CAPSISPOT : Spot LED d'éclairage de plantes par COB de puissance monté sur ventirad

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Tomo Croqueuse Document préparé par Papo4334



Sommaire

Préambule

Ventirad et COB 50W
les mêmes en test

Ce document vise à consigner les réflexions relatives à la conception, réalisation et expérimentation de "spots" d’éclairage LED “DYI” à base COB de forte puissance (de 30 à 100W nominal) qui se caractérisent par :

  • un montage du COB sur un ventirad
  • une alimentation en courant constant

Voir le chapitre terminologie, plus loin dans ce document, pour une définition des termes COB et ventirad.

Le terme CAPSISPOT a été choisi arbitrairement (pendant de CAPSIKIT") pour simplifier la désignation de de cette solution d'éclairage.

Les différentes variantes seront désignées par CAPSISPOT "nn" "spectre", avec nn

  • nn qui indique le puissance nominale du COB utilisé
  • spectre : qui précise le spectre de ce COB, comme BF pour blanc froid ou 6500K , BN pour blanc neutre ou 4500 K, ou encore FS pour Full Spectrum (voir plus loin)


Exemples de réalisations par des "tomodoriens"

Afin de se faire une idée de ce qui est envisageable avec cette approche technique et d'entamer la lecture de ce document, le lecteur qui le souhaite peut préférer commencer par la lecture des documents suivants qui présentent des exemples de réalisation :


La poupo de Heidi, avec la même technologie, fait l'objet du sujet "poupo en lorraine" sur le forum. On y trouve au fil du temps et des messages, la conception, la réalisation et enfin l'utilisation de cette poupo.

Terminologie

COB 30W BF
COB 50W FS
COB vissé sur ventirad


  • COB : abréviation de Chip on Board ; désigne une LED réalisée par assemblage sur un seul circuit de multiple LED unitaire de puissance moindre (typiquement de 1 à 3W) permettant d'atteindre des puissances importantes, typiquement dans le plage 20 à 100 W nominal (comprendre maximal).
  • ventirad : contraction de ventilateur + radiateur ; désigne le système employé dans les ordinateurs pour assurer le refroidissement des unités centrales (processeurs ou CPU) et parfois des processeurs graphiques (GPU)
  • driver : dans notre contexte, désigne une alimentation en courant constant (le nombre d'Ampères est fixe) pour LED ; les alimentations courantes sont des alimentations en tension constante (par exemple 5 V pour un chargeur de téléphone mobile, 20V pour une alimentation d'ordinateur portable ; 12 V pour une alimentation de barres rigide LED, ...)
  • CPS50 "SP" : désigne un capsispot utilisant un COB 50W dont le spectre "SP" pourra être BF, BN, BC, FS (pour Blanc froid, Blanc Neutre, Blanc Chaud, ou Full Spectrum)
  • CPS100 "SP" : désigne un capsispot utilisant un COB 100W dont le spectre "SP" pourra être BF, BN, BC, FS


Objectifs et exigences

Globalement l'objectif premier est de proposer une alternative DIY (Do It Yourself ou bricolage maison), moins chère, voire bien moins chère, à l'achat et en fonctionnement aux lampes horticoles ou aux spots LED tous faits du commerce.

Dans notre contexte d'éclairage pour la croissance des plantes, les principaux domaines d'application visés sont :

  • l'éclairage des pouponnières ou chambres de culture de grande hauteur (typiquement entre 1 et 2 m de haut)
  • l'éclairage d'appoint, hors pouponnière, par exemple pour hiverner de plantes pluriannuelles qui ne résisteraient pas au froidures hivernales dont notamment les capsicums.


Info le fait que les capsispots se présentent, globalement, comme des spots laisse tout loisir au jardinier pour les disposer à sa guise en fonction des plantes à éclairer . La principale contrainte est liée à la puissance de la source lumineuse, quasi ponctuelle, qui impose une distance minimale suffisante entre les plants et les capsispots. Souvent il sera indispensable d'installer quelques capsispots pour réaliser un éclairage complet de la zone de culture.

prix de revient et rendement

Le double objectif de minimiser à la fois l'investissement initial et les frais de fonctionnement, impose quelques contraintes et obligatoirement un compromis.

frais de fonctionnement et rendement

Les frais de fonctionnement se résument, presque exclusivement, au coût de l'énergie électrique pour faire fonctionner les capsispots à raison de 12 à 14 h par jour. Pour une puissance donnée d'éclairage utile à la croissance reçu par les plantes, minimiser les frais de fonctionnement revient donc à maximiser (tout en restant à un coût d’acquisition faible)

  1. le rendement photosynthèse du spectre émis -- en relation avec la courbe de rendement de la photo synthèse en fonction de la longueur d'onde de la lumière émise
  2. le rendement lumineux de la source de lumière -- ratio entre l’énergie électrique consommée et celle produite sous forme de photons utilisables par les plantes
  3. le rendement de l'alimentation de cette source -- ratio entre le nombre kWh comptabilisés sur le compteur et ceux fournis à la source lumineuse

On peut négliger la consommation électrique du ventilateur (inférieur ou égale à 1 W par spot dans la solution retenue).

Investissement initial

Priorité est donnée aux solutions qui permettent i) de trouver les composants à acheter à des montants faibles à très faibles et ii) de pouvoir profiter au mieux de matériels existants qui terminent généralement au rebut et sont donc trouvable assez facilement sans dépenser 1 centime (recyclage, seconde vie).

  • les composants à acheter sont les LED et leur alimentation : la priorité sera donné aux moins chers, quitte à faire certains compromis. C'est ce qui conduit vers les LED de type COB.
  • le "récupérable" concerne le refroidissement actif des LED (indispensable au niveau de puissance cible) et l'alimentation de ce refroidissement. Il s'agit donc du ventirad.

modularité

Pour répondre à des besoins multiples et qui différent par la surface de culture à éclairer, la taille des plantes, les phase des croissance (végétative ou générative), il est important qu'un éclairage global puisse se réaliser par un petit nombre (typiquement de 2 à 8 pour nos besoins de jardiniers amateurs) de capsispots qui pourront :

  • être installés individuellement aux emplacement les plus propices
  • être allumés/éteints individuellement (pas forcément tous simultanément)
  • fournir une lumière avec un spectre différent pour, par assemblage, répondre au mieux aux besoins des plantes cultivées.



Choix structurants

les choix

Afin de satisfaire au mieux aux exigences ci-dessus, les choix structurants pour réaliser un capsispot sont les suivants :

Info Les puissances électriques en dessous de 50W sont ignorées car cela ne justifie plus l’utilisation d'un refroidissement actif par ventirad. Il vaut mieux alors penser à l'utilisation de paruls -cf document CAPSIKIT-
  • LED: choix des COB "noname" d'une puissance de 50 ou 100 W (CSP50, CSP100) ; ces COB seront utilisé dans la plage de 50 à 75% de leur nominal, ce qui nécessite un refroidissement actif. Ces COB sont réalisé par l'assemblage dans une même puce (chip ou bead) d'une matrice de LED 1W ; les COB 50 W avec une matrice 5*10, les 100W avec une matrice 10*10. De ce fait, dans nos condition d'utilisation, leur tension d'alimentation est voisine de 32 V (10 fois celle d'une LED 1W) et l'intensité maximale est de environ 1500 mA et 3000 mA (ce qui correspond à ~ 300 mA par LED 1 W sous 3.3W).
  • alimentation : choix de drivers en courant constant, à prix raisonnable et donc sans "dimmer" intégré
  • refroidissement actif : utilisation de ventirad (prévus pour CPU), si possible de récupération
Info Pourquoi ne pas se contenter du radiateur du ventirad, sans ventilateur ?
  1. le rendement des LED diminue avec la température de jonction (TJ), plus on arrive à refroidir la platine support du COB, plus basse sera la TJ, meilleur sera le rendement (ratio d'énergie restituée sous forme de lumière, sur énergie totale consommée)
  2. plus la TJ est faible, plus la durée de vie effective des LED est longue et s'approchera des 30 à 50 000 heures théoriques.
  • alimentation du ventilateur du ventirad : l'expérience à montré qu'au niveau visé, il était suffisant d'alimenter le ventilateur sous 5 V (au lieu des 12 V nominaux) pour des CPS50. Ce choix permet d'utiliser les chargeurs de téléphone mobile pour cela, dans la mesure du possible en recyclage.

justification de ces choix

  • A ce jour la technologie LED est celle, qui à coût restant raisonnable, procure le meilleur rendement énergie lumière sur énergie électrique consommé --> réponse à l'exigence double exigence de coûts d'investissement et de fonctionnement faibles.
  • parmi les LED, dans la plage de puissance cible (de 30 à 100 W, les COB "noname" sont celles qui sont les moins onéreuses, tout en ayant un rendement correct. Il existe des COB de grandes marques avec un meilleur rendement (par exemple chez CREE ou NICHIA) mais elles ont bien plus chères. --> le compromis se fait à ce niveau.
  • la plage d'utilisation entre 50 et 100% du nominal est celle qui nous semble optimale (après tests) pour un bon rendement et pour une durée de vie longue (en se rapprochant trop de 100%, on diminuerait le rendement, on diminuerait l’espérance de vie et on serait forcé de faire tourner le ventilateur à plus de 5V donc avec des alimentations 9 ou 12V plus rares et plus chères)
  • le ventirad a prouvé dans les PC qu'il était une excellente solution de refroidissement de "puces" consommant quelques dizaines de W sur quelques cm² ; les COB envisagés sont donc parfaitement adaptées ; enfin, avec la durée de vie moyenne des ordinateurs, il est très facile de trouver des ventirads sur des carcasses de PC au rebut.
  • les tests ont prouvé sur les COB 50W (probable mais à valider avec les 100 W, selon le modèle de ventirad) qu'il est suffisant de faire tourner les ventilateur sous 5 W. C'est parfait puisque i) les alimentations 5 V existent en quantité y compris en recyclage, ii) à cette vitesse les ventilateur ne sont pas bruyants et consomment très peu d'énergie.

conséquences de ces choix

Le choix de ce niveau de puissance a pour conséquence des sources lumineuses quasi ponctuelles très puissantes ce qui impose :

  • un distance minimale d'au moins 30 cm entre le haut des plantes et les COBs ;
  • dans le cas de pouponnières ou de chambres de culture, une hauteur significative, typiquement au delà de 1 m ;
  • l'obligation d'un refroidissement actif (le "venti" du "ventirad") (alors qu'avec des LEDs utilisées à une puissance effective de l'ordre de 4W on peut parfaitement se contenter d'une dissipation passive -cf. par exemple les "paruls" présentés dans un autre document du Tomowiki)

Caractéristiques principales d'un CAPSISPOT

Spectre et puissance des COB envisagés

Comme vu ci-avant les puissances retenues sont celles de 50 et 100 W nominaux utilisés vers 30 et 66 W respectivement.

Nous n'avons pas les moyens de mesurer le rendement photon/électricité de ces COB et les spécifications vendeurs de ces COB bon marché ne peuvent être considérées comme fiables , mais divers tests et recoupements permettent de penser que ce rendement se situe autour de 45% (entre 40 et 50%). Dans cette hypothèse, la puissance lumineuse délivrée, dans nos conditions d'utilisation (intensité du courant traversant les LED à environ 2/3 du maximum) serait :

  • CPS50 : ~ 13.5/15 PAR W -- PAR W, énergie mesurée en W, des photons émis par le capsispot
  • CPS100 : ~ 27/30 PAR W

Dans cette gamme, les "spectres" disponibles sont blanc froid, blanc neutre, blanc chaud et full spectrum, ci-après BF, BN, BC et FS.

Info il existe d'autres "spectres" pour ces COB, comme IR (infra-rouge), DR (Deep Red), BL (Blue) ; Il ne sont pas utilisés pour les capsispots, mais rien n'empêche de les utiliser pour un besoin particulier différent des nôtres.


Le document PMAEL:_Spectre_de_la_lumière_produite_par_des_LED_et_son_efficacité dans ce Tomowiki présente une synthèse de ce qui peut être utile à retenir quant au besoins des plantes et l'effet de la lumière, selon les couleurs qui la compose, sur la photosynthèse.

Choix et achat des COBs

En novembre 2016, il semble bien qu'il y ait deux gammes bien distinctes de produits. Elles se différencient essentiellement par le montage, peut-être par la qualité des composants individuels et, à l'évidence, par le prix.

Le plus simple pour les reconnaitre visuellement est la forme et la taille de la platine/diffuseur sur lequel sont montées ces COBs.

Gamme 1 Gamme 2


Les prix sont fortement dépendants de la la gamme, puisque ceux du "haut de gamme" sont en moyenne 5/7 fois plus chers que les autres (passant de le fourchette 1/2,50€ à la fourchette 6/14€).

La différence de prix est elle justifiée ? Difficile à dire, car je pense que c'est probablement au niveau de la longévité que cela va se jouer.

Info A titre personnel j'ai opté pour le haut de gamme, en considérant que puisque le ventirad de récupération ne me coûtait rien je pouvais y consacrer une partie de la somme économisée


le ventirad et la fixation du COB

Rien de particulier à dire sur le ventirad lui même, si ce n'est que tous les ventirads de récupération semblent bien convenir. Dans ce cas de recyclage d'un vieux ventirad, il est quand même utile de vérifier que le ventilateur n'est pas bruyant quand il est alimenté en 5V ; le cas contraire traduirait une usure déjà importante du ventilateur, sans même parler de la nuisance sonore.

Pour fixer le COB, sur le ventirad, le plus simple me semble être la méthode suivante :

  • si c'est un ventirad recyclé, bien dépoussiérer l'espace entre les ailettes du radiateur (pinceau à poils longs ou, mieux, souffleur genre gonflage de pneumatiques)
  • bien nettoyer et dégraisser le ventirad et le dos du COB -- par exemple avec un papier absorbant imbibé d'alcool de ménage
  • déposer et étaler au centre du dos du COB une très mince couche de pâte ou colle thermique
  • déposer une micro goutte de colle genre superglue en gel à prise rapide aux quatre coins du dos du COB
  • positionner le COB à la place prévue sur le ventirad et presser fortement pendant quelques secondes
  • laisser le collage finir de prendre pendant quelques minutes sans manipuler le montage

Protection contre la surchauffe par un thermostat interrupteur

Info Mise en garde : Pratiquement tous les KSD9700 achetables en ligne sont des modèles avec une capsule métallique pour y loger le bilame interrupteur (cf. la photo). Nombre de vendeurs, mais pas tous, signalent que ces capsules ne sont pas isolantes et qu'il est IMPÉRATIF d'utiliser le manchon isolant fourni avec. Ne jamais les mettre en contact direct avec un pièce métallique (ici le radiateur dissipateur). A minima, il faut enfermer la capsule dans une gaine isolante thermo-rétractable.

Thermostat bilame 45°C NO

Afin de se protéger contre un risque de panne de ventilateur qui entraînerait une surchauffe du COB pouvant rapidement conduire à sa destruction, il est possible et même recommandé d'installer un thermostat interrupteur bilame sur le radiateur du ventirad sur l'alimentation du driver correspondant.

Le modèle qui semble le plus approprié est un modèle KSD 9700 calibré à 45°C type O (ancienne dénomination NF pour "Normalement Fermé" ou encore NC en anglais)

la température du radiateur est généralement environ 10°C au dessus de la température ambiante et donc en principe en dessous de 40°C ; atteindre 45°C dénote une anomalie (probablement du ventilateur) et il est donc prudent d'éteindre le COB

  • il coupe le circuit dès que la température du radiateur dépasse 45°C (nota : il le rétablit dès lors que cette température descend en dessous de ~30/35°C)
  • la tête de sonde est très facile à fixer sur le radiateur (entre ou contre les ailettes)
  • le coût en est très faible (~1 € soit 3 à 10 fois moins que le COB qu'il protège) ce qui justifie pleinement cette protection.

Nota: on peut également placer cet interrupteur entre le driver et le COB, voire même utiliser un relais pour éviter le réarmement automatique


alimentation du COB et du ventilateur

Info 'Mise en garde' : il s'agit de montage électrique pouvant présenter des risques; il est déconseillé de se lancer dans ce type de montage sans une connaissance minimale de ces risques et des moyens de les prévenir, en particulier il est fortement conseillé de brancher ce type de montage derrière un disjoncteur différentiel 30 mA. 'Nous déclinons toute responsabilité en cas de mauvais montage'.

Différentes raisons dont i) le rendement du COB, ii) limiter la chaleur générée ii) la longévité du COB, nous conduisent aux recommandations suivantes :

  1. Alimenter le COB, en courant constant, à environ 65 à 70% de son nominal (qui est en fait son maximum) : soit entre 900 et 1050 mA pour un COB 50W au nominal de 1 500 mA, ou entre 1 800 et 2 100 mA pour un COB 100W
  2. Dans le cas de plusieurs COB sur un seul driver on peut envisager de les mettre en // ou en série. Pour la fiabilité de l'ensemble (notamment ou un COB grillerait et passerait en court circuit) il convient de privilégier un montage en série.

La seule contrainte est que le voltage en sortie de driver va rapidement augmenter : il faudra pendre grand soin de bien isoler les connexions et brancher l'ensemble derrière un disjoncteur différentiel 30 mA.

Pour le branchement du ventilateur l'expérience à montré que si le radiateur du ventirad est de taille suffisante, il est largement suffisant d'alimenter le ventilateur en 9V DC (courant continu et pas alternatif) ou même en 6V DC. Ce choix qui fait tourner ce ventilateur nettement moins vite qu'en 12V

  • i) est suffisant à un bon refroidissement du COB
  • ii) fait que le bruit du ventilateur devient très faible (presque inaudible)
  • iii) permet de très fortement augmenter la durée de vie du ventilateur


Nota :

  • la puissance électrique consommée par le ventilateur de ventirad est très faible de l'ordre de 1 à 2 W : inutile de prendre une alimentation puissante et coûteuse. On peut également alimenter plusieurs ventilateurs en // sur une même petite alimentation.
  • Comme les alimentations 9V et 6V sont bien plus rares que celles en 12V DC, dès lors que l'on installe plusieurs capsispots (en nombre pair) il est possible de les brancher en série de 2 ventilateurs identiques sur une même alimentation 12V (ce qui leur fournit 6V chacun)
  • une autre solution avec une alimentation 12 V est de brancher le ventilateur en série avec une résistance de environ 15 Ohms (attention prendre un modèle de résistance au moins 3 W), selon le ventilateur cela devrait faire chuter sa tension d'alimentation entre 7 et 9 V. Nota: la résistance de 15 Ohms peut être réalisée avec 3 de 10 Ohms (en en mettant en série 1 puis 2 en //)

exemple de capsispot CPS50 FS

Exemple de capsispot
  • COB 50W 'Full Spectrum'
  • driver 900 mA, 30W
  • puissance électrique consommée : ~ 28.8 W
  • puissance lumineuse estimée : ~ 13 PAR W
  • ventirad recyclé
  • alimentation de 5 V recyclée pour le ventilateur
  • coût : entre 15 et 20 € (en blanc froid, ou blanc chaud ce serait ~5 € de moins)

A titre de comparaison il faudrait environ 55 € pour une ampoule CFL dite "floraison" de 200 W et son réflecteur, pour un éclairage plus ou moins équivalent à un ensemble de 2 CPS50 FS et 2 CPS50BN. Avec une seule source de lumière le kit CFL est moins adapté à un bon éclairage uniforme des plantes (penser aux ombres dur le feuillage du bas) que 4 CPS bien disposés et orientés.


Info la mesure en lux peut sembler basse : il faut de souvenir qu'avec une courbe spectrale comme celle Full Spectrum, un luxmètre va généralement indiquer une valeur en lux 3 à 4 fois moindre qu'avec la même puissance lumineuse en spectre blanc neutre. C'est en raison de la pondération des mesures en lux des luxmètres qui privilégient les couleur du centre de la plage visible (vert, jaune, orange) au détriment des couleurs des extrémités de cette plage, le beu et le rouge qui sont très majoritaire dans un Full Spectrum.




Info Rien n'interdit de choisir un autre modèle de COB (avec des produits de grande marque comme CREE ou NICHIA) ou des puissances en dessous de 50W ou au delà de 100W, mais il reviendra à l'utilisateur de refaire les études concernant leur alimentation, leur refroidissement et leur apport en énergie lumineuse.




comparaisons entre CAPSISPOTS et des lampes horticoles du commerce

lampes CFL de grande puissance

Il n'est pas très facile de comparer des éclairages de nature différentes avec des spectres différents.

Tout en gardant à l'esprit les limites des lux et lumens pour comparer des puissances et intensités lumineuses pour les plantes (puisque ces valeurs sont faites pour représenter la sensibilité de l'oeil humain aux différentes longueurs d'ondes -couleurs-), divers tests, confirmés par des recoupements semblent indiquer que l'éclairement utile sur les plantes, produit par une CFL de 200 W avec son réflecteur est comparable à celui produit par 2,5 COBs 50W utilisés vers 30W réels chacun.

Quelques éléments de comparaison :

Info Gardons à l'esprit

d'un côté qu'il ne faut pas prendre pour argent comptant les affirmations des vendeurs (quant aux lumens produits) et que souvent celles des vendeurs de COB sont plus optimistes que celles de vendeurs de CFL,

d'un autre côté que la puissance lumineuse des COB varie peu avec le temps alors qu'il faut changer les CFL tous les 2 ou 3 ans car elles perdent de 10 à 15 % de leur puissance chaque année.


  • une CFL horticole croissance 150 W 6400 K est donné pour 5 500 lumens, soit environ 3 700 lux à 1 m sous la lampe munie d'un réflecteur standard ; il faut donc environ 338 W pour 10 000 lux à 1 mètre en CFL.
  • un COB blanc froid 50 W (spectre le plus comparable) sous 900 mA est donnée pour 3 000 lumens, soit environ 2 300 lux à 1 m sous le COB; il faut donc ~153 W pour 10 000 lux à 1 mètre en COB (en tenant compte des 15% perdu dans l'alimentation)
  • le rendement réels des capsispots est donc (au moins) 2 fois supérieur à celui des CFL !
lampes HID : MH ou HPS

Ce sont des lampes dites à Haute Intensité de Décharge. On y trouve les famille MH (Metal Halide) et HPS (High Pressure Sodium). Les 2 modèles d'ampoules nécessitent un ballast et un réflecteur.

Elles n'existent que dans des très forte puissance (de 150 ou 250 W minimum jusqu'à 1 000 W)

lampes MH
  • Les MH se caractérisent par spectre froid avec un CCT entre 6 500 et 7 000K.
  • Elles ont un rendement supérieur aux CFL (typiquement 30 à 50%) et ont une plus longue durée de vie, mais sont plus onéreuses (typiquement 90€ pour un kit 250W avec ampoule , ballast et réflecteur) et dégagent beaucoup plus de chaleur.
  • Une ampoule 250 W MH produit typiquement 20 000 lumens.
  • Elles sont principalement utilisées pour la croissance végétative.
lampes HPS
  • Les HPS ont un spectre beaucoup plus chaud que les MH avec une prédominance du orange et du rouge
  • Elles sont mieux adaptées à la croissance générative.
  • Leur rendement est comparable aux bonnes LEDs récentes et probablement (au moins pour les lampes de 400 ou 600 W, nettement moins certain pour les 250 W) légèrement supérieur aux COB qui nous intéressent.
  • Leur prix est approximativement le double de celui des HPS (typiquement 170 € pour un kit 250W avec une ampoule, un ballast et un réflecteur).
Eléments de comparaison
  • une MH de 250 W produit ~ 20 000 lumens, soit, avec un réflecteur, environ 13 000 lux à 1 m sous la lampe ; on peut obtenir un peu plus (en lux) avec 3 CPS100 BF pour une consommation 30 % inférieure.
  • une HPS de 250 W produit ~ 28 000 lumens, soit, avec un réflecteur, environ 18 000 lux à 1 m sous la lampe ; il faudrait presque 4 CPS100 pour obtenir le même nombre de lux (soit une consommation de 240 W à peine inférieure à celle de la HPS);
Conclusions
  • le prix d'investissement et le prix de fonctionnement des ampoules HPS (considérées comme ce qui se fait de mieux actuellement) est donc comparable à celui des capsispots.
  • la principale différence tient au fait que i) les meilleures HPS sont celles de 400W ou 600W donc avec une puissance individuelle environ 10 fois plus importante et ii) il semble plus facile, avec les capsispots, par une combinaison de spectre, de produire une lumière optimale pour les plantes.

En bref, par rapports aux capsispots, objets de ce document, les lampe HPS présentent

  • des avantages pour les très grosses installations professionnelles
  • des inconvénients pour les petites surfaces de cultures des jardiniers amateurs.

Drivers pour les différents modèles étudiés

généralités

Chaque driver, afin d'optimiser son rendement, doit être dimensionné pour que sa puissance effectivement consommée soit dans la plage 66 à 95% de son nominal.

Les drivers "dimmables" sont pourvus d’un système de gradation de lumière (dimmer) qui permet de faire varier la puissance (parfois seulement dans une plage de 40 à 100% de ses possibilités). Dans notre logique de prix minimalistes, nous ne prenons en compte que les drivers non dimmables.

Un driver se caractérise i) par l'intensité du courant qu'il délivre et ii) par la plage de tension qu'il est capable de maintenir pour délivrer cette intensité.

Avec un driver il est donc possible d'alimenter en série un ou une série de COB à l'intensité de courant spécifiée. le nombre de COB est conditionnée par la tension maximale et minimale qu'il peut fournir.

Une autre possibilité avec un driver est d'alimenter plusieurs lignes (identiques) de COB en parallèle avec les caractéristiques suivantes :

  • l'intensité dans chaque ligne est (à très peu de chose près) l'intensité nominale divisée par le nombre de lignes mises en //.
  • la tension (de chaque ligne) doit se situer dans la plage de tension supportée par le driver
  • la puissance totale consommée doit être au maximum de 95% du nominal indiqué pour ce driver.

drivers pour CPS50

caractéristiques imposées =
  • la tension réelle constatée sous 900 mA est proche de 32 V, un peu plus sous 1000 mA
  • intensité délivrée dans la plage 900 à 1000/1050 mA (ou un multiple en cas de mise en parallèle)
  • puissance minimale 30W en 900 mA, 36 W en 1000 mA (ou un multiple en cas de mise en parallèle ou série) -- il est bien de prévoir au moins 5% de marge et donc plutôt 32 à 36 W de puissance nominale pour le driver
  • vérifier que la plage de tension mini/maxi du driver considéré correspond bien à votre montage avec un marge de quelques % (>32V pour un SPS50 seul, un multiple si mise en série)
produits
Exemple de driver 900mA


Info Il me semble que la cible idéale serait une intensité de 1 000 mA. A ce jour je n'ai pas trouvé de driver à prix très bas pour cette intensité. Ma recherche infructueuse ne prouve pas que cela n'existe ou n'existera pas.

En montant 2 CPS50 en parallèle, on peut utiliser un driver 2000mA mentionné ci-après pour CPS100






Au jour d'écriture de ce document (novembre 2016), après une longue recherche, on trouve (difficilement) au moins un modèle de driver qui répond à nos critères :

  • modèle 900mA 36W, à un peu moins de 6€ pièce (vendu par 5).
Info Comme la situation peut changer rapidement, le mieux est d'utiliser une des deux recherches suivantes pour découvrir ce qui est disponible à un moment donné :
  • constant current LED driver 900mA 36W
  • constant current LED driver 1000mA 36W


drivers pour CPS100

caractéristiques imposées =
  • la tension réelle constatée sous 1 800 mA est proche de 32 V
  • intensité délivrée dans la plage 1 800 à 2 000/2 100 mA (ou un multiple en cas de mise en parallèle)
  • puissance minimale 60W en 1 800 mA, 75 W en 2100 mA (ou un multiple en cas de mise en parallèle)
  • vérifier que la plage de tension mini/maxi di driver considéré correspond bien à votre montage avec un marge de quelques % (>32V pour un SPS100 seul, un multiple si mise en série)
produits
Info En novembre 2016, on trouve peu de produits qui répondent à nos critères :

Les recherches suivantes sont celles qui devraient permettre de trouver

  • constant current LED driver 1800mA 80W

En novembre 2016, j'ai trouvé au moins un produit qui convient pour le CPS100 :

  • modèle 2000mA 18/40V 80W, à environ ~18€ pièce.


Info Ce produit peut être utilisé pour alimenter soit 1 CPS100, soit 2 CPS50 montés en parallèle.


Concevoir un éclairage complet avec des capsispots

dimensionnement d'un éclairage par capsispots

En termes de puissance lumineuse réelle (photons émis) qui se mesurent en PAR W (W de Photons actifs/efficaces pour la photosynthèse) les puissances estimées des 2 types de capsispots sont les suivantes :

Info le PAR W est la mesure de puissance de la lumière émise (les photons) par une source en se limitant à la bande du spectre (comprise entre 400 et 750 nm) utilisable et utile à la photosynthèse. Les PAR W sont bien des W, et le ratio entre PAR W et W (électriques) consommés par la source donne le rendement (ou efficacité) de la source lumineuse. C'est en raison de la pondération de la valeur en lux par la courbe photopique CIE, qui comme la vision humaine privilégie les couleurs vert, jaune et orange du centre de la plage visible, au détriment des couleurs (bleu et rouge) aux deux extrémités de cette plage.
  • CPS50 : ~ 13/15 PAR W --selon qu'il est traversé par 900 ou 1 000 mA
  • CPS100 : ~ 26/30 PAR W


Les valeurs généralement admises pour les différentes phases de croissances des plantes habituelles de nos potagers comme tomates, aubergines ou capsicums sont les suivantes par m² éclairé :

Info Enfin, et ce uniquement pour un spectre genre blanc froid à blanc neutre, on peut utiliser les facteurs suivants comme une grossière approximation pour la conversion en lumen/lux (selon que lumière émise ou reçue, puisque rapporté au m² éclairé)
  • PAR W -> lux : 320
  • PPF -> lux : 70
  • DLI sur 14 heures -> lux : 1 600
  • croissance végétative : entre 40 et 60 PAR W ; PPF entre 180 et 270 ; DLI entre 8 et 12
  • croissance végétative + générative : entre 60 et 80 PAR W ; PPF entre 270 et 360 ; DLI entre 12 et 16
  • croissance générative : entre 80 et 120 PAR W ; ; PPF entre 360 et 540 ; DLI entre 16 et 24


Ainsi,

  • pour 0,5 m² de surface éclairée, dans une enceinte avec parois réfléchissantes, pour de la croissance végétative, il faut prévoir 2 capsispots CPS50 BF (PPF 240; DLI 14 heures ~ 10/11)
  • pour la même pouponnière, à condition qu'elle soit assez haute, si l'on souhaite maintenir les plants jusqu'à ce que la floraison soit bien engagée on peut ajouter un capsispot CPS50 FS qui sera mis en service après les 4 premières semaines de croissance ; à ce stade on disposera de 40 PAR W ; de 365 PPF ; d'un DLI, sur 14 heures de 16
  • pour 1 m² de surface éclairée, dans une enceinte avec parois réfléchissantes, pour de la croissance générative, il faut prévoir de 6 (mini) à 8/10 capsispot CPS100


Intérêt d’un éclairage multi spectre

le lecteur se reportera au chapitre qui traite de ce sujet dans le document présentant les capsikits à base de paruls, puisque le type des LED ne change en rien les besoins des plantes en fonction des différents stades de leur croissance. CAPSIKIT_:_Conception_et_réalisation_de_panneaux_d'éclairage_LED#Int.C3.A9r.C3.AAt_d.E2.80.99un_.C3.A9clairage_multi_spectre



Résumé de la démarche

En résumé, une fois choisie la surface à éclairer (nombre de plants en fonction de leur age et donc de la taille des godets) on peut procéder comme suit :

  • i) déterminer l'intensité lumineuse cible approximative dans les "couleurs/spectres" visés (en se basant sur les données disponibles pour les différentes plantes visées, en fonction de l'étape de croissance (végétative, générative) donnée le plus souvent en DLI ou en PPF dans la littérature sérieuse).
  • ii) sachant que les CPS50 délivrent environ 60 PPF (soit sur 14 heures un DLI ~3), et les CPS100 le double
  • iii) multiplier la cible par un facteur de 1.12 à 1.35, pour les pertes de lumière selon que l'on dispose de parois réfléchissantes ou non
  • iv) déterminer le nombre (approximatif en arrondissant au nombre entier supérieur) de CPS de chaque modèle (50 ou 100) et spectre (BF, BN, BC, FS) .
  • v) déterminer le / les drivers nécessaires à partir de l'intensité devant circuler dans chaque CPS. Ne pas oublier que l'on peut mettre en parallèle des CPS de même puissance ; dans ce cas le driver devra délivrer une intensité double pour 2 CPS en parallèle, triple, pour 3, quadruple pour 4, ... Pour optimiser leur rendement il est recommandé d'utiliser des drivers au delà de 70 % de leur puissance nominale. Ne pas oublier de vérifier le respect, avec au moins 5 % de marge, des tensions mini et maxi de chaque modèle

Exemples

Exemple 1 :

  • pouponnière première croissance de 0.5 m² : DLI cible entre 9 et 13, spectre "blanc froid".
  • on en déduit qu'avec 2 CPS50 on obtient un DLI de 11 (pour l’homogénéité de la lumière 2 CPS50 sont préférables à un seul CPS100)

nota : ne pas oublier qu'avec ces capsispots la distance minimale antre les COB et les plantes de 60 cm ce qui impose une pouponnière suffisamment haute (typiquement 1 m ou plus) et des parois réfléchissantes.

Exemple 2 :

  • espace de 1 m² pour culture indoor de piments permettant la fructification dans de très bonnes conditions
  • l'éclairage cible devra délivrer un DLI d'environ 25 avec une répartition approximative 2/3 de Full Spectrum et 1/3 de blanc neutre ; cet objectif "extrême", à titre d'exemple, est représentatif du plus ambitieux que l'on puisse viser en "culture indoor" ; il y a de bons exemples de réussite avec une puissance nettement moindre.
  • en comptant sur une perte de lumière d'environ 35% (pas de parois réfléchissantes, mais capsispots bien positionnés et orientés), on constate qu'un ensemble de 4 CPS100 FS et 2 CPS100 BN, va permettre d'obtenir un DLI de 26, qui satisfait parfaitement l'objectif

Estimation des coûts du matériel et des coûts de consommation

Les indications qui suivent permettent une estimation raisonnable du prix de revient d'un capsispot.

prix indicatifs des COBs à l'unité

  • En gamme "premier prix" : les COB 50W et 100W, se trouvent à des prix individuels autour de 2 et 4 € (plus pour les Full Spectrum)
  • En gamme "haute qualité" : les COB 50W et 100W, se trouvent à des prix individuels autour de 6 et 12 € (plus pour les Full Spectrum)

prix indicatifs des drivers

Les drivers retenus sont des drivers d'origine asiatiques car ceux des grandes marques comme MeanWell sont dans une gamme de prix qui n'est pas compatible avec nos objectif de solution vraiment très peu chère.

  • Drivers 900/1000 mA, 36W : les prix se situent dans la fourchette de 6 à 10 €
  • Drivers 1800/2000 mA, >72W : les prix se situent dans la fourchette de 12 à 18 €

prix indicatifs des capsispots

On considère que les ventirads et leurs alimentations sont disponibles pour rien en recyclage.

Selon les COBs et driver retenus, la fourchette de prix des 2 modèles, sera

  • CPS50 : entre 8 et 22 €
  • CPS100 : entre 18 et 32 €

A notre connaissance, cela en fait (en novembre 2016) la solution d'éclairage des plantes la moins onéreuse de toutes celles étudiées et envisagées.

consommation

En prenant un estimation de rendement des drivers de 85 % et un prix du KW/h de 0,17 €, on peut estimer le coût de fonctionnement journalier d'un capsispot

  • CPS50 à 30 W : 0.08 € par jour
  • CPS100 à 60W : 0.16 € par jour

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Liens utiles

Avertissement Todo mettre ici, au fur et à mesure de leur disponibilité, des liens vers des exemples de réalisation et/ou des retours d'expérience

Exemples de réalisation



  • Un exemple de panneau d'éclairage pour aquarium réalisé avec des COB haute puissance montées sur ventirad : Rampe LED pour aquarium

Retours d'expérience

Hivernage d'un capsicum

Quelques photos valant mieux qu'un long discours, le cas d'un piment Végétarien Antillais (piment qui avait pris un léger coup de gel en extérieur).

conditions d'hivernage

  • en intérieur, pas très loin d'un ouverture orienté ouest peu éclairée en cette saison
  • hivernage commencé le 5 décembre 2016
  • T°24 : 21°C (moyenne quotidienne) avec variations jour/nuit entre 19/20 et 22/23°C
  • éclairage avec un CPS50 Full Spectrum (seul pour les 3, premiers jours) puis ajout d'un CPS100 blanc naturel, placé à environ 1,2 m du plant ; DLI moyen 6/8 le premier mois, puis ~15 ensuite.
  • Le CPS50 consomme environ 32 W compteur, le CPS100 environ 70 W.

les étapes

  • H+7 Premières nouvelles feuilles Premières nouvelles feuilles, après chute des vieilles
  • H+11 Nouvelles feuilles suite
  • H+26 Les feuilles commencent à grandir Les feuilles commencent à grandir
  • H+34 suite
  • H+55 Feuillage dense Feuillage dense
  • H+75 suite