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Rina    458
Rina
LED et chaleur de Jorge Cervantes

Tous les appareils électriques produisent de la chaleur et les LED ne font pas l'exception. Une des difficultés lors de la création des premières diodes électroluminescentes fut d'empêcher la puce de fondre! Toute l'énergie consommée par une LED est convertie soit en lumière soit en chaleur. Plus la LED est efficace, plus elle produit de la lumière et moins de chaleur. Par exemple, une LED bleue ou blanche de grande qualité qui consomme près de 2,4 watts convertit 50% de cette énergie en lumière et produit 1,2 watts de chaleur. Cela ne semble pas beaucoup mais il faut savoir que la LED est composée d'une puce super fine (1 mm x 1 mm). Si la puce mesurait 30 mm x 30 mm, elle générerait plus de 1000 watts de chaleur! Une LED bas de gamme qui convertit seulement 20 pourcent de l'électricité en lumière, génère environ 1,92 watts de chaleur.

La chaleur doit être supprimée sinon la puce va surchauffer et défaillir. Plus la LED reste froide, plus elle sera efficace (et produira plus de lumière) et plus elle durera longtemps. L'émetteur (la puce LED) des LED de top qualité est fixé sur une base composée d'une céramique spécialement conçue pour la conduction de la chaleur. Les LED moins chères utilisent des petites pièces de métal.

A côté de la LED, il y a un circuit électronique spécial soudé qui est conçu pour transférer la chaleur. Le noyau métallique de ce circuit imprimé (MCPCB) est composé d'une fine couche d'aluminium recouverte d'une fine couche d'un matériau qui conduit la chaleur mais pas l'électricité. C'est la couche diélectrique. Plus la conductivité thermique (mesurée en watt par Kelvin – W/K) est élevée, mieux c'est. Les circuits bon marché ont une conductivité d'environ 0,5 W/K alors que les meilleurs d'1 W/K ou encore mieux, de 2,2 W/K. Il y a un peu de cuivre au-dessus de la couche diélectrique pour la conduction électrique et les points de soudure pour le montage des LED et une couche protectrice. Ces circuits imprimés sont souvent munis d'un puits thermique qui pourrait être équipé d'un ventilateur.

Dans certaines lampes, les LED sont montées sur un circuit imprimé classique en plastique pour économiser de l'argent. Ces circuits en plastique ne sont pas de bons conducteurs thermiques et provoquent la surchauffe des LED qui vont rapidement défaillir.

  t1463752130171.jpg Puissance nominale des LED

Il y a beaucoup de confusion autour de la puissance nominale des LED. Les LED sont exprimées en watt. Cependant, cette mesure ne représente pas la véritable consommation électrique en watt. Le wattage des LED (1, 3, 5, 10 watts, etc.) est une catégorie ou une famille de taux qui n'exprime en fait pas la vraie consommation énergétique d'une LED.

Une LED 1-watt LEDs fonctionne à 350 mA

Une LED 3-watt LEDs fonctionne à 700 mA

Une LED 5-watt LEDs fonctionne à 1000 mA

Une LED 10-watt LEDs fonctionne à 1500 mA

Note: Les LED plus grandes requièrent un voltage plus élevé et sont moins efficientes.

Ces "catégories de wattage" ont été créées pour standardiser les appareils électriques et pour permettre de combiner sur le même support des LED venant de fabricants différents. Ces standards ne concernent que les LED blanches et bleues. Le nom de chaque catégorie (classe) est assez précis – une LED 3 watt consomme aux alentours de 3 watts. Mais l'efficience des LED ont fortement augmenté et le voltage requis pour faire fonctionner une LED à 700 MA a diminué. Aujourd'hui, une LED courante 3 watt blanche ou bleue consomme environ 2,4 watts. Des LED de même classe mais de couleur différente consomme des taux différents d'électricité car les différentes couleurs utilisent différents matériaux et requièrent des voltages différents. Le wattage est calculé avec la loi de Ohm dont la formule: watts=volts x ampères (W=V x A). Voici un aperçu de la consommation moyenne des LED de la classe 3 watt en différentes couleurs: Rouge/ultra rouge—2.4 volts, wattage réel à 700 mA est de 2.4 volts × 0.7 watts = 1.68 watts; Bleu/bleu royal/blanc—3.4 volts, wattage réel à 700 mA est de 3.4 volts × 0.7 watts = 2.38 watts.

Brillance

Quand les LED sont "couplées" ou regroupées, elles peuvent produire assez de lumière pour une culture de cannabis médicinal. Un luminaire LED à 30,5 cm ou moins des plantes peut être une source de lumière efficace pour la culture de cannabis. En fonction du fabricant, les LED modernes produisent de 40 à 70 lumens par watt (lm/W). Les plus récentes et expérimentales produisent plus de 200 lm/W. En 2014, Cree Incorporated a mis en vente une LED qui produisait 152 lm/W. Mais vous lirez plus bas que les lumens par watt ne sont qu'une partie de l'histoire. La brillance de la LED est exprimée de deux manières différentes en fonction des longueurs d'onde. Les LED entre 640 nm et 460 nm sont exprimées en lumens. Les LED aux longueurs d'onde plus longues que 640 nm ou de moins de 460 nm sont exprimées en puissance radiante (flux radiant), en mW (milliwatts). Le lumen n'est pas un bon système pour mesurer le rendement des LED. Ce n'est pas un système linéaire ce qui signifie qu'il ne mesure pas toutes les longueurs d'onde/couleurs de manière égale. Il a été développé pour mesurer la lumière visible et la brillance apparente – comment l'intensité de la lumière est perçue par l'œil humain. Le lumen a été conçu pour mesurer la source de lumière blanche et pas pour mesurer la source de lumière monochromatique des LED. En outre, l'œil humain réagit à la lumière de manière extrêmement inégale. Les couleurs du centre du spectre visible, comme le vert, apparaissent beaucoup plus brillantes qu'une lumière rouge ou bleue de brillance pourtant égale. Cela explique pourquoi certaines LED de 660 nm ultra, proche de l'extrémité de la vison humaine, sont souvent classées dans les "longueurs d'onde dominantes 640 nm".

  t1463752151145.jpg Spectre

Note: Le spectre de chaque LED peut également déterminer la brillance et le rendement de la lumière. Les LED sont monochromatiques, contrairement aux CFL, fluorescentes, etc. Les LED produisent une seule couleur sur une gamme étroite de longueurs d'onde. Les LED blanches sont en fait bleues et parfois ultraviolettes. Certaines LED ont une couche de phosphore qui absorbe la lumière bleue et la re-émet à des longueurs d'onde plus élevées. La couche de phosphore contient un mélange de différents phosphores.

LA PLUPART DES LED DE CULTURE SONT COMPOSEES DE LED AUX LONGUEURS D'ONDE SUIVANTES:

ultra rouge 660 nm

rouge 630 nm

bleu 470 nm

bleu royal 450 nm

ELLES PEUVENT EGALEMENT INCLURE LES SUIVANTES:

rouge lointain 740 nm

orange (ambre) 617 nm

jaune 590 nm

vert 530 nm

UV (techniquement presque UV) 390 nm

Chaque longueur d'onde émet une couleur différente et combinées entre elles, elles créent la lumière blanche. Le mélange de couleur donne différentes températures et c'est ce qui crée la lumière blanche. Plus il y a de rouge et moins il y a de bleu, plus le blanc est chaud. Plus il y a de bleu et moins il y a de rouge, plus le blanc est froid.

Note: L'oeil humain perçoit les blancs froids plus lumineux que les blancs chauds. C'est pourquoi ils ont des taux de lumens plus élevés même si en réalité, ils ne produisent pas plus de photons.

La lumière blanche est catégorisée en température de couleur. C'est la température d'un "corps noir" (un objet qui ne reflète aucune lumière) qui a été chauffé jusqu'à ce que la lumière qu'il donne corresponde à la teinte de la source de lumière blanche. La température de couleur de la lumière blanche est égale à la température en kelvin de la surface du corps noir rayonnant.

Les lampes de culture LED tirent avantage des différentes longueurs d'onde disponibles chez les LED pour faire des lampes qui créent une lumière avec les longueurs d'onde les plus efficaces pour les plantes. En d'autres termes, les longueurs d'onde correspondent aux pointes d'absorption de la photosynthèse des plantes.

La technologie LED permet aux fabricants de composer un spectre qui produit de hauts taux de PAR. Rien que ce point, les rend beaucoup plus efficaces par watt.

  t1463752174102.jpg Ampoules et tubes LED

Un large éventail de LED modernisées peut être entassés dans une plus grande ampoule qui s'adaptera à tous les culots courants pour incandescentes. Ce type d'ampoules coûtent de 15 à 30 euros chacune et ne sont généralement pas suffisamment brillante pour la culture de plantes. Elles sont conçues pour remplacer les ampoules incandescentes. Par exemple, une ampoule LED de 15,5 watts remplace une incandescente de 75 watts.

Les tubes LED ont le format classique des fluorescentes T12, T8 et T5 mais ces tubes sont remplis de LED. Plus de 200 LED entrent dans un tube T12 de 121,9 cm. Mais toutes les LED ne se valent pas. Les tubes LED sont remplis de toutes petites LED. Un tube énergétiquement efficace T8 22-watts de 121,9 cm produit 1,248 lumens. Ils ne rentrent pas dans les luminaires conçus pour les fluorescentes T8. Ces tubes qui ne scintillent pas ont une durée de vie de plus de 50.000 heures.

Les tube T8 rouges sont 660 nm et contiennent 288 ampoules LED. Le spectre peut être divisé en bleu et blanc avec une proportion de 50/50 de LED de 420 nm/5500 K qui contient 144 LED rouges et 144 LED blanches. Certains luminaires permettent de mélanger des tubes LED avec des tubes de fluorescentes pour améliorer le spectre. Ces tubes restent froids et peuvent être fixés à quelques centimètres des plantes.

Luminaires LED

Généralement, un luminaire est une combinaison de différentes LED pour donner une lumière au spectre spécifique. Une série de LED individuelles peut être montée et reliée dans un seul luminaire qui peut être carré, rectangulaire ou rond. Le luminaire peut également contenir des tubes en verre T12 ou T8 remplis de LED.

Les luminaires les plus pratiques permettent de fixer des grappes de LED individuelles entassées dans une ampoule facile à remplacer. Ce type de lampe permet également de passer aux LED avec moins de frais.

  t1463752197194.jpg LED vs. lampes HID

On peut facilement comparer le wattage, le rendement en lumen et le rendement lm/W entre LED et HID. Mais comparer des milliwatts par mètre carré (mW/m2) et de watts PAR sont les véritables mesures de la lumière dont les plantes ont besoin pour la photosynthèse. Comparer les watts PAR donne la meilleure comparaison. Cependant, les LED ont différentes caractéristiques que les HID n'ont pas. Les LED produisent très peu de chaleur et peuvent être placées plus près de la canopée du jardin, ce qui donnera une lumière plus intense aux plantes*. La lumière des LED peut également être concentrée et dirigée au travers d'une lentille, ce qui en intensifie la luminosité. Ces facteurs ne peuvent être comparés que quand on prend en considération la brillance globale de la lampe.

Il y a également des détails de spectre dont il faut tenir compte. Les lampes LED peuvent contenir plusieurs centaines de LED dont chacune peut émettre un spectre différent. Les lampes sont conçues pour contenir des LED de spectre différents pour augmenter le taux de croissance des plantes. Cependant, j'ai eu de grandes difficultés à trouver la brillance précise dans les tests de lampes LED.

*Cf "La loi de l'inverse du carré" page 259, plus haut.

FIN DE VIE

Les LED on tune durée de vie de 25.000 à 50.000 heures et parfois plus. Elles faiblissent parfois. Les LED sont tellement nouvelles pour les jardiniers qu'il n'existe pas encore d'information spécifique sur quand les remplacer.

De nombreuses lampes LED ont une rangée de spectres regroupée ensemble dans la lampe. Une seule LED qui faillit ou est moins intense que les autres ne devrait pas affecter le rendement global de la lampe et nécessiter son remplacement. Globalement, je recommanderais de remplacer une lampe quand le rendement est réduit à 85 ou 95 pourcent. N'ayez pas peur des débris qui tombent quand vous manipulez des LED. Elles ne contiennent pas de mercure qui pollue l'environnement. Les LED et les luminaires peuvent être recyclés.

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