Sistemas alternativos para calentar invernaderos para el cultivo de hortalizas y hierbas frescas en invierno.
Como resultado del aumento de los precios de los combustibles fósiles y las restricciones sobre las emisiones de CO2 y otros contaminantes, existe la necesidad de encontrar sistemas alternativos para calentar invernaderos para el cultivo de hortalizas y hierbas frescas en el invierno. Una posible alternativa es el uso de energía solar. Calentar invernaderos durante la noche con energía solar requiere una combinación de varios componentes basados en los siguientes principios: 1. absorción de la energía del sol (durante el día), 2. almacenamiento de la energía y evitar pérdidas de energía al entorno y 3 .utilizando la energía por la noche.
La absorción de energía solar se incrementa cubriendo el suelo con una lámina de plástico transparente. El suelo mojado tiene la capacidad de almacenar una gran cantidad de energía térmica. Un método adicional para absorber y almacenar energía solar es colocando tubos de agua de PE (polietileno) transparentes horizontales y verticales en los túneles del invernadero (figs. 3 y 4). El uso de PE negro para construir los tubos de agua permite una mayor absorción de calor que los tubos transparentes de uso común.
La orientación del invernadero también puede incrementar la absorción de energía solar. Un túnel peatonal orientado de este a oeste absorberá sustancialmente más energía que una estructura similar orientada de norte a sur. La colocación de los tubos de agua verticales autoportantes en el lado norte como una "pared de agua" aumenta la absorción y el almacenamiento de energía, lo que eleva las temperaturas nocturnas del invernadero hasta 16 C0 en Israel, dependiendo de la radiación local y las condiciones climáticas.
Las pérdidas de energía al entorno se reducen cubriendo el invernadero con una doble capa de láminas de plástico con bloqueo IR, con un espacio de aire entre las láminas o mediante el uso de pantallas térmicas o mantas aislantes. Desde el atardecer, cuando ya no hay acumulación de calor, los tubos de agua y el suelo liberan energía térmica al volumen del invernadero.
En otras partes del mundo se utilizan aplicaciones prácticas similares de estos principios. En algunas partes de China, la energía solar se almacena en una pared gruesa hecha de ladrillos de barro o arcilla. En Israel hemos aplicado estos principios en túneles para el cultivo de albahaca. La combinación de estos componentes nos ha permitido cultivar albahaca (un cultivo de verano) en invierno, al tiempo que aumenta la producción, previene enfermedades de las plantas y mejora la calidad al tiempo que reduce los costos y la emisión de gases de efecto invernadero.
El uso de tubos de agua horizontales no es un método nuevo, ya que se probó hace años. Aunque los tubos horizontales contribuyen de alguna manera a calentar el invernadero, están ubicados en el peor lugar del invernadero, el lugar más frío y sombreado, y están expuestos a daños mecánicos. Una solución única de disponer los tubos de agua verticalmente es una solución buena y eficaz a los problemas de los tubos de agua horizontales. Se mantienen de pie de forma independiente, no están soportados por la estructura del invernadero. Tienen un marco rígido hecho de una funda de hoja de metal, o se apoyan mediante una funda hecha de una malla de alambre metálico.
Los tubos verticales están expuestos al sol y no estorban a los trabajadores del invernadero. Es posible almacenar un volumen mucho mayor de agua en el invernadero para permitir un mayor almacenamiento de energía térmica. La colocación correcta de los tubos verticales reduce los problemas de sombreado en invierno y es adecuada para invernaderos de varios tramos y orientaciones norte-sur en túneles de entrada.
La orientación del túnel de paso tiene una gran influencia en la absorción de energía solar. La orientación este-oeste permite que entre mucha más luz solar al invernadero. En invierno, cuando el sol está bajo, los rayos del sol golpean la cubierta de plástico del túnel peatonal orientado norte-sur en un ángulo agudo. Como resultado, se refleja parte del haz. Los rayos del sol que inciden en la orientación este-oeste están casi en ángulo recto, lo que hace que entre mucha más luz en el túnel, lo que aumenta los rendimientos.
Este conocimiento dio paso al desarrollo y construcción del invernadero “Edén”. El invernadero “Eden” está orientado de este a oeste y los tubos verticales se encuentran en el lado norte. Forman una "pared de agua". Esta ubicación tiene la ventaja de que no hay sombra en el cultivo y no hay molestias físicas para los trabajadores. Se puede mantener una cantidad relativamente grande de agua en el túnel de paso (8 m3 de agua en un túnel de paso de 30 m de longitud). La "pared de agua" absorbe la energía solar durante los días relativamente calurosos y libera el calor durante la noche, creando temperaturas óptimas para la producción de cultivos.
La razón para usar agua en los tubos es el alto calor específico del agua en comparación con otros materiales. El agua está disponible y no contaminará el suelo si los tubos están dañados. Una imagen térmica que se tomó por la noche muestra el calor almacenado en la pared de agua y la influencia en la temperatura de la planta. El rendimiento de la cosecha de albahaca fue significativamente mayor en invierno en los túneles de acceso equipados con una pared de agua.
En conclusión, desarrollamos un sistema simple, sostenible, no contaminante y sin emisiones para el cultivo de cultivos de verano en invierno mediante el aumento de la temperatura utilizando solo energía solar. Es posible cultivar albahaca en el invierno en Israel usando: mantillo de PE, tubos de agua, pantallas térmicas y capas dobles de material de recubrimiento de PE. Los mejores resultados se lograron mediante el uso de una pared de tubos de agua de PE negro que se encuentran en el lado norte del túnel orientado de este a oeste.
La orientación del túnel en dirección este-oeste tiene una ventaja considerable sobre los túneles orientados de norte a sur. Este método hizo posible cultivar albahaca libre de enfermedades invernales sin necesidad de fumigación química de fungicidas. Dependiendo de las condiciones climáticas existe la posibilidad de utilizar solo algunos de los métodos antes mencionados para producir altos rendimientos de excelente calidad.