Guide complet des lampes de culture à LED

Quelle est la différence entre une lampe LED ordinaire et une lampe de culture LED ?

Les plantes nécessitent une intensité lumineuse beaucoup plus élevée pour pousser efficacement que ce dont les humains ont besoin pour la vision. L'intensité lumineuse minimale requise pour faire pousser des plantes est au moins 30 fois supérieure à celle requise pour l'éclairage humain dans un environnement de bureau par exemple.

Les lampes de culture LED sont conçues pour fournir une intensité lumineuse très élevée

Une forte intensité lumineuse est nécessaire pour stimuler la photosynthèse qui génère la croissance des plantes. La photosynthèse se produit lorsque les photons de lumière atteignent les feuilles des plantes et provoquent une réaction qui génère la croissance des plantes.

Les lampes de culture LED émettent les couleurs ou le spectre lumineux requis pour la croissance des plantes

La mesure de l'intensité lumineuse pour la croissance des plantes s'appelle Rayonnement Photosynthétiquement Actif ou PAR et inclut les photons de longueurs d'onde de 400 nm à 700 nm, soit du bleu profond au rouge profond. Cela correspond à peu près à la même plage de longueurs d'onde que la vision humaine. Les lampes de culture LED émettent de la lumière dans la gamme de la photosynthèse dans le spectre lumineux nécessaire à une croissance saine des plantes.

Les lampes de culture LED sont conçues pour résister à la forte humidité d'une salle de culture et peuvent supporter l'eau condensée qui goutte sur la lampe. Les LED sont souvent protégées par un revêtement en silicone ou en acrylique et les connecteurs ainsi que les câbles sont classés selon la norme IP (Ingress Protection) afin de pouvoir fonctionner dans des conditions humides.

Qu'est-ce qu'une LED ?

Une diode électroluminescente (LED) est un dispositif semi-conducteur qui émet de la lumière d'une certaine longueur d'onde (couleur). Une puce, la partie de la LED qui émet la lumière, est enfermée dans un boîtier en plastique ou en céramique. Le boîtier peut contenir une ou plusieurs puces. Lorsque la LED est polarisée en direct ou allumée, les électrons peuvent se recombiner avec les trous à l'intérieur du dispositif, libérant de l'énergie sous forme de photons. Cet effet s'appelle l'électroluminescence.

Types d'emballages pour lampes de culture LED

Les LED sont emballées dans quelques formats populaires.

Lampe de croissance LED COB

Chip-on-Board ou "COB" désigne le montage d'une puce LED nue en contact direct avec un substrat (comme le carbure de silicium ou le saphir) pour produire des réseaux LED. Ces réseaux peuvent contenir des centaines de LED individuelles regroupées dans un petit carré ou cercle et montées sur une base en aluminium ou en céramique. Ils varient généralement de 20 à 150 watts et offrent une large gamme d'options de température de couleur selon le revêtement phosphore spécifié.

Les LED COB présentent plusieurs avantages par rapport aux anciennes technologies LED, telles que les LED Surface Mounted Device ("SMD"). Plus particulièrement, la technologie COB permet une densité de regroupement beaucoup plus élevée du réseau LED, ce que les ingénieurs lumière appellent une meilleure « densité de lumens ». Cela peut être utile si vous souhaitez un luminaire de petite taille ou à utiliser avec des lentilles ou réflecteurs pour diriger la lumière en faisceau étroit.

Optiques COB LED

Les réflecteurs et les lentilles peuvent être utilisés pour diriger la lumière de la LED et réduire la « fuite » de lumière, qui est un gaspillage. Parfois, une combinaison de lentille et de réflecteur est utilisée.

En termes généraux, plus la diffusion de la lumière est large, plus la hauteur de suspension est basse, mais la diffusion est moins uniforme. Un faisceau lumineux plus étroit signifie que la hauteur de suspension doit être relativement élevée, mais la diffusion de la lumière est plus uniforme.

Réflecteurs pour lampe de croissance LED

Un réflecteur est un élément optique qui régule la diffusion de la lumière émise par le luminaire par réflexion. Il existe différentes surfaces réfléchissantes telles que : réflexion miroir, réflexion diffuse et réflexion mixte.

Les types de réflecteurs incluent des réflecteurs coniques de quatre géométries de base – elliptique, zonale, hyperbolique et parabolique.

Lentilles pour lampe de croissance LED

La lumière émise par les LED peut être dirigée avec une lentille en faisceaux étroits ou larges. Les lentilles à large angle sont généralement utilisées pour diffuser largement la lumière et permettre une faible hauteur de suspension, c'est-à-dire une petite distance entre la LED et la canopée des plantes. Les lentilles à angle étroit sont utilisées lorsque la source lumineuse est suspendue en hauteur au-dessus de la zone cible.

Lentille secondaire pour lampe de croissance LED

La lentille secondaire ne fait pas partie du boîtier LED mais sera montée au-dessus des LED. Les lentilles vont resserrer le faisceau lumineux et améliorer l'efficacité du système, et seront généralement plus efficaces pour cela que la lentille primaire. Cependant, elles sont plus volumineuses et coûteuses. Les lentilles peuvent être en acrylique ou en verre.

La lentille offre également une protection pour la LED et peut faciliter l'étanchéité du luminaire contre la saleté et l'humidité.

LED grow light Surface Mounted Device SMDs

SMD signifie diode montée en surface et ces LED sont petites et fonctionnent généralement à moins de la moitié d'un watt chacune, ce qui nécessite donc un grand nombre d'entre elles pour un luminaire à haute puissance. Elles sont généralement disposées sur des plaques en aluminium en réseaux pour répartir la source lumineuse et permettre une dissipation efficace de la chaleur.

Les SMD répartis sur de longues barres LED ou des plaques rectangulaires permettent également une distribution plus uniforme de la lumière sur la canopée des plantes et réduisent la hauteur de suspension requise ainsi que le risque de points chauds comparé aux luminaires LED COB.

Lentille primaire de lumière de croissance LED

Une lentille primaire est montée directement sur la LED et fait partie du boîtier de la LED. La lentille primaire améliore l'efficacité du système en resserrant le faisceau lumineux afin que plus de lumière soit dirigée vers la canopée des plantes. Cependant, la lentille n'est pas parfaite et absorbe une partie de la lumière, mais c'est une solution de lentille à faible coût.

LED blanches pour lumière de croissance

Le type de LED le plus courant utilisé pour générer de la lumière blanche consiste à recouvrir des LED d'une couleur (principalement des LED bleues en InGaN) avec du phosphore pour former une lumière blanche. Ces LED sont appelées LED blanches à base de phosphore. Les photons « bleus » émis par une LED haute luminosité passent soit à travers la couche de phosphore sans altération, soit sont convertis en photons « jaunes » dans la couche de phosphore. La combinaison des photons « bleus » et « jaunes » conduit à la lumière blanche.

Les photons « bleus » émis par une LED haute luminosité passent soit à travers la couche de phosphore sans altération, soit sont convertis en photons « jaunes » dans la couche de phosphore. La combinaison des photons « bleus » et « jaunes » conduit à la lumière blanche.

LED blanches pour lumière de croissance - Température de couleur

La température de couleur ou TCC d'une source lumineuse est la température d'un corps noir idéal (objet solide avec certaines propriétés chauffé jusqu'au point d'incandescence) qui émet une lumière d'une teinte comparable à celle de la source lumineuse, et sa température est exprimée en kelvins (K). À mesure qu'un corps noir chauffe, la longueur d'onde de la lumière émise progresse à travers une séquence de couleurs du rouge au bleu.

L'augmentation de la quantité de revêtement de phosphore sur la LED bleue conduit à plus de phosphorescence et augmente le rapport « jaune » sur bleu. Cela résulte en une lumière « plus chaude » ou plus orange avec une température de couleur corrélée (TCC) plus basse, par exemple 3000K.

La diminution du revêtement de phosphore a l'effet inverse et la proportion de photons bleus émis est plus grande, ce qui donne un spectre lumineux « plus froid » avec une température de couleur corrélée (TCC) plus basse, par exemple 5000K.

Lumière de croissance LED - Indice de rendu des couleurs élevé

Les LED blanches à indice de rendu des couleurs plus élevé 'lissent' la courbe du spectre de sorte qu'il y a une répartition plus uniforme des longueurs d'onde dans la plage PAR. Cependant, cela n'augmente pas l'efficacité photosynthétique du spectre lumineux.

Lampe de croissance LED avec LED rouge profond 660 nm

Bien que plus coûteuses par watt, les LED rouge profond d'environ 660 nm sont très efficaces électriquement et sont ajoutées aux lampes de croissance pour augmenter l'efficacité du système.

Typiquement, un petit nombre de LED rouges 660 nm sont utilisées dans la plupart des lampes de croissance LED à spectre complet et le pic à cette longueur d'onde est visible sur le graphique du spectre de la lampe de croissance

LED UVA et Far Red pour l'éclairage de croissance

Certaines lampes de croissance incluent également des LED UVA d'environ 380 nm et des LED Far Red de longueur d'onde 730 nm. Ces longueurs d'onde ne sont pas dans la plage PAR standard, donc la lumière UVA ou Far Red supplémentaire n'est pas détectée par un capteur PAR. Cependant, ces longueurs d'onde génèrent la photosynthèse et contribuent à la croissance et au rendement.

Pilotes pour lampes de croissance LED

Les LED fonctionnent en courant continu (DC) mais l'alimentation secteur est en courant alternatif (AC). Pour alimenter les LED, nous avons besoin d'un dispositif pour convertir l'alimentation secteur AC en DC, que nous appelons un pilote LED.

Le pilote LED fournit également une protection électrique aux LED pour éviter les dommages causés par les surtensions, la surchauffe, etc.

Il existe deux types principaux de pilotes LED

Courant constant (CC) - Les LED sont principalement en connexion série et le pilote LED délivre une valeur de courant précise. Idéal pour la gradation.

Tension constante (CV) - Les LED sont principalement en connexion parallèle, idéal pour les bandes décoratives qui peuvent être coupées à la longueur requise. Non recommandé pour la gradation.

Caractéristiques du pilote LED

Courant/Tension nominal(e) - courant ou tension de sortie prédéfini(e) pour alimenter le nombre de LED qu'il alimentera et la puissance à laquelle elles seront pilotées.

Puissance nominale - Puissance de sortie du pilote. Tension de sortie x Ampères = puissance nominale

Efficacité - Le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée en %.

Les drivers de meilleure qualité ont tendance à être plus efficaces, à fonctionner plus frais et à durer plus longtemps.

Efficacité du driver LED

Les drivers LED ont une efficacité allant d'environ 80 % à 95 %. L'efficacité est une mesure de la puissance de sortie/puissance d'entrée et indique combien d'énergie sera perdue. Par exemple, un driver avec une efficacité de 90 % perd 10 % de la puissance qu'il consomme en chaleur. Pour avoir une lampe de croissance efficace et performante, elle doit avoir un bon driver LED avec une haute efficacité. Un driver LED est considéré efficace s'il a une efficacité de 90 % ou plus.

Fiabilité du driver LED

La panne la plus courante d'une lampe LED n'est pas les LED elles-mêmes mais le driver LED. Les drivers ont tendance à tomber en panne en raison de températures de fonctionnement élevées qui assèchent les condensateurs dans les circuits et le driver cesse de fonctionner. Un driver LED de bonne qualité et haute efficacité est nécessaire pour qu'une lampe de croissance soit fiable.

Types de gradation des lampes de croissance LED

TIl existe deux principales méthodes de gradation des lumières LED : la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et l'analogique.

Gradation PWM

Contrairement à l'éclairage traditionnel comme l'incandescent, cette méthode de gradation LED ne repose pas sur la tension pour influencer le niveau de luminosité. Au lieu de cela, un cycle « marche et arrêt » est utilisé. Ce cycle fonctionne en quelques millisecondes, donc à l'œil nu, vous ne remarquerez pas réellement qu'elles s'allument et s'éteignent.

Par exemple, si vous avez atténué vos lumières à 30 %, elles seront « allumées » pendant 30 % du temps et « éteintes » pendant les 70 % restants. Cela crée un effet de gradation optimal sans avoir à augmenter ou diminuer la tension atteignant la lumière.

Gradation analogique

Une approche plus simple pour le gradateur. L'analogique repose sur le contrôle du courant pour atténuer ou éclaircir les lumières. Baisser le courant atténuera les lumières, et à l'inverse, augmenter le courant créera une lumière plus brillante.

Autres fonctions du driver LED

La plupart des bons drivers LED auront également d'autres fonctions de sécurité telles que :

• Protection contre les surintensités
• Protection contre la surchauffe
• Protection contre les courts-circuits

Caractéristiques des lampes de croissance LED

Durée de vie des lampes de croissance LED

La sortie lumineuse de tous les types de luminaires diminue avec le temps. Les lampes de croissance sont utilisées environ de 12 à 20 heures par jour. En utilisant une moyenne de 15 heures par jour, les heures de fonctionnement par an seront de 365 x 15 = 5 475 heures. En général, les lampes de croissance doivent être remplacées après avoir réduit à 80 % de leur sortie initiale. Cela signifie remplacer les ampoules à halogénure métallique après 6 mois et les ampoules au sodium haute pression après 1 an. Les LED n'ont pas besoin d'être remplacées avant environ 4 ans d'utilisation

Les LED sont directionnelles

Les ampoules à incandescence et HID émettent la lumière dans toutes les directions, donc la lumière doit être réfléchie vers la canopée cible de la plante. Toute la lumière ne sera pas réfléchie et sera perdue sous forme de chaleur.

Les LED émettent la lumière dans une seule direction, donc moins de lumière doit être réfléchie, ce qui leur confère un avantage d'efficacité.

Le spectre des lampes de culture LED peut être réglé

Les lampes de culture LED peuvent utiliser différents LED blancs allant du blanc chaud au blanc froid, ajustant en fait le pourcentage de bleu dans le spectre. Des LED rouge profond, UVA et rouge lointain peuvent également être ajoutés pour modifier et « élargir » le spectre selon les besoins du cultivateur.

Les lampes de culture LED sont très efficaces

Il y a deux avantages à une efficacité plus élevée :

• Réduction de la consommation électrique - réduction des coûts d'exploitation
• Réduction de la chaleur émise

Les LED sont beaucoup plus efficaces que toute autre technologie d'éclairage et permettent aux cultivateurs de réduire les coûts d'exploitation et les niveaux de chaleur dans la zone de culture. La période de retour sur investissement pour les LED à haute efficacité est inférieure à 2 ans.

La réduction de la chaleur émise par les LED permet également aux cultivateurs d'augmenter l'intensité lumineuse dans les zones de culture pour une empreinte électrique égale ou moindre tout en maintenant la température ambiante.

Température de fonctionnement des lampes de culture LED

Les LED et les drivers LED durent plus longtemps lorsqu'ils fonctionnent à une température plus basse. Pour maximiser la durée de vie du driver LED, vous pouvez le placer dans un endroit frais à l'extérieur de la tente de culture et le suspendre afin d'optimiser le flux d'air autour de lui.

Les barres ou panneaux LED ont des dissipateurs thermiques à l'arrière. Assurez-vous qu'il y a suffisamment d'espace au-dessus et autour du dissipateur thermique pour permettre à l'air de circuler librement et à la chaleur de se dissiper. Si vous utilisez des ventilateurs d'extraction, vous pouvez diriger le flux d'air au-dessus de la lampe de culture LED pour augmenter le flux d'air et minimiser la température du LED.

Entretien des lampes de culture LED

Il n'y a pas de pièces mobiles sur la dernière génération de luminaires LED, mais vous pouvez garder le dissipateur thermique et les luminaires propres pour maintenir l'efficacité du dissipateur thermique et garder les températures de fonctionnement basses.

Beaucoup de lampes LED n'ont pas de lentilles ni de couvercles sur les LED et elles peuvent attirer la poussière ou l'humidité.

Cependant, de nombreux LED ont soit un revêtement en acrylique, soit en silicone. Dans ce cas, vous pouvez nettoyer la surface du LED. Éteignez la lumière et nettoyez délicatement avec un chiffon humide. N'utilisez pas de produits de nettoyage car ils pourraient endommager la surface du LED.