Lumière rouge, lumière bleue : équilibrer l'efficacité des LED et la performance

La capacité de la technologie LED à manipuler le spectre d'éclairage doit être utilisée avec parcimonie et comme moyen d'imiter les changements naturels et saisonniers au profit des plantes, et non de la commercialisation.

Diode électroluminescente (LED) La technologie offre des améliorations révolutionnaires aux horticulteurs d'intérieur.

Cependant, comme pour les autres technologies émergentes, l'investissement initial plus élevé est un obstacle qui ralentit l'adoption malgré un coût total de possession inférieur.

Pourtant comme le plantes médicales L'industrie a évolué, les poches des producteurs se sont approfondies, de sorte qu'une mise en banque initiale n'empêche pas l'achat d'équipement.

Les cultivateurs et les investisseurs ont désormais une vision à long terme de la rentabilité, et ils ont évolué vers des installations plus efficaces de plusieurs millions de dollars.

Dans cette perspective plus large, il est clair que les LED offrent un avantage financier.

Les LED augmentent considérablement l'efficacité, créent une production de chaleur minimale, offrent une durée de vie de 50 000 heures et nécessitent peu d'entretien, ce qui en fait un choix évident par rapport à la tradition. Décharge haute intensité (HID) technologies.

Alors pourquoi la technologie LED n'a-t-elle pas été largement adoptée par les producteurs et les serres ?

La réponse réside dans la façon dont les concepteurs des nouvelles lampes de culture ont manipulé le spectre lumineux et comment les conventions d'unités photométriques ont changé pour favoriser ces nouveaux produits.

Au sein de la communauté Grow, les LED ont une expérience douteuse et une réputation douteuse.

Compte tenu de la conception de nombreux produits sur le marché, cette réputation est largement méritée.

Grow Plant Industry GroupThink soutient que la lumière produite par LED ne peut pas correspondre à la qualité de produit très importante produite par l'éclairage HID traditionnel.

Des performances médiocres et une poignée de mauvaises anecdotes de produits LED de première génération perpétuent ces croyances.

La raison de ces problèmes était la déviation des concepteurs par rapport à ce qui fonctionnait, par ex. Sodium haute pression (HPS) et Halogénure de métal (MH) spectres, en faveur d'un soi-disant idéal bleu/rouge combinaison.

Ce nouveau spectre était destiné à donner aux plantes la lumière dont elles avaient besoin et rien de plus.

On pensait que l'omission de bandes d'ondes “inutilisées” de lumière était considérée comme une économie d'énergie.

Pour des raisons que nous allons discuter ci-dessous, le système de mesure de la lumière existant n'a pas favorisé le nouveau profil spectral défendu par cette philosophie de conception.

Ces fabricants ont imposé une modification des unités de mesure de la lumière et les comparaisons de produits sont devenues compliquées.

La raison d'être du spectre bleu/rouge

Les nouveaux modèles bleu/rouge étaient bien intentionnés et non sans logique.

Deux spectres de lumière faiblement définis - bleu et rouge - conduisent une grande partie de l'action de photosynthèse.

C'est vrai. Le Dr Keith J. McCree, chercheur pionnier et fondateur de la courbe McCree, a décrit ces deux spectres comme un pic d'environ 440 New Mexico et 620 nm — bleu et rouge, respectivement.

Un large éventail de recherches a confirmé ces données, bien que des recherches ultérieures aient révélé que les maxima d'absorbance étaient légèrement différents.

L'action de soi-disant “chlorophylle A” montre un pic à 430 nm et 662 nm, tandis que “Chlorophylle B” est entraîné par une lumière de 453 nm et 642 nm.

La première génération de concepteurs LED a mal tourné en réduisant avec force le spectre de croissance des plantes à ces deux segments de la Rayonnement photosynthétiquement actif (PAR).

De nombreux concepteurs de lumière étaient également enthousiastes à l'idée du potentiel des LED bleues/rouges, mais les philosophies ont évolué avec l'expérimentation.

Basé sur une expérience du monde réel, beaucoup sont désormais champions des lumières blanches à spectre complet.

Les diodes électroluminescentes sont souvent plus efficaces électriquement aux longueurs d'onde rouges et bleues, de sorte qu'elles ont logiquement suivi pour réduire la production de lumières horticoles à ces deux couleurs si les plantes les préféraient également.

Ce faisant, aucune ressource n'a été dépensée pour des parties “ gaspillées ” du spectre PAR.

Après des éternités de soleil, les concepteurs de lumière pensaient avoir découvert les plantes dont les plantes avaient besoin après tout : une lumière rosâtre.

En excluant les verts, les jaunes et les oranges inefficaces et électriquement inutiles, les ingénieurs du spectre pensaient pouvoir cultiver de meilleures plantes et le faire plus efficacement.

Une grande partie de cette réflexion découlait de la courbe de McCree, le profil spectral à dos de chameau qui montre une réponse métabolique des plantes atteignant un pic au bleu et au rouge.

McCree a créé cet outil illustratif dans son étude de 1970 sur des dizaines d'espèces végétales à la Texas A&M University.

Son travail a été le principe central de Spectrum Science et la fondation d'autres recherches sur la base de ses principales observations.

Mais la courbe de McCree n'est pas une recommandation pour un spectre d'éclairage horticole idéal et, selon la description de McCree, a été orchestrée pour fournir une base pour la discussion de la définition du rayonnement photosynthétique (PAR) - et non l'optimisation d'un spectre de croissance.

Il a exploré si les plantes répondaient aux différentes couleurs de la lumière et à ce qui faisait - et n'était pas - une partie du spectre PAR.

En conséquence, l'expérience a pris un angle réductionniste.

L'équipe de McCree a testé la réponse de l'usine à une longueur d'onde de lumière à la fois, isolée à 25 nm d'intervalle entre 400 nm et 700 nm.

Une seule feuille coupée a été placée dans une chambre d'isolement et exposée à la lumière colorée tandis que les niveaux de dioxyde de carbone et d'oxygène ont été mesurés pour déduire la réponse métabolique.

Ainsi, la courbe McCree exaltée, bien qu'utile, n'est pas une représentation d'un spectre de croissance idéal ou une recommandation pour la conception de la lumière.

Il s'agit simplement d'un ensemble de points de données isolés assemblés dans une ligne lisse. Ce n'est pas holistique.

Lorsqu'il est considéré comme un spectre unifié, il est étranger aux plantes câblées pour la lumière du soleil.

Un changement de paradigme : lumens vs micromoles par seconde

Avant l'introduction des LED, les horticulteurs mesuraient la production de lumière dans lumières et lux, avec des lumens représentant la vitesse à laquelle une ampoule produit de la lumière et du lux en référence à la vitesse à laquelle la lumière tombe sur une zone particulière.

À cette époque de mesure de la lumière, les comparaisons de produits étaient simples.

Les producteurs ont compris la luminosité de leur éclairage et moins de spectres d'éclairage étaient utilisés.

Mais la nouvelle technologie des LED ne correspondait pas à la base de mesure en vigueur, de sorte que les unités étaient déclarées différemment.

Les micromoles par seconde (μmols/s) sont devenus la norme pour évaluer la quantité de lumière et le changement d'unités a créé beaucoup de confusion.

La raison du changement est centrée sur la fonction de luminosité intégrée à l'échelle de mesure Lumens/Lux. Les lumens tiennent compte de la sensibilité de l'œil humain à des longueurs d'onde particulières de la lumière, à savoir celles qui sont centrées autour de 550 nm (feu vert).

Une micromole, en revanche, est une quantité de photons. La pondération du spectre par le système Lumen nous permet d'évaluer la luminosité d'une lumière telle que nous la faisons l'expérience plutôt que comme un parmètre de par.

Un mètre PAR enregistre les photons (mesurés en μmols/sec) dans la plage de PAR de 400 à 700 nm.