MechaTronix Grow Light

Gestión térmica avanzada para luces LED de crecimiento

En el capítulo sobre Distribución de la luz vio la importancia de que sus fuentes de iluminación fuesen lo más pequeñas posible para crear una distribución uniforme de la luz sobre el dosel de la planta.
Aunque los LED de crecimiento de esta generación ya son mucho más eficaces que hace unos años, todavía hay una considerable pérdida de eficacia y calor que se produce durante la transformación de la energía en fotones.
La pérdida térmica de un paquete de LED depende en gran medida de la tecnología de conversión y puede llegar a diferir hasta un 20 % entre los distintos fabricantes de paquetes de LED.
En general, un paquete de LED rojos de 660 nm tiene una eficacia similar a la del paquete azul de 450 nm y produce menos del 50 % de la energía al calor.

Los paquetes de LED blancos que se utilizan muy a menudo para crear un amplio espectro con la combinación del espectro azul con el amarillo y el verde parten de matrices de LED azules y utilizan revestimientos de fósforo adicionales para convertir los fotones azules en el espectro medio, como se ilustra a continuación.

Emisor LED para horticultura y tecnología LED COB


Estos paquetes de LED blancos tienen eficiencias típicas del 25 % al 30 %, lo que significa que, respectivamente, el 75 % y el 70 % de la energía se destina al calor.

Esto también explica por qué las luces LED de crecimiento que intentan imitar al sol con espectros amplios terminan la mayoría de las veces con índices de eficacia muy bajos, como 2,0 a 2,3 µmol/J.

Independientemente de la eficiencia de sus LED de crecimiento, el calor creado tiene que enfriarse.
La vida útil de un LED está directamente influenciada por la temperatura a la que funciona.
Un sistema de luces LED de crecimiento en el que los LED funcionan internamente a 65 °C puede fácilmente tener una vida útil de 75 000 horas de funcionamiento, mientras que un sistema que funciona a 85 °C de apenas 40 000 horas.
Ahora también entiende por qué hay tanta diferencia entre la vida útil que publican los distintos fabricantes de luces LED de crecimiento.

Los sistemas de gama baja, que en su mayoría vienen como una barra de luz hecha de aluminio extruido con LED en grupos fragmentados sobre la barra y una simple cubierta para protegerlos, tienen principalmente una vida útil de 25 000 a 30 000 horas de funcionamiento. Con 3 000 horas de funcionamiento en un invernadero se puede afirmar que aguantan de 7 a 10 años, pero ¿justifica esto su inversión en luces LED de crecimiento, que todavía hoy son muchas horas de trabajo, con lámparas de crecimiento HPS del pasado?

En realidad, pasar de 25 000 horas de vida útil a las 75 000 de las luces LED de crecimiento no es tan difícil.
Los sistemas avanzados de refrigeración, como los tubos de calor, existen ya desde hace más de una década y se utilizan en miles de millones de aplicaciones, como en los ordenadores portátiles y blocs actuales.

Como empresa tecnológica, decidimos desde el primer día llevar estas tecnologías avanzadas a los sistemas de iluminación de crecimiento y optar por el uso de tubos de calor y tecnología de aletas apiladas.

CoolStack® cooling core heat-pipes & stack fins

▲ La base de la luz LED de crecimiento avanzada CoolStack®es una estructura de 16 tubos de calor que convierte el calor en una estructura de aletas apiladas para temperaturas ultrabajas.

Un segundo efecto directamente relacionado con la temperatura de los LED que hay que tener en cuenta es el deterioro de la luz.
El deterioro de la luz es la disminución de la potencia de luz que se produce con el tiempo.
Supongamos que ha comprado una luz LED de crecimiento que produce un PPF de 1 000 µ/s. Cuando los LED funcionan internamente a 85 °C se obtiene aproximadamente un deterioro de la luz del 3 % por año, lo que significa que después de 5 años su producción de energía disminuye en un 15 % a 850 µmol/s.

También en este caso, el deterioro de la luz está directamente relacionado con la temperatura de los LED en funcionamiento. Cuando puede mantener sus LED por debajo de los 65 °C, el deterioro de la luz en el tiempo es inferior al 1 %.



¿Cuál es el impacto térmico de las luces LED de crecimiento en su entorno?

Las pérdidas de calor de los emisores LED de crecimiento, tal y como se ha descrito anteriormente, no implican inmediatamente que la luz LED de crecimiento tenga un gran impacto en su entorno de crecimiento.
Dado que la conversión térmica ya es aproximadamente un 30-40 % más eficiente que la de las lámparas de halogenuros metálicos y sodio de alta presión, el calor irradiado directamente es de todos modos menor que el de estos sistemas de luces de crecimiento con bombillas incandescentes.

La razón por la que en muchos casos vemos que se necesita un gran espacio entre las luces de crecimiento y los cultivos, o los sistemas necesitan apagarse debido a las quemaduras de las hojas, viene del calor directo irradiado que, a veces, es demasiado elevado en valores absolutos.

Typical bandwidth wavelength of radiated heat

Longitud de onda típica del ancho de banda del calor radiado de una lámpara de sodio de alta presión a 830 nm.

Como puede ver en la imagen anterior, una lámpara SON-T HPS de crecimiento emite un gran pico de calor radiado a 830 nm.

La energía térmica adicional puede estimular la fotosíntesis, pero el valor absoluto irradiado directamente hace que se necesite una distancia al dosel mucho mayor que con las lámparas LED de crecimiento.



¿Las lámparas LED de crecimiento no producen calor?

Sí, pero en primer lugar, aproximadamente un 30-40 % menos es energía relativa.
En segundo lugar, se destina mucha más energía a la convección en lugar de a la irradiación.
En tercer lugar, el sistema de refrigeración de los LED determina el calor que alcanzan los componentes exteriores de una lámpara LED de crecimiento y, por lo tanto, puede hacer que sus lámparas puedan estar lo más cerca posible del dosel.

La luz LED de crecimiento para horticultura CoolFin® con un PPF de 3,520 µmol/s está diseñada de forma que todas las partes exteriores que contribuyen al intercambio de calor con el entorno se mantienen por debajo de los 65 °C a temperatura ambiente.



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