Guide des lampes de culture LED d'intérieur - Connaissances

PAR (Rayonnement Photosynthétiquement Actif) fait référence au rayonnement dans la plage de longueurs d'onde spécifique de 400 à 700 nanomètres que les plantes utilisent pour la photosynthèse. La gamme de longueurs d’onde de la lumière à laquelle les plantes sont sensibles diffère de celle perçue par l’œil humain, et les unités permettant de décrire l’intensité lumineuse varient également. L'œil humain est plus sensible à la lumière jaune-verte, avec une intensité lumineuse mesurée en lumens (lm) et en lux (lx). En revanche, les plantes sont plus sensibles à la lumière rouge et bleue, et leur intensité lumineuse est quantifiée en micro-moles par seconde (μmol/s) et en micro-moles par mètre carré par seconde (μmol/m²/s).

Les plantes dépendent principalement de la lumière dans le spectre de longueurs d’onde de 400 à 700 nm pour la photosynthèse, ce qui est exactement ce que nous appelons communément le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR). Le PAR est exprimé en deux unités :

Irradiance photosynthétique(W/m²), qui est principalement utilisé dans les études sur la photosynthèse sous la lumière naturelle du soleil.

Densité de flux de photons photosynthétiques (PPFD)(μmol/m²/s), qui est principalement appliqué à la recherche sur les effets des sources de lumière artificielle et de la lumière naturelle du soleil sur la photosynthèse des plantes.

PPFD représente le nombre de photons (dans la plage PAR) reçus par seconde sur une surface éclairée spécifique, à savoir la densité de flux photonique photosynthétique, avec l'unité de μmol/m²/s. Il s’agit d’un indicateur clé pour évaluer l’efficacité réelle des systèmes d’éclairage des plantes, car il influence directement la photosynthèse et la croissance des plantes. Comme l'illustre la figure, le nombre de photons reçus par seconde sur une surface de 1-mètre carré est de 33 μmol/m²/s.

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PAR mesure l'énergie radiante que les plantes utilisent pour la photosynthèse. Le PPF quantifie le nombre total de photons photosynthétiquement actifs émis par une source de lumière par seconde, mais il n'indique pas directement si ces photons atteignent la surface de la plante.

Le PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) revêt une importance cruciale dans l’éclairage des plantes, car il mesure non seulement la production globale de photons d’un système d’éclairage, mais évalue également les impacts des différentes sources de lumière sur la croissance des plantes. Un PPFD plus élevé est associé à des taux de photosynthèse accrus et à des rendements végétaux améliorés ; Le PPFD est utilisé pour évaluer l’intensité lumineuse réelle atteignant les plantes, servant d’indicateur clé pour optimiser les environnements de croissance des plantes.

La figure ci-jointe montre le rapport de test de la lampe de culture à LED pliable de 1 000 W produite par Benwei LED, avec un flux de photons photosynthétiques (PPF) de 2 895,35 μmol/s.

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280-315 nm: Impact minimal sur les processus morphologiques et physiologiques.

315-400 nm (UV‑A): Une faible absorption de chlorophylle affecte les effets photopériodiques et inhibe l'allongement de la tige.

400-520 nm (lumière bleue): Le rapport d'absorption le plus élevé de la chlorophylle aux caroténoïdes exerce l'impact le plus significatif sur la photosynthèse PMC.

520-610 nm (lumière verte): Faible taux d’absorption des pigments.

610-720 nm (lumière rouge): Faible taux d'absorption de la chlorophylle mais impacts importants sur la photosynthèse et les effets photopériodiques.

720–1 000 nm (rouge lointain à proche infrarouge): Taux d'absorption élevé, favorise l'élongation cellulaire et influence la floraison et la germination des graines.

>1000 nm (infrarouge): Converti en énergie thermique.

Au-delà de la lumière bleue et rouge, d’autres spectres tels que la lumière verte, violette et ultraviolette exercent également certains effets sur la croissance des plantes. La lumière verte aide à retarder la sénescence prématurée des feuilles ; la lumière violette améliore la coloration et l'arôme ; la lumière ultraviolette régule la synthèse des métabolites végétaux. L'effet synergique de ces spectres simule l'environnement lumineux naturel et favorise une croissance saine des plantes.

L’avantage de l’éclairage à spectre complet réside dans la lumière rouge lointaine, qui permet l’effet de double gain de lumière (effet Emerson). La plage du spectre complet s'étend de 400 à 800 nm, couvrant non seulement la région rouge lointaine au-dessus de 660 à 800 nm, mais également la composante verte entre 500 et 540 nm. Les expériences montrent que la composante verte améliore la pénétration de la lumière et l’efficacité quantique, permettant ainsi d’obtenir une photosynthèse plus efficace. Basé sur « l'effet de gain de lumière double », l'ajout d'une lumière rouge de 650 nm lorsque la longueur d'onde dépasse 685 nm peut améliorer considérablement l'efficacité quantique, dépassant même la somme des effets lorsque ces deux longueurs d'onde sont utilisées seules. Ce phénomène dans lequel deux longueurs d'onde de lumière améliorent conjointement l'efficacité photosynthétique est connu sous le nom d'effet de gain de lumière double ou effet Emerson PMC.

Les lampes de culture de plantes sont conçues avec un rapport spectral raisonnable, couvrant une plage de longueurs d'onde de 380 à 800 nm. Ils fournissent aux plantes le rapport spectral idéal nécessaire à leur croissance tout en complétant la lumière naturelle. Cela rend les plantes plus saines et plus luxuriantes, adaptées à tous les stades de croissance et applicables à la fois à la culture hydroponique et au sol. Ils sont idéaux pour les jardins intérieurs, les plantes en pot, la culture de semis, la propagation, les fermes, les serres, etc.

Les chlorophylles a et b ont des pics d'absorption à 660 nm (lumière rouge) et 450 nm (lumière bleue), respectivement. La lumière combinée rouge-bleu couvre précisément la plage spectrale centrale de la photosynthèse, augmentant ainsi l'efficacité de conversion de l'énergie lumineuse de plus de 20 %. La lumière rouge active le photosystème II, tandis que la lumière bleue active le photosystème I ; leur effet synergique accélère la production d'ATP et de NADPH lors des réactions photodépendantes, fournissant ainsi suffisamment d'énergie pour le cycle de Calvin (réactions indépendantes de la lumière).

La lumière bleue améliore la compacité des plantes en inhibant l'allongement de la tige, en favorisant l'épaississement des feuilles et en augmentant la résistance mécanique ; la lumière rouge stimule l’allongement de la tige et accélère la croissance reproductive. La combinaison des deux permet d'obtenir un équilibre entre la structure de la plante et le rendement. La lumière bleue favorise l’accumulation de métabolites secondaires tels que les vitamines et les anthocyanes, tandis que la lumière rouge augmente la teneur en sucres solubles. La lumière combinée optimise la synthèse des nutriments et des composés aromatiques PMC.

Pour les légumes à feuilles au stade plantule, un rapport de lumière bleue plus élevé (4:1 à 7:1) est nécessaire pour favoriser la croissance des tiges et des feuilles. Pendant les phases de floraison et de fructification, le passage à un rapport de lumière rouge plus élevé (9:1) peut augmenter le rendement.

Par rapport aux sources lumineuses à spectre complet, la lumière combinée rouge-bleu se concentre sur la plage de longueurs d'onde efficace, réduisant ainsi la consommation d'énergie causée par des spectres inefficaces, obtenant ainsi un rendement de biomasse plus élevé par unité d'énergie électrique.

Les systèmes de contrôle intelligents peuvent intégrer les longueurs d'onde ultraviolettes pour réaliser des fonctions composites telles que le développement des racines, l'inhibition de l'élongation des semis et l'amélioration de la couleur des fleurs. Par exemple, les plantes succulentes peuvent obtenir une forme de plante compacte et des couleurs vives grâce à la technologie de gradation dynamique.

Voici les rapports de lumière rouge-bleu courants pour différentes installations, à titre de référence lors de la conception ou de l'approvisionnement :

1. Convient aux légumes à feuilles ou aux plantes ornementales à larges feuilles, telles que la laitue, les épinards et le chou chinois.

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2. Convient aux plantes nécessitant un éclairage supplémentaire tout au long de leur cycle de croissance, comme les plantes succulentes.

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3. Convient aux plantes à fleurs et à fruits, telles que les tomates, les aubergines et les concombres.

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La lumière naturelle ne répond généralement pas aux exigences d’une croissance saine des cultures. En utilisant des lampes de culture à LED, vous pouvez contrôler efficacement la tendance de croissance des cultures et augmenter les rendements. Qu'il s'agisse de cultiver des légumes, des fruits ou des fleurs dans des serres, des systèmes agricoles verticaux ou d'autres installations intérieures, les lampes de culture à LED peuvent fournir des soins optimaux adaptés aux caractéristiques spécifiques de chaque culture. Il a été prouvé que les lampes de culture à LED produites par Sena Optoelectronics favorisent une croissance uniforme des cultures, améliorant ainsi la qualité et le rendement des cultures.

Des études expérimentales ont montré qu'un éclairage supplémentaire améliore l'environnement lumineux, entraînant une amélioration de la longueur, du diamètre de la tige et de la taille des feuilles des plantes. Après avoir complété la lumière, l'intensité lumineuse réelle peut être ajustée en conséquence pour améliorer l'efficacité globale de l'utilisation de l'énergie lumineuse. Les rendements des cultures peuvent augmenter d'environ 25 % et l'efficacité de l'utilisation de l'eau peut augmenter de 3,1 %.

De plus, lors de l'utilisation d'un éclairage d'appoint LED dans les serres en hiver, pour maximiser l'effet d'éclairage supplémentaire, la température de la serre doit être correctement contrôlée, ce qui peut augmenter la consommation d'énergie de chauffage. Cela contribuera à optimiser globalement la stratégie d’éclairage supplémentaire à LED et à améliorer l’efficacité de la production des serres et les avantages économiques. Les formes courantes d'éclairage supplémentaire sont les suivantes : a) Combinaison de lumière rouge - bleue : la lumière rouge (660 nm) favorise la synthèse, la floraison et la fructification de la chlorophylle, tandis que la lumière bleue (450 nm) améliore la croissance des tiges et des feuilles. La combinaison des deux améliore l'efficacité photosynthétique.b) Lumières à spectre complet- : simulent la lumière naturelle, adaptées aux besoins d'éclairage supplémentaire à long-terme et évitent un allongement excessif des plantes ou une résistance réduite.c) Lampes au xénon : l'intensité lumineuse est proche de la lumière naturelle, adaptée aux plantes-de grande valeur, mais elles génèrent une chaleur importante, consomment de grandes quantités d'énergie et ont des coûts élevés.

Par temps nuageux ou pluvieux, un éclairage supplémentaire doit être prévu tout au long de la journée. Les jours ensoleillés, lorsque la lumière naturelle diminue, l'éclairage peut être allumé après 15h-16h, garantissant ainsi que la durée totale d'éclairage quotidienne est contrôlée entre 10 et 12 heures. Un éclairage supplémentaire continu pendant plus de 16 heures peut provoquer une photoinhibition, caractérisée par une brûlure ou un jaunissement du bord des feuilles.

Un éclairage supplémentaire doit être mis en place lorsque la température ambiante est supérieure ou égale à 15 degrés. Les basses températures inhibent la photosynthèse. En hiver ou lorsque la lumière naturelle est insuffisante, la durée d'éclairage supplémentaire peut être prolongée jusqu'à 14 heures, mais des ajustements doivent être effectués en fonction des espèces végétales.

Lorsque l'intensité de la lumière naturelle descend en dessous de 100 μmol/m²·s, un éclairage supplémentaire doit être activé pour maintenir la densité du flux photonique photosynthétique (PPFD) entre 200 et 1 000 μmol/m²·s. Des capteurs de lumière doivent être utilisés pour surveiller l'uniformité de la lumière sur les feuilles, en évitant une sur-irradiation locale ou un éclairage insuffisant. Des sources lumineuses à haute -intensité doivent être utilisées conjointement avec des rideaux d'ombrage ou des gradateurs pour éviter les dommages causés par les ultraviolets aux feuilles.

Pour les plantes de balcon ou d'intérieur (comme les plantes araignées ou le chlorophytum comosum), il est conseillé d'utiliser un éclairage d'appoint LED-de faible consommation pendant 8 à 12 heures par jour.

Dans les serres, des systèmes automatisés peuvent être intégrés pour ajuster dynamiquement la hauteur de l'éclairage supplémentaire en fonction de la hauteur des plantes, réduisant ainsi la consommation d'énergie. En combinant une conception d'éclairage scientifique avec un entretien précis, les plantes vertes peuvent conserver une apparence vibrante et accélérer leur croissance. Les améliorations de l'efficacité de l'éclairage supplémentaire doivent être optimisées en conjonction avec la gestion de la température et de l'eau-engrais.

Lorsque plusieurs cultures sont cultivées dans des installations intérieures avec une lumière naturelle insuffisante, les lampes de culture à LED sont souvent utilisées pour accélérer la croissance des plantes et favoriser un développement sain. Que vous cultiviez des légumes ou des fruits en intérieur, les lampes de culture à LED peuvent compléter la lumière naturelle, optimiser la composition spectrale et augmenter l'intensité lumineuse sans générer de chaleur excessive.

De plus, l’éclairage LED améliore efficacement la luminosité tout en réduisant la consommation d’énergie. La sélection de lampes de culture adaptées à la culture de légumes à feuilles aide les producteurs à augmenter les rendements par unité de surface tout en tenant compte des caractéristiques uniques des cultures-telles que l'amélioration du goût, l'amélioration de la valeur nutritionnelle et la prolongation de la durée de conservation. Les différents dispositifs d'éclairage varient en termes de plage spectrale et d'intensité lumineuse, ce qui a un impact direct sur la croissance et le développement des légumes à feuilles. En général, les lampes de culture combinant lumière bleue et rouge sont les plus adaptées.

Pour la plupart des légumes à feuilles pendant la phase de croissance végétative (phase de développement de la tige et des feuilles), un rapport de lumière rouge-à-bleue de 4 : 1 est recommandé. Ce rapport équilibre le rôle de la lumière rouge dans la stimulation de la photosynthèse et l'avantage de la lumière bleue dans la régulation de la morphologie des feuilles. Par exemple, les légumes-feuilles courants comme la laitue et les épinards permettent une accumulation efficace des glucides et une croissance coordonnée des feuilles souches-dans ce rapport de lumière.

Le rapport de lumière rouge-bleu pour la culture de légumes à feuilles en intérieur doit être ajusté de manière dynamique en fonction du stade de croissance :

Stade de semis

Phase à dominante de lumière bleue- : Un rapport de lumière rouge-à-bleue de3:1 à 5:1est optimale. L'augmentation de la proportion de lumière bleue entre 30 et 50 % favorise le développement des racines et la différenciation des feuilles, évite un allongement excessif de la tige et améliore considérablement la vigueur des plantules.

Stade de croissance rapide

Phase améliorée de la lumière rouge- : ajustez progressivement le rapport de lumière rouge-à-bleue pour4:1 à 5:1. L'augmentation de la proportion de lumière rouge (630 à 660 nm) augmente les taux de photosynthèse. Combiné à une intensité lumineuse de 200 à 300 μmol/m²/s, cela peut augmenter le taux de croissance quotidien de plus de 30 %.

Stade pré-récolte

Supplément-feu rouge lointain : Tout en conservant le rapport spectral de base de 4 : 1, une petite quantité de lumière rouge lointaine - (720–740 nm) peut être ajoutée. Cela favorise l’expansion des feuilles et l’élongation des cellules, augmentant ainsi le poids frais et la valeur marchande des légumes à feuilles.

Variétés à récoltes multiples-(par exemple, ciboulette chinoise, épinards d'eau) : Maintenez un rapport stable de 4:1 pour éviter l'épuisement des nutriments.

Variétés-à teneur élevée en chlorophylle(par exemple, chou frisé) : Augmentez la proportion de lumière bleue à 25 % à 30 % pour améliorer la synthèse des pigments.

Note: Dans les applications pratiques, il est conseillé de sélectionner des lampes de culture à LED spectralement réglables. Affinez-les paramètres d'éclairage en fonction de variétés de cultures et d'environnements de culture spécifiques, en utilisant des indicateurs morphologiques tels que l'épaisseur des feuilles et la rigidité de la tige comme critères de référence.

Différents légumes ont des exigences spectrales distinctes tout au long de leur cycle de croissance, un peu comme les humains ont des préférences alimentaires. Par exemple, les légumes à feuilles nécessitent une proportion relativement élevée de lumière bleue tout au long de leur cycle de croissance. La lumière bleue stimule la croissance des feuilles, ce qui donne un feuillage plus luxuriant et plus vert-par exemple, une lumière bleue suffisante aide la laitue et les épinards à développer des feuilles plus larges et plus tendres. Pour les légumes-fruits comme les poivrons et les tomates, la lumière rouge joue un rôle essentiel pendant les étapes de floraison et de fructification : elle stimule la différenciation des boutons floraux, favorise la nouaison et produit des fruits plus gros et plus dodus. Lors de l'achat de lampes de culture, vérifiez toujours les paramètres spectraux du produit et choisissez des modèles qui permettent un ajustement flexible des rapports spectraux pour répondre aux besoins de croissance spécifiques de vos légumes.

Intensité lumineuse, mesurée enPPFD (Densité de Flux de Photons Photosynthétiques)avec l'unité μmol/m²・s, est un indicateur clé des performances de la lumière de croissance. Les légumes à feuilles nécessitent beaucoup de lumière, mais une intensité lumineuse excessive ou une exposition prolongée peut nuire à leur croissance.

En règle générale, la durée d'éclairage quotidienne doit être contrôlée à environ10 à 12 heures. Les semis sont délicats et ne nécessitent qu'une intensité lumineuse de80–150 μmol/m²・spour assurer des soins doux et une croissance robuste. À mesure que les légumes entrent dans la phase de croissance rapide, leur demande d'intensité lumineuse augmente-environ200 à 400 μmol/m²・sest nécessaire pour répondre aux besoins photosynthétiques et fournir suffisamment d’énergie pour une croissance vigoureuse. Pendant la phase de floraison et de fructification, certains légumes peuvent même nécessiter une intensité lumineuse dépassant500 µmol/m²・spour favoriser le développement des fruits.

Par conséquent, il est crucial de sélectionner des lampes de culture à LED avecplages d'intensité lumineuse réglablesqui correspondent aux exigences des différents stades de croissance des légumes.

Si les lampes de culture éclairent les plantes, l’apport de nutriments et d’eau est tout aussi crucial. Lors de la culture de la laitue, il est nécessaire d’apporter une quantité appropriée de solution nutritive et d’eau pour assurer sa croissance et son développement. Une supplémentation modérée en engrais azotés (par exemple, engrais pour le soja) peut favoriser la synthèse de la chlorophylle, et le magnésium-en tant que composant essentiel de la chlorophylle-doit également être reconstitué régulièrement.

De plus, l’ajout de coquilles de noix décomposées (telles que des coquilles de graines de tournesol) au sol peut améliorer la perméabilité à l’air et améliorer la capacité d’absorption des racines. En outre, la ventilation et la régulation des gaz (augmentation de la concentration de dioxyde de carbone) doivent être effectuées, ainsi que le contrôle de la température et de l'humidité (maintien d'une humidité relative de 50 à 70 %), pour prévenir les maladies causées par une température et une humidité élevées.

Les lampes de culture varient en termes de puissance de sortie et d'intensité lumineuse correspondante. Lors de la sélection d'une lampe de culture, tenez compte de sa hauteur de montage.-Les lampes supplémentaires à haute puissance-offrent généralement une intensité lumineuse relativement plus élevée.

De manière générale, plus la source de lumière est proche des plantes, plus la PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) sera élevée, ce qui signifie que les plantes peuvent recevoir un éclairage plus efficace. Cependant, à mesure que la distance par rapport à la lumière de croissance augmente, la zone de couverture lumineuse s'étend tandis que l'intensité lumineuse diminue en conséquence. Les lampes de culture sans conception optique professionnelle présentent une disparité significative entre l'éclairement central et périphérique, ce qui a tendance à entraîner un éclairage supplémentaire inégal et un gaspillage d'énergie lumineuse.