Efficacité des lampes de culture à LED

Définition de l'efficacité des luminaires pour plantes

L’efficacité décrit le rapport entre la puissance de sortie (rendement lumineux) et la puissance d’entrée (puissance absorbée). En d’autres termes, cette valeur indique la quantité de lumière générée par joule (watt par seconde). Entre autres facteurs, cette valeur détermine le montant de la facture d’électricité par rendement produit.

Utilisation de différentes unités

La lumière peut être considérée à la fois comme une onde (radiométrique) et comme une particule de lumière appelée « photon ». Si la lumière est considérée comme une onde, le rendement lumineux d’un luminaire peut être exprimé en watts. Si la lumière est considérée comme un photon, la valeur est exprimée en micromoles. Dans le cas des luminaires horticoles, on ne mesure pas l’ensemble du domaine spectral, mais plutôt les longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm, ce que l’on appelle le domaine PAR. Mais comme d’autres longueurs d’onde, comme les UV et le rouge lointain, ont également une influence sur la croissance des plantes, il est de plus en plus courant d’observer une plage élargie entre 380 et 780 nm.

La mise en rapport du rendement lumineux disponible dans ces plages avec la puissance d’entrée du luminaire est désignée par le terme d’efficacité. Selon l’approche, l’unité est le watt/joule ou le µmol/joule.

Le fait d’indiquer la puissance lumineuse en watts présente l’avantage de pouvoir calculer l’efficacité du luminaire. Un module de la série EVO génère 37 W de lumière pour une puissance absorbée de 60 W. Nous pouvons donc parler d’un degré d’efficacité (puissance de sortie optique/puissance d’entrée électrique) de 62 %. En pratique, cela signifie que 62 % du courant est effectivement transformé en lumière.

Le même module EVO génère 180 µmol/s de rendement lumineux. Pour obtenir l’efficacité, il faut diviser cette puissance lumineuse par la puissance d’entrée. Soit 180 µmol/s par 60. Le résultat correspond à une efficacité de 3 µmol/J pour le module EVO.

Différentes considérations

Pour un luminaire, il est possible d’indiquer différentes valeurs pour considérer l’efficacité. On peut considérer l’efficacité du module ou l’efficacité du système.

Efficacité du module = efficacité de la lampe

Les indications d’efficacité des lampes à vapeur de sodium se rapportent à la lampe en elle-même. On parle ici d’efficacité du module ou d’efficacité de la lampe. Les pertes dues au pilote ou au ballast ainsi qu’aux réflecteurs, aux caches ou aux lentilles ne sont pas prises en compte.

Une lampe à vapeur de sodium standard a une efficacité de 1,7 µmol/J. Cela signifie que pour une puissance d’entrée de 600 W, la lampe génère un rendement de 600 W x 1,7 µmol/J = 1020 µmol/s. Pour les luminaires à LED, les indications sur l’efficacité du module se trouvent généralement dans les kits DIY. Pour les Quantum Boards par exemple, c’est souvent l’efficacité de la source lumineuse (donc de la LED) qui est indiquée. Les pertes dues au pilote viennent s’y ajouter.

Indications ambiguës sur l’efficacité des LED

Plus le courant de la LED est faible, plus l’efficacité est élevée. Dans les kits DIY notamment, les indications d’efficacité sont données pour différents courants de fonctionnement. Ce n’est généralement pas faux. Toutefois, il faut savoir que les valeurs d’efficacité indiquées sont également valables pour la puissance indiquée. Par exemple, une bonne LED de puissance moyenne émet environ 3 µmol/J de lumière lorsqu’elle est alimentée par 65 mA. Dans ce cas, la LED fonctionne avec 0,2 W. Si la même LED est alimentée par exemple avec 130 mA, l’efficacité chute à environ 2,8 µmol/J.

Qu’est-ce que l’efficacité du système ?

Comme le terme l’indique, l’efficacité du système englobe la valeur de l’ensemble du système d’éclairage. Tous les composants du luminaire sont donc pris en compte. Trois exemples permettent d’illustrer ce sujet.

Exemple 1 : luminaire à vapeur de sodium 600 W
Efficacité de la lampe : 1,7 µmol/J
Efficacité du ballast : 94 %

Pour alimenter le luminaire à vapeur de sodium de 600 W, le ballast absorbe une puissance plus élevée.
Dans notre cas, la puissance absorbée par le ballast est de 638 W et 600 W sont fournis à la lampe.
Les 38 W restants s’évaporent sous forme de chaleur.

Efficacité du réflecteur : 85 %

Comme les luminaires à vapeur de sodium émettent un rayonnement à 360°, elles ont besoin d’un réflecteur.
Même les meilleurs réflecteurs ne fonctionnent pas sans pertes ; ainsi, une partie de la lumière n’est pas dirigée vers les plantes et est perdue.
En utilisant les données ci-dessus, nous pouvons calculer l’efficacité du système d’un luminaire à vapeur de sodium :

efficacité du module  x  efficacité du ballast / 100  x  efficacité du réflecteur/100  =  efficacité du système
1,7 µmol/J          x                                94/100                     x               85/100                          = 1,358 µmol/J

Pour une puissance absorbée de 638 W, un luminaire à vapeur de sodium génère un rendement de 638 W x 1,358 µmol/J = 866 µmol/s.

Exemple 2 : kit DIY Quantum Board
Quantum Board composé de 288 LED de puissance moyenne (Samsung LM301)
Efficacité = 2,9 µmol/J
Pilote Meanwell XLG = efficacité = 93 %

efficacité du module  x  efficacité du ballast / 100  =  efficacité du système
2,9 µmol/J          x                 93/100                                    =  2,697 µmol/J