametro 3mm). Alcuni servono per fissare più saldamente i dissipatori alla lamiera, altri per attaccare i LED (non voglio incollare i LED, in modo da poterli sostituire facilmente se ce ne fosse bisogno)

Fase 5: tramite viti da 3mm fisso i LED alla base e li collego in serie con dei cavetti saldandoli a stagno.
Fase 6: ho terminato di installare le 2 serie da 5 LED rossi l'una, ora è il turno dei 4 blu e dei 4 verdi.
Fase 7: applico le ottiche ai LED fissandole con una goccia di adesivo termico.

Fase 8: monto sulla basetta forata i 4 drivers 3021 BuckPuck. Saldo ognuna delle 4 serie di LED al proprio driver. Collego l'alimentazione dei 4 drivers ad un morsetto. Saldo i pin per pilotare l'intensità luminosa a 2 morsetti, in modo che possa in seguito connetterli al "cervello" di Greenduino.

Fase 9: fisso la basetta alla base della lampada.

Fase 10: appendo la lampada nella parte alta dell'armadio utilizzando dei ganci e 4 catenelle di ferro in modo da poter regolare l'altezza della lampada dal suolo.

Ora non resta che collegare l'alimentatore da 24V e...

La luce sul fondo dell'armadio risulta uniforme ed i colori ben miscelati, penso che le coltivazioni gradiranno.

Presto nuovi aggiornamenti del progetto Greenduino!

Il progetto di lunghi viaggi spaziali, come quello per portare l'uomo su Marte,  si scontra con la necessità di garantire all'equipaggio cibo ed aria fresca durante la permanenza nello spazio.

Le tradizionali lampade di crescita non sono un'opzione praticabile, visto l'elevato consumo di energia ed il calore emesso. Per questo motivo la ricerca di soluzioni alternative è orientata sempre di più verso sistemi che utilizzano pannelli a LED, che presentano notevoli vantaggi come efficienza energetica, spettro di emissione stabile, maggiore sicurezza, bassa emissione di calore, durata più lunga, piccole dimensioni.

Ho trovato del materiale molto interessante  negli archivi della "American Society for Gravitational and Space Biology" ed in particolare in queste 2 pubblicazioni da cui ho tratto la maggior parte delle informazioni di questo articolo:

• "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM." del 2005 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, M E Mick, R J Kennedy, Robert C Morrow, Cary A Mitchell)
• "PLANT-GROWTH LIGHTING FOR SPACE LIFE SUPPORT: A REVIEW" del 2006 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, Robert C Morrow, C Mike Bourget, Cary A Mitchell)

Il programma "Advanced Life Support" (ASL) della NASA tratta anche lo sviluppo di colture per la produzione di cibo, in supporto alla vita umana in ambiente extraterrestre.
Per i motivi precedentemente descritti i LED si sono dimostrati la scelta ideale per l'illuminazione di camere di crescita, se rapportati con gli altri tipi di lampade. In particolare i LED rossi con una lunghezza d'onda di 640 nm si sono rivelati i più efficienti, in quanto la loro luce contribuisce per circa il 96% del processo di fotosintesi clorofilliana. Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse specie vegetali possono essere coltivate con successo con la luce dei LED, fra cui gli spinaci, la lattuga, il radicchio, il frumento e le patate. In generale, per una normale crescita, è richiesto anche il 15% di LED blu a 440 nm, che permette di equiparare la resa ottenuta, con colture cresciute con luce bianca.
Alcune ricerche hanno dimostrato la necessità di un'intensa luce blu nella fase iniziale di crescita per ridurre l' allungamento dell'ipocotile.  E' stato provato che anche una percentuale di luce verde può avere effetti benefici sulla crescita.
Lo "Specialized Center of Research and Trainingin Advanced Life Support (ALS NSCORT)" della NASA in collaborazione con "Orbital Technologies Corporation (ORBITEC)" hanno sviluppato un array riconfigurabile di pannelli a LED in grado di ridurre l'energia richiesta per crescere piante con luci elettriche.

Ogni pannello di LED è un quadrato di 6,25 cm² composto da 100 LED cosi suddivisi:

• 64 LED rossi a 640 nm
• 16 LED blu a 440 nm
• 20 LED verdi a 540 nm + 2 fotodiodi

Le ridotte dimensioni del pannello e la vicinanza dei LED permettono di ottenere uno spettro emesso uniforme.
Dato che la corrente del circuito è controllata separatamente per ogni colore, sia il rapporto rossi/blu, che la loro intensità, possono essere modificati continuamente.
20 pannelli di questi pannelli a LED sono montati su un supporto lineare (array) lungo circa 65 cm. In cima ad esso è collocata una scatola elettrica che contiene 2 ventilatori utilizzati per aspirare l'aria dal basso verso l'alto del supporto. Questo metodo di rafreddamento permette alle piante di crescere vicino alla fonte di luce senza bruciarsi.

Immagine tratta dalla pubblicazione "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM."

Come si può dedurre dalle pubblicazioni e dal disegno tecnico sopra riportato le dimensioni dei LED utilizzati sono estremamente piccole: i LED rossi sono disposti su 4 file da 16 LED e, se il lato del circuito stampato su cui sono montati misura 2,54cm di lato, il diametro di ogni singolo LED non supera 1,5 millimetri.

L' array di pannelli LED generalmente è disposto verticalmente nella camera di crescita ed è predisposto in modo che i singoli pannelli possano essere accesi in sequenza iniziando con i pannelli bassi in modo da seguire la crescita verticale della pianta. In questo modo non viene sprecata energia, sopratutto nella fase iniziale di crescita in cui la pianta è di dimensioni ridotte, consentendo di accendere con il giusto livello di potenza solo i pannelli che servono per illuminare le foglie.
I fotodiodi montati su ogni pannello hanno lo scopo di rilevare la prossimità di elementi verdi (la pianta) in modo da poter gestire automaticamente l'accensione dei LED quando delle foglie sono posizionate davanti ad essi.

In alternativa alla configurazione verticale, gli array di pannelli possono essere anche disposti orizzontalmente uno accanto all'altro sopra le piante, formando cosi un unico grande pannello che fa da tetto alla camera di crescita.  Questa disposizione dei pannelli è l'ideale per illuminare la lattuga e il frumento nano. Non è però consigliabile per piante che si sviluppano in verticale come i fagioli, perchè è stato osservato che queste piante tendono a crescere molto nella parte alta dellla camera di crescita, vicino ai pannelli LED, producendo un raccolto minore rispetto all'utilizzo degli stessi array di LED disposti in verticale ed alimentati con lo stesso quantitativo di energia.

Spero che tutte queste informazioni possano allontanare ogni dubbio sulla reale efficacia delle lampade di crescita a LED ed essere di aiuto a chi, come me, ha intenzione costruirle e di sperimentarle in coltivazioni indoor.

Ho raccolto per il web alcune testimonianze di veicoli solari:
Il Dini Motive Team ha realizzato un carrello di spinta che si ricarica con pannelli solari detto "Maiale". Collegabile a qualsiasi tipo di bicicletta, consente anche il trasporto di materiali vari fino ad un massimo di 30 Kg, oltre a fornire una spinta supplementare che permette di raddoppiare la velocità raggiungibile con la sola forza delle pedalate. Il "Maiale" è controllato con un sensore basato sulla tecnologia delle celle di carico, che permette di dosare l'energia del motore elettrico in base in base alla forza esercitata sui pedali.
La sua autonomia media è di circa 100 km e, con pochi centesimi di spesa, può essere ricaricato in circa 2 ore di allacciamento alla normale rete elettrica.

Dopo aver esordito nel World Solar Cycle Challenge (Australia) del 2003 il "Maiale" del Dini Motive Team ha preso parte all'America Solar Bike Rayce 2004 nel circuito di Topeka (U.S.A.), classificandosi al 1° posto nella categoria dei veicoli sperimentali. Le ultime notizie che ho trovato sul sito ufficiale risalgono alla sua partecipazione alla Nord Kapp Solar Ride del 2005.

Alcune interessanti biciclette sono state realizzate da Peter Sandler e si possono acquistare online sul sito della Thera-P Products.
Bellissimo il modello con pannelli fotovoltaici integrati nelle ruote, di cui riporto qui sotto la fotografia e il video.

Un altro modello in vendita sullo stesso sito per $1795 è in grado di raggiungere i 30 Km orari con un motore elettrico di 350 Watt ed è munito di una serie di pannelli fotovoltaici disposti sul portapacchi posteriore della bici. Ecco il video dimostrativo:

Per chi volesse costruire un proprio veicolo consiglio l'interessante articolo di Instructables che fornisce dettagliate istruzioni sul montaggio della bicicletta solare e su dove reperire tutto il materiale necessario.

Il modello autocostruito è costato $910 in materiali.
Il motore elettrico, facilmente montabile su una normale bicicletta perchè integrato nella ruota anteriore, è stato acquistato da Golden Motor, presso cui è possibile trovare numerosi modelli di motori ed accessori vari, utili per motorizzare il nostro mezzo di locomozione ad emissioni zero.

Vengono realizzati dei palloni costituiti nella metà superiore da una pellicola trasparente mentre in quella inferiore da una riflettente.  Una volta gonfiati, i palloni formano una parabola che focalizza i raggi solari su una cella fotovoltaica ad alta efficienza;  l'energia cosi raccolta consente alla cella PV di produrre 400 volte più energia che se fosse esposta al sole diretto senza concentratore.

La pellicola trasparente  protegge la cella PV e la superficie riflettente da agenti atmosferici quali pioggia, vento, sporco, insetti e la struttura può resistere a venti molto forti.

Una serie di concentratori viene sospesa e controllata attraverso una struttura di cavi tesi che permettono di ridurre l'impatto ambientale, lasciando libera la superficie del terreno per altri usi come agricoltura o allevamento.

L'aspetto più interessante è che i palloni sono realizzati utilizzando materiali comuni ed economici: è stimata una spesa di 2 centesimi di euro per watt (mentre per i tradizionali impianti solari va dai 5 agli 8 euro per watt).

Ecco le caratteristiche di un pallone dal diametro di 2 metri:

• 400 volte più economico dei tradizionali concentratori in alluminio
• 500 watt di elettricità prodotta
• sostituzione in 15 minuti
• riparazione con nastro adesivo

Per approfondire l'argomento consiglio questo ineressante articolo di Mongabay