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Papo4334

Préambule

Ce document vise à consigner les réflexions relatives à la conception, réalisation et expérimentation de panneaux d’éclairage LED “DYI” à base LED à l'unité avec une régulation d'alimentation en courant constant sans utiliser de résistances de régulation qui gaspillent inutilement de l'énergie.

Le terme CAPSIKIT a été choisi arbitrairement pour simplifier la désignation des ces panneaux éclairants. Les piments et spécifiquement les capsicum chinense sont particulièrement exigeants en ce qui concerne leur éclairage. Qui peut le plus, peut le moins et les panneaux prévus pour ce positionnement ambitieux permettront de cultiver la très grande majorité des autres plantes avec succès

La famille Capsikit B, à base de barres rigides LED, vise avant tout un prix minimal et une simplicité maximale de réalisation tant au niveau LED qu’au niveau alimentation. Elle n'est pas traitée dans ce document

La famille Capsikit P, à base de lED à l'unité et d'alimentation en courant constant, vise à l’optimisation du flux lumineux et de la consommation électrique (W compteur). C'est celle qui fait l'objet de ce document.

Objectifs

Structure modulaire

le choix de géométrie et de dimension du panneau éclairant est fait dans un but de simplicité d'approvisionnement en matériels et composants, et pour permettre à chacun en fonction de ses besoins de d’adapter son panneau en fonction de ses attentes, à partir des cmposants modulaires présentés ci-après. Il est tout à fait possible de faire d'autres choix.Il appartiendra au lecteur de faire les adaptations et ajustements convenables.

Géométrie

Le module de base fait 100 cm x 50 cm.

Différentes variantes permettent de répondre aux besoins spécifiques (en spectre et en puissance) aux différentes phase de croissance des plantes depuis la germination jusqu’à floraison et fructification.

Chaque module est, a priori, prévu pour l’éclairage d’une surface équivalente à la sienne. Ainsi il faudra 1 module pour éclairer une surface de environ 100 cm * 50 cm.

Si l’on prend des modules très puissant, il est cependant tout fait envisageable d’éclairer une surface nettement plus grande, typiquement 120 cm par 70 cm, dès lors que l’on admet que les bords seront un peu moins éclairés.

Il y a 2 approches pour l’installation des plantes et des modules d’éclairage

• Enceinte fermée (au moins sur les côtés) : il faudra mettre des parois réfléchissante (genre peinture blanche, couverture de survie ou mylar)
• Pas d’enceinte mais plantes placées dans une zone éclairée par la lumière naturelle (idéalement derrière une fenêtre au sud ou à l’ouest). L’apport de lumière naturelle compensera les pertes dues à l’absence de paroi réfléchissante.

La hauteur des modules au dessus des plantes devra être ajustée en fonction de la taille des plantes. Une hauteur de 20 à 25 cm minimum (maximum 40) entre le haut des plantes et les LED est recommandée. Nota: les modules sont équipés de 4 pitons permettant d’ajuster facilement leur positionnement en hauteur.

Spectre et puissance

On distinguera 3 phases dans la croissance des plantes :

• PH1 : croissance végétative initiale ; depuis la germination et typiquement pendant les 4 à 6 premières semaines
• PH2 : croissance intermédiaire (poursuite de la croissance végétative jusqu'au début de croissance générative -début de floraison-). Selon les plantes la durée de cette phase est typiquement de 4 à 7 semaines.
• PH3 : croissance générative, celle de la floraison et fructification

A titre indicatif (pouvant varier selon les plantes) le spectre typique moyen convenant à chacune de ces phases est le suivant :

• Phase PH1 : spectre blanc froid avec une proportion significative de lumière bleue (typiquement 6500K)
• Phase PH2 : intermédiaire entre la précédente et la suivante
• Phase PH3 : spectre blanc chaud et ou “full spectrum” avec une proportion importante de lumière rouge .

En terme de puissance lumineuse reçue, exprimée en DLI -Dayly Light Intégration- (unité représentant sur 24h la somme de l’énergie lumières (photons) fournie au plantes, les besoins sont typiquement

• Phase PH1 : de 9 à 13
• Phase PH2 : de 12 à 20
• Phase PH3 : de 18 à 30

Prise en compte des exigences, choix structurants

Les LEDs

L’idée est de s'approcher au maximum la simplicité de conception et de montage des panneaux à base de barres rigides LED.

Pour cela les LED seront montées sur une forme de barre rigide, réalisée par une profile d’aluminium en “U”. Le terme “PARUL” (ou “parul”) désignera un profilé équipé de ses LEDs.

PARUL : Profilé Aluminium Rigide en “U” équipé de Leds

Voir en annexe une description et des illustrations de paruls.

Tension maximale

Pour des raisons de sécurité, nous avons choisis des solutions qui permette de ne jamais dépasser une tension de 50 à 55 V dans le montage.

'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 distjoncteur différentiel 30 mA. 'Nous déclinons toute responsabilité en cas de mauvais montage'.

LED prises en compte dans cette étude

Pour différentes raisons dont les 2 principales sont i) l'homogénéité du flux lumineux sur la surface éclairée et ii) le choix de limiter la puissance pour éviter de devoir recourir à une dissipation active de la chaleur, les LED prises en compte dans cette étude sont d'une puissance effective de 3 à 5 W.

Des LED moins puissantes obligeraient à en installer un trop grand nombre ; des LEDS plus puissantes entraîneraient des difficultés de maintien de la température des LED

Pour obtenir cette puissance effective dans de bonnes conditions de rendement et de longévité des LED, il convient de les utiliser dans une plage de 30 à 50% de leur puissance nominale. Cela conduit à choisir des LED de puissance nominale autour de 10 W.

Dans cette étude 2 types de LED ont été retenues : CREE XM-L2 et COB "noname" 10W

• CREE XM-L2 : puissance nominale 10 W ; intensité maximale 3 000 mA ; tension typique proche de 3 V ; plage d'utilisation optimale (pour nos besoins) entre 1 000 mA et 1 500 mA. Modèle fiable aux caractéristiques connues et garanties et un rendement optimal, en contrepartie d'un prix d'achat élevé.
• COB "noname" 10W : puissance nominale 9/10W; intensité maximale 900/1 000 mA; tension typique proche de 9V ; plage d'utilisation optimale entre 280 et 450 mA. Le rendement (estimé suite à différents tests) se situe dans la plage 40 à 50% (contre 55 à 60% pour les CREE), mais i) le prix d’acquisition est bien moindre et surtout il existe des spectres comme (10 000K ou Full Spectrum) qui ne sont pas disponibles dans la gamme CREE.

En fonction du spectre cible, les LED CREE seront préférées pour assurer l'éclairage dans les spectres disponibles (blanc froid, blanc neutre ou blanc chaud) alors que les COB seront principalement utilisées pour les spectres non disponibles avec les CREE XM-L2 (typiquement "Full Spectrum" et blanc très froid "10 000K").

Ce choix peut paraître minimaliste ; ces LED sont représentatives des 2 extrémités de l'offre. Les CREE sont parmi les LED les plus performantes de l'offre d'un des constructeurs les plus réputés ; les COB "noname" à l'opposé sont parmi les moins chères.

D'autres modèles ont été envisagés mais n'ont pas été retenus pour différentes raisons, comme par exemple une tension d'alimentation typique supérieur à 20V qui interdisait d'un mettre plus de 2 en série pour respecter notre exigence de ne pas dépasser une tension de 50à 55V dans le montage.

Rien n'interdit de choisir un autre modèle de LED mais il reviendra à l'utilisateur de refaire les calculs (pas si simples) concernant leur alimentation, et leur apport en énergie lumineuse.

Toutes les LED d’un même parul sont de même technologie avec les mêmes caractéristiques électriques ; typiquement, ce seront des LED du même modèle.

Paruls : terminologie

• Technologie PX : LED de catégorie X (X pour eXtra), haut de gamme CREE XM-L2, puissance nominale 10W, utilisées généralement entre 4 et 5 W réels, avec un rendement lumineux moyen de 58% (58% de l’énergie électrique consommée est transformée en énergie lumineuse)
• Technologie PS : LED de catégorie S (S pour “Standard”) COB “noname” pas chère, puissance nominale 10W, utilisées autour de 3 W réel, avec un rendement lumineux moyen de 44%

Les paruls sont désignés par

1. le type de LED utilisées (X ou S, voir ci-dessous)
2. le nombre de LED par parul.

Par exemple, un parul PX5 sera équipé de 5 LED CREE et un PS7 de 7 COB “noname”.

Puissance typique moyenne des différents paruls

La puissance réelle dépendra du choix d’intensité d’alimentation Les puissances électriques au dessus de 30 W sont ignorées car cela fera trop de puissance pour un même profilé et poserait des problèmes complexes d’évacuation de la chaleur A titre indicatif pour une barre rigide 8520 de 100 cm, la puissance électrique moyenne est proche de 15W et la puissance lumineuse de environ 4.5 W ; les paruls sont typiquement de 2 à 4 fois plus puissants qu’une barre rigide 8520 en termes de puissance lumineuse réelle (PAR W).