Guide complet des lampes de culture à LED

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

Pour pousser efficacement, les plantes ont besoin d’une intensité lumineuse beaucoup plus élevée que celle dont les humains ont besoin pour leur 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 bureau par exemple.

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

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

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

La mesure de l'intensité lumineuse pour la croissance des plantes est appelée rayonnement photosynthétiquement actif ou PAR et comprend des photons de longueurs d'onde allant de 400 nm à 700 nm ou du bleu foncé au rouge foncé. Il s’agit à peu près de la même gamme de longueurs d’onde que la gamme visuelle des humains. Les lampes de culture à LED émettent de la lumière dans la plage de photosynthèse dans le spectre lumineux requis pour une croissance saine des plantes.

Les lampes de culture à LED sont conçues pour résister à l'humidité élevée dans une salle de culture et seront capables de résister à l'eau condensée qui coule sur la lampe de culture. Les LED sont souvent protégées par un revêtement en silicone ou en acrylique et les connecteurs et câbles sont classés Ingress Protection (IP) afin qu'ils puissent fonctionner dans des conditions humides.

Qu'est-ce qu'une LED ?

Une diode électroluminescente (DEL) est un dispositif semi-conducteur qui émet une lumière d'une certaine longueur d'onde (couleur). Une puce, la partie de la LED qui émet de la lumière, est encastrée dans un boîtier en plastique ou en céramique. Le boîtier peut incorporer une ou plusieurs matrices. Lorsque la LED est polarisée vers l’avant ou allumée, les électrons sont capables de se recombiner avec les trous à l’intérieur du dispositif, libérant ainsi de l’énergie sous forme de photons. Cet effet est appelé électroluminescence.

Types d'emballages de lumière de culture LED

Les LED sont conditionnées dans quelques formats populaires.

Chip-on-Board ou « COB » fait référence au montage d'une puce LED nue en contact direct avec un substrat (tel que du carbure de silicium ou du saphir) pour produire des matrices de LED. Ces réseaux peuvent contenir des centaines de LED individuelles regroupées dans un petit carré ou un cercle et montées sur une base en aluminium ou en céramique. Ils varient généralement de 20 à 150 watts et disposent d'une large gamme d'options de température de couleur en fonction du revêtement phosphoreux spécifié.

Les LED COB présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux technologies LED plus anciennes, telles que les LED à dispositif monté en surface (« SMD »). Plus particulièrement, la technologie COB permet une densité de regroupement beaucoup plus élevée du réseau de LED, ou ce que les ingénieurs en éclairage appellent une « densité de lumen » améliorée. Cela peut être utile si vous souhaitez un luminaire de petite taille ou si vous souhaitez l'utiliser avec des lentilles ou des réflecteurs pour diriger la lumière dans un faisceau étroit.

Optique LED COB

Des réflecteurs et des lentilles peuvent être utilisés pour diriger la lumière de la LED et réduire le « débordement » de lumière qui constitue un gaspillage. Parfois, une combinaison de lentille et de réflecteur est utilisée.

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

Réflecteurs de lumière de croissance LED

Le réflecteur est un élément optique qui régule la propagation de la lumière du luminaire par réflexion. Il existe différentes surfaces réfléchissantes telles qu'un reflet miroir, un reflet diffus et un reflet mixte.

Les types de réflecteurs comprennent des réflecteurs coniques de quatre géométries de base : elliptique, zonal, hyperbolique et parabolique.

Lentilles de lumière de croissance LED

La lumière émise par les LED peut être dirigée avec une lentille en faisceaux étroits ou larges. Les lentilles grand 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 le couvert végétal. Les lentilles à angle étroit sont utilisées lorsque la source de lumière est suspendue au-dessus de la zone cible.

Lentille secondaire de lumière de croissance LED

La lentille secondaire ne fait pas partie du package LED mais sera montée sur les LED. Les lentilles rétréciront le faisceau de lumière et amélioreront l’efficacité du système et seront généralement plus efficaces que la lentille principale pour ce faire. Mais ils sont plus encombrants et plus chers. Les lentilles peuvent être en acrylique ou en verre.

La lentille protège également la LED et peut faciliter l'étanchéité du luminaire contre la saleté et l'humidité.

Lampe de culture LED, dispositif monté en surface, SMD

SMD signifie diode montée en surface et ces LED sont petites et fonctionnent généralement à moins d'un demi-watt chacune et beaucoup d'entre elles sont donc nécessaires pour un luminaire à haute puissance. Ils sont généralement disposés sur des panneaux d’aluminium en rangées pour répartir la source lumineuse et permettre une dissipation efficace de la chaleur.

Les CMS répartis sur de longues barres LED ou des plaques rectangulaires permettent également une répartition plus uniforme de la lumière sur le couvert végétal et réduisent la hauteur de suspension requise et le potentiel de points chauds par rapport aux luminaires LED COB.

Lentille primaire de lumière de croissance LED

Une lentille principale est montée directement sur la LED et fait partie du package LED. La lentille primaire améliorera l’efficacité du système en rétrécissant le faisceau de lumière afin que davantage de lumière soit dirigée vers le couvert végétal. Cependant, l'objectif n'est pas parfait et absorbe une partie de la lumière, mais constitue une solution d'objectif à faible coût.

LED élèvent des LED blanches

Le type de LED le plus couramment 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 les LED haute luminosité traversent la couche de phosphore sans altération, ou sont convertis en photons « jaunes » dans la couche de phosphore. La combinaison de photons « bleus » et « jaunes » conduit à une lumière blanche.

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

Lampe de croissance LED blanches - Température de couleur

La température de couleur ou CCT d'une source lumineuse est la température d'un radiateur idéal à corps noir (objet solide doté de certaines propriétés chauffé jusqu'au point d'incandescence) qui rayonne une lumière de teinte comparable à celle de la source lumineuse, et sa température est exprimée en Kelvins (K). À mesure qu'un corps noir devient plus chaud, la longueur d'onde de la lumière émet progresse à travers une séquence de couleurs allant du rouge au bleu.

L'augmentation de la quantité de revêtement de phosphore sur la LED bleue entraîne une plus grande phosphorescence et augmente le rapport « jaune »/bleu. Cela se traduit par une lumière « plus chaude » ou plus orange avec une température de couleur corrélée (CCT) inférieure de 3 000 K, par exemple.

La diminution de la couche de phosphore a l'effet inverse et la proportion de photons bleus émis est plus grande et la lumière est un spectre lumineux « plus froid » avec une température de couleur corrélée (CCT) inférieure de 5 000 K, par exemple.

Lampe de culture LED - CRI élevé

Les LED blanches à CRI plus élevé « lissent » la courbe du spectre afin qu'il y ait une répartition plus uniforme des longueurs d'onde sur la plage PAR. Cependant, cela n’augmente pas l’efficacité photosynthétique du spectre lumineux.

LED élèvent des LED rouge foncé 660 nm

Bien que plus chères par watt, les LED rouge foncé d'une longueur d'onde d'environ 660 nm sont très efficaces électriquement et sont ajoutées aux lampes de culture pour augmenter l'efficacité du système.

Généralement, un petit nombre de rouges de 660 nm sont utilisés dans la plupart des lampes de culture à LED à spectre complet et le pic à cette longueur d'onde est visible sur le graphique du spectre de la lumière de culture.

LED UVA et rouge lointain pour l'éclairage de culture

Certaines lampes de culture comprendront également des LED UVA d'environ 380 nm et des LED rouge lointain d'une longueur d'onde de 730 nm. Celles-ci ne sont pas dans la plage PAR standard, donc la lumière UVA ou rouge lointaine supplémentaire n'est pas détectée avec un capteur PAR. Cependant, ces longueurs d'onde génèrent la photosynthèse et contribuent à la croissance et au rendement.

Pilotes de lumière de culture LED

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

Le driver LED fournira également une protection électrique aux LED pour éviter tout dommage dû aux surtensions, à la surchauffe, etc.

Il existe les principaux types de pilotes de LED :

Courant constant (CC) – Les LED sont pour la plupart connectées en série et le pilote de LED fournit une valeur de courant précise. Idéal pour la gradation.

Tension constante (CV) – Les LED sont pour la plupart connectées en parallèle, idéales pour les bandes décoratives qui peuvent être coupées à la longueur requise. Non recommandé pour la gradation.

Caractéristiques du pilote LED

Courant/tension nominal : courant ou tension de sortie prédéfini pour répondre au nombre de LED qu'il alimentera et à la force avec 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 pilotes de meilleure qualité ont tendance à être plus efficaces, à fonctionner plus frais et à durer plus longtemps.

Les pilotes de LED auront une efficacité d'environ 80 % à 95 %. L'efficacité est une mesure de la puissance de sortie/puissance absorbée et indique la quantité de puissance qui sera perdue. Par exemple, un pilote ayant un rendement de 90 % perd 10 % de l’énergie qu’il consomme pour chauffer. Pour avoir une lampe de culture efficace et efficiente, elle doit disposer d'un bon driver LED à haute efficacité. Un pilote de LED est considéré comme efficace s’il est efficace à 90 % ou plus.

Fiabilité du driver LED

La panne la plus courante d’un éclairage LED ne concerne pas les LED elles-mêmes mais le pilote de LED. Les pilotes ont tendance à tomber en panne en raison de températures de fonctionnement élevées qui assèchent les condensateurs des circuits et le pilote cessera de fonctionner. Un driver LED de bonne qualité et à haute efficacité est nécessaire pour qu'une lampe de culture soit fiable.

Il existe deux méthodes principales pour atténuer les lumières LED : la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et l'analogique.

PWM : contrairement à l'éclairage traditionnel tel que l'éclairage à incandescence, cette méthode de gradation des 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 leur allumage et leur extinction.

Par exemple, si vous avez réglé l'intensité de vos lumières à 30 %, elles s'allumeront pendant 30 % du temps et s'éteindront pendant les 70 % restants. Cela crée un effet de gradation optimal sans avoir à augmenter ou diminuer la tension atteignant la lumière.

Analogique : une approche plus simple de la gradation. L'analogique repose sur le contrôle du courant pour atténuer ou éclaircir les lumières. Réduire le courant atténuera les lumières et, à l’opposé, augmenter le courant créera une lumière plus brillante.

La plupart des bons pilotes de LED auront également d'autres caractéristiques de sécurité telles que :

• Protection contre les surintensités
• Protection contre la surchauffe
• Protection de court circuit

Caractéristiques des lampes de culture LED

Le rendement lumineux de tous les types de luminaires diminue avec le temps. Les lampes de culture sont utilisées environ 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 règle générale, les lampes de culture doivent être remplacées après avoir réduit à 80 % leur puissance d'origine. Cela signifie remplacer les ampoules aux halogénures métalliques après 6 mois et les ampoules au sodium haute pression après 1 an. Les LED ne doivent être remplacées qu'après environ 4 ans d'utilisation

Les LED sont directionnelles

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

Les LED émettent de la lumière dans une seule direction et ne doivent donc pas réfléchir autant de lumière et présentent donc un avantage en termes d'efficacité.

Le spectre de lumière LED Grow peut être réglé

Les lampes de culture à LED peuvent utiliser différentes LED blanches allant du blanc chaud au blanc froid, ajustant ainsi le pourcentage de bleu dans le spectre. Des LED rouge profond, UVA et Far Red peuvent également être ajoutées pour modifier et « élargir » le spectre selon les besoins du producteur.

Les lampes de culture à LED sont très efficaces

Une efficacité accrue présente deux avantages :

• Consommation électrique réduite - coûts de fonctionnement réduits
• Puissance calorifique réduite

Les LED sont beaucoup plus efficaces que toute autre technologie d'éclairage et permettent aux producteurs de réduire les coûts de fonctionnement et les niveaux de chaleur dans la zone de culture. La période d’amortissement des LED à haut rendement est inférieure à 2 ans.

La production thermique réduite des LED permet également aux producteurs d'augmenter l'intensité lumineuse dans les zones de culture pour une empreinte électrique égale ou inférieure et de maintenir la température ambiante.

Température de fonctionnement de la lampe de culture LED

Les LED et les pilotes de LED dureront plus longtemps à mesure qu'ils fonctionneront à basse température. Pour maximiser la durée de vie du pilote LED, vous pouvez le placer dans un endroit frais à l'extérieur de la tente de culture et le suspendre afin que le flux d'air autour de lui soit optimisé.

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 sur le dessus de la lumière de croissance LED pour augmenter le flux d'air et minimiser la température de la LED.

Entretien de la lampe 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 maintenir les températures de fonctionnement basses.

De nombreuses lampes LED n'ont pas de lentilles ou de caches sur les LED et elles peuvent attirer d'abord l'humidité.

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