L'apparition en 2017 de COB de puissance (de 10 à 150W) n'ayant pas besoin de driver car se connectant directement au secteur (courant alternatif 230 V en France) nous a conduit à la rédaction de ce document, qui doit être vu comme un pendant et un complément de CAPSISPOT : Spot d'éclairage de plantes par COB de puissance sur ventirad.

En 2018 un nouvel acronyme à vu le jour pour ce type de LED : DOB, pour Driver On Board L'alimentation en courant constant (driver) et sa régulation sont inclus sur le circuit qui porte les LEDs.

Il en reprend la structure et de nombreux paragraphe puisque la seule différence tient au fait que l'alimentation (le driver en courant constant) est intégrée dans le composant (à côté de la matrice de LED).

Voir le chapitre terminologie, plus loin dans ce document, pour une définition des termes COB et ventirad.

Le terme CPSP230V a été retenu comme pendant de CAPSISPOT pour simplifier la désignation de de cette solution d'éclairage et bien insister sur leur caractéristique principale (alimentation sur le secteur 230V en Europe, 110V dans d'autres parties du monde).

Les différentes variantes seront désignées par CPSP230V “nn” “spectre”, avec nn

• nn qui indique le puissance nominale du COB utilisé
• spectre : qui précise le spectre de ce COB, comme BF pour blanc froid ou 6500K , BN pour blanc neutre ou 4500 K, ou encore FS pour Full Spectrum (voir plus loin)

Exemples : CPSP230V 50 BF, CPSP230V 30 FS

Voici un exemple de réalisation :

• La PoupoLED de Stéphanedu80 à base de DOBs 230V : conception et réalisation

En complément le lecteur pourra consulter les sujets suivants du forum Tomodori

• "la poupo à COB 230V de Renaud"
• "poupo de MarieLouTof"

Sur le forum “Les-Tomos” on trouvera, au fil du temps et des messages, la conception, la réalisation et enfin l'utilisation de ce type de poupo.

• COB : abréviation de Chip on Board ; désigne une LED réalisée par assemblage sur un seul circuit de multiples LED unitaires de puissance moindre (typiquement de 1 à 3W) permettant d'atteindre des puissances importantes, typiquement dans le plage 20 à 100 W nominal (comprendre maximal).
• CPSP230V : acronyme inventé pour désigner le modèle de COB alimentable directement sur le secteur et donc sans driver
• ventirad : contraction de ventilateur + radiateur ; désigne le système employé dans les ordinateurs pour assurer le refroidissement des unités centrales (processeurs ou CPU) et parfois des processeurs graphiques (GPU)
• driver : la caractéristique principale de ces COB et le fait qu'il n'y a besoin d'aucun driver puisque on les branche directement sur les secteur (230V).
• CPSP230V 50 SP : désigne un capsispot utilisant un COB 50W dont le spectre “SP” pourra être BF, BN, BC, FS (pour Blanc froid, Blanc Neutre, Blanc Chaud, ou Full Spectrum)
• CPSP230V 30 SP : désigne un capsispot utilisant un COB 30W dont le spectre “SP” pourra être BF, BN, BC, FS

la deuxième photo permet de mettre en évidence que la surface LED, sous les phosphores qui donnent le spectre voulu, est en réalité composé d'une matrice de LED élémentaire de 1 W. Un partie des modèles 20, 30 et 50W ont une matrice de 8*9 = 72 LED, d'autres ont une matrice de 8*10 = 80 LED.

Globalement l'objectif premier est de proposer une alternative DIY (Do It Yourself ou bricolage maison), bien moins chère, à l'achat et en fonctionnement aux lampes horticoles ou aux spots LED prêts à l'emploi du commerce.

Dans notre contexte d'éclairage pour la croissance des plantes, les principaux domaines d'application visés sont :

• l'éclairage des pouponnières ou chambres de culture de grande hauteur (typiquement entre 0,80 et 2 m de haut)
• l'éclairage d'appoint, hors pouponnière, par exemple pour hiverner de plantes pluriannuelles qui ne résisteraient pas au froidures hivernales dont notamment les capsicums.

Le double objectif de minimiser à la fois l'investissement initial et les frais de fonctionnement, impose quelques contraintes et obligatoirement un compromis.

Le fait que ces COBs intègre leur propre alimentation est un atout majeur dans la recherche de l'investissement minimal.

Les frais de fonctionnement se résument, presque exclusivement, au coût de l'énergie électrique pour faire fonctionner les capsispots à raison de 12 à 14 h par jour. Pour une puissance donnée d'éclairage utile à la croissance reçu par les plantes, minimiser les frais de fonctionnement revient donc à maximiser (tout en restant à un coût d’acquisition faible)

1. le rendement photosynthèse du spectre émis – en relation avec la courbe de rendement de la photo synthèse en fonction de la longueur d'onde de la lumière émise
2. le rendement lumineux de la source de lumière – ratio entre l’énergie électrique consommée et celle produite sous forme de photons utilisables par les plantes
3. le rendement de l'alimentation de cette source – ratio entre le nombre kWh comptabilisés sur le compteur et ceux fournis à la source lumineuse

On peut négliger la consommation électrique du ventilateur (inférieur ou égale à 1 W par spot dans la solution retenue).

Priorité est donnée aux solutions qui permettent i) de trouver les composants à acheter à des montants faibles à très faibles et ii) de pouvoir profiter au mieux de matériels existants qui terminent généralement au rebut et sont donc trouvable assez facilement sans dépenser 1 centime (recyclage, seconde vie).

• les seuls composants à acheter sont les COBS 230V.
• le “récupérable” concerne le refroidissement actif des COB (indispensable au niveau de puissance cible) et l'alimentation de ce refroidissement. Il s'agit donc du ventirad.

Pour répondre à des besoins multiples et qui différent par la surface de culture à éclairer, la taille des plantes, les phases des croissance (végétative ou générative), il est important qu'un éclairage global puisse se réaliser par un petit nombre (typiquement de 3 à 6 ou 8 pour nos besoins de jardiniers amateurs) de capsispots 230V qui pourront :

• être installés individuellement aux emplacement les plus propices
• être allumés/éteints individuellement (pas forcément tous simultanément)
• fournir une lumière avec un spectre différent pour, par assemblage, répondre au mieux aux besoins des plantes cultivées.

Afin de satisfaire au mieux aux exigences ci-dessus, les choix structurants pour réaliser un capsispot sont les suivants :

* LED: choix des COB “noname” d'une puissance de 20 à 50 W ; Ces COB sont réalisé par l'assemblage dans une même puce (chip ou bead) d'une matrice de LED 1W et des quelques circuits intégrés qui assurent le redressement et la régulation du courant qui alimente les LEDs .

• refroidissement actif : utilisation de ventirad (prévus pour CPU, GPU …), si possible de récupération

Pourquoi ne pas se contenter du radiateur du ventirad, sans ventilateur ?

1. le rendement des LED diminue avec la température de jonction (TJ), plus on arrive à refroidir la platine support du COB, plus basse sera la TJ, meilleur sera le rendement (ratio d'énergie restituée sous forme de lumière, sur énergie totale consommée). On a ainsi constaté que correctement refroidis les COBs ont une puissance un peu supérieur à leur nominal.
2. plus la TJ est faible, plus la durée de vie effective des LED est longue et s'approchera des 30 à 50 000 heures théoriques.

• alimentation du ventilateur du ventirad : l'expérience à montré qu'au niveau visé et avec un radiateur/dissipateur suffisant, il était suffisant d'alimenter le ventilateur sous 5 V (au lieu des 12 V nominaux). Ce choix permet d'utiliser les chargeurs de téléphone mobile pour cela, dans la mesure du possible en recyclage.

• A ce jour la technologie LED est celle qui, à coût restant raisonnable, procure le meilleur rendement énergie lumière sur énergie électrique consommé –> réponse à l'exigence double de coûts d'investissement et de fonctionnement faibles.
• le ventirad a prouvé dans les PC qu'il était une excellente solution de refroidissement de “puces” consommant quelques dizaines de W sur quelques cm² ; les COB envisagés sont donc parfaitement adaptées ; enfin, avec la durée de vie moyenne des ordinateurs, il est très facile de trouver des ventirads sur des carcasses de PC au rebut.
• les tests ont prouvé sur les COB 50W qu'il est suffisant de faire tourner les ventilateur sous 5 ou 6 V. C'est parfait puisque i) les alimentations 5 V et faible puissance existent en quantité y compris en recyclage (chargeur de téléphone portable), ii) à cette vitesse les ventilateurs ne sont pas bruyants et consomment très peu d'énergie.

Le choix de ce niveau de puissance a pour conséquence des sources lumineuses quasi ponctuelles puissantes ce qui impose :

• un distance minimale de 25 à 35 cm cm entre le haut des plantes et les COBs ;
• dans le cas de pouponnières ou de chambres de culture, une hauteur significative, typiquement à partir de 1 m (0,75 m minimum) ;
• l'obligation d'un refroidissement actif (le “venti” du “ventirad”)

Comme vu ci-avant les puissances retenues sont celles de 20, 30 et 50 W.

Il semble que dans nos conditions d'utilisation (sur ventirad et avec une tension secteur moyenne de 230V) la puissance réellement consommée soit en moyenne d'environ 5% supérieur au nominal.

On peut raisonnablement considérer que les circuits de redressement et de régulation du courant d'alimentation des LEDs consomment environ 15% de la puissance totale.

La puissance moyenne réelle dans les LEDs pour ces COBS est donc estimée à 18, 27 et 45 W respectivement.

Nous n'avons pas les moyens de mesurer le rendement photon/électricité de ces COB et les spécifications vendeurs de ces COB bon marché ne peuvent être considérées comme fiables, mais divers tests et recoupements permettent de penser que ce rendement se situe autour de 42% (dans le plage 40 à 45%).

Dans cette hypothèse, la puissance lumineuse délivrée, dans nos conditions d'utilisation

• CPSP230V 20 W : ~ 7 PAR W – PAR W, énergie mesurée en W, des photons émis par le capsispot
• CPSP230V 30 W : ~ 11 PAR W
• CPSP230V 50 W : ~ 19 PAR W

Dans cette gamme, les “spectres” disponibles sont blanc froid, blanc neutre, blanc chaud et full spectrum, ci-après BF, BN, BC et FS.

Le document Spectre de la lumière produite par des LED et son efficacité dans ce Tomowiki présente une synthèse de ce qui peut être utile à retenir quant au besoins des plantes et l'effet de la lumière, selon les couleurs qui la compose, sur la photosynthèse.

Ma recommandation personnelle est de privilégier le modèle 30 W pour les raisons suivantes

• dans une gamme tous les modèles utilisent le même nombre de LED 1W (72 ou 80 selon le constructeur pour les puissances entre 20 et 50 W). Selon la puissance ces LEDs seront donc utilisées à environ 25, 40 ou 62 % de leur nominal (lire et comprendre leur maximum).
• plus la puissance est importante, plus la chaleur dissipée par les LED est importante
• A partir du modèle 20W, il y a sur le COB un circuit intégré supplémentaire par tranche de 10W (donc 1 pour le 20 W et 4 pour le 50 W) ; or ce sont ces circuits de régulation qui chauffent le plus sur le COB. En limiter le nombre va limiter la chaleur, produite par l'électronique, à dissiper.
• il sera plus facile d'avoir un éclairage relativement homogène sous les LED avec un nombre supérieur de sources lumineuses
• dans l'autre sens, plus on mettra de COB, plus il faudra de ventirad
• plus un COB sera puissant plus la distance minimale entre COB et plantes sera importante (ce qui implique une hauteur de pouponnière plus importante)

Au regard de ces considérations ce sont les modèles 30 W qui constituent en général le meilleur compromis.

Cela ne veut nullement dire que les modèles 20 W ou 50 W ne doivent pas être utilisés quand il existe de bonnes raisons à cela. Par exemple (il en existe d'autres):

• un remplacement de l'éclairage d'une pouponnière existante pas très haute (par exemple 50 à 60 cm) imposera l'utilisation de puissance réduite à 20 W. Par exemple 5 ou 6 CPSP230V 20W pour une poupo de 125 cm par 40 cm.
• au contraire, un éclairage hors poupo pour hiverner des plants assez hauts, justifiera d'utiliser des COBS de 50 W ou même de 70W ou 100 W ; il est alors probable qu'il sera plus sage de faire tourner les ventilateur sous au moins 6 ou 9 V plutôt que sous 5 V.

Rien de particulier à dire sur le ventirad lui même, si ce n'est que tous les ventirads de récupération semblent bien convenir. Dans ce cas de recyclage d'un vieux ventirad, il est quand même utile de vérifier que le ventilateur n'est pas bruyant quand il est alimenté en 5V ; le cas contraire traduirait une usure déjà importante du ventilateur, sans même parler de la nuisance sonore.

Pour fixer le COB, sur le ventirad, le plus simple me semble être la méthode suivante :

• si c'est un ventirad recyclé, bien dépoussiérer l'espace entre les ailettes du radiateur (pinceau à poils longs ou, mieux, souffleur genre gonflage de pneumatiques)
• bien nettoyer et dégraisser le ventirad et le dos du COB – par exemple avec un papier absorbant imbibé d'alcool de ménage
• déposer et étaler au centre du dos du COB une très mince couche de pâte ou colle thermique
• déposer une micro goutte de colle genre superglue en gel à prise rapide aux quatre coins du dos du COB
• positionner le COB à la place prévue sur le ventirad et presser fortement pendant quelques secondes
• laisser le collage finir de prendre pendant quelques minutes sans manipuler le montage

La dernière génération (apparue en 2018) de ces COBs comporte dans leur électronique une régulation en fonction de la température : dès lors que la température s’élève, ce circuit réduit automatiquement la puissance de l'éclairage. Il n'y a donc plus de raison d'utiliser un thermostat (type KSD9700) comme sur les versions plus anciennes.

Il est donc important, lors de l'achat de choisir un modèle de dernière génération.

Par exemple :

https://fr.aliexpress.com/item/Hydroponice-AC-220V-20w-30w-50w-led-grow-chip-full-spectrum-380nm-840nm-for-indoor-plant/32720760568.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.55846c37KSAVdE

et non pas

https://fr.aliexpress.com/item/COB-LED-Lampe-Puce-220-v-Smart-IC-Aucun-Pilote-Ampoule-LED-de-Lumi-re-D/32951276228.html?spm=a2g0w.search0604.3.39.1fa41909DUyQ5d&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_3_10065_10068_319_10892_317_10696_453_10084_454_10083_10618_431_10304_10307_10820_10821_537_10302_536_10843_10059_10884_10887_100031_321_322_10103%2Csearchweb201603_6%2CppcSwitch_0&algo_pvid=579ee794-d264-41dd-b283-7d4070a8e49d&algo_expid=579ee794-d264-41dd-b283-7d4070a8e49d-6

1. Alimenter le COB, est enfantin puisqu'il se branche directement sur le secteur ( connecter les fils marron et bleu sur les deux plots marqués L et N )
2. IMPÉRATIF : ne surtout pas oublier de connecter la terre sur le radiateur en aluminium (du ventirad)

Pour le branchement du ventilateur l'expérience à montré que si le radiateur du ventirad est de taille suffisante, il est largement suffisant d'alimenter le ventilateur en 5 V (chargeur de téléphone mobile) ou 6 V (deux ventilateurs identiques en série sur une alimentation 12 V DC)

Ce choix qui fait tourner ce ventilateur nettement moins vite qu'en 12V

• i) est suffisant à un bon refroidissement du COB
• ii) fait que le bruit du ventilateur devient très faible (presque inaudible)
• iii) permet de très fortement augmenter la durée de vie du ventilateur

Nota :

• la puissance électrique consommée par le ventilateur de ventirad est très faible < 2 W : inutile de prendre une alimentation puissante et coûteuse. On peut également alimenter plusieurs ventilateurs sur une même petite alimentation.
• Comme les alimentations 9V et 6V sont bien plus rares que celles en 12V DC, dès lors que l'on installe plusieurs capsispots (en nombre pair) il est possible de les brancher en série de 2 ventilateurs identiques sur une même alimentation 12V (ce qui leur fournit 6 V chacun)
• une autre solution avec une alimentation 12 V est de brancher le ventilateur en série avec une résistance de environ 15 Ohms (attention prendre un modèle de résistance au moins 3 W), selon le ventilateur cela devrait faire chuter sa tension d'alimentation entre 7 et 9 V. Nota: la résistance de 15 Ohms peut être réalisée avec 3 de 10 Ohms (en en mettant en série 1 puis 2 en parallèle )

• 2 COB 230V 30W Full Spectrum
• puissance électrique totale consommée : ~ 63 W
• puissance électrique totale dans les LEDs : ~ 54 W
• puissance lumineuse estimée : ~ 22 PAR W
• radiateur / dissipateur récupéré dans un ampli Hi-Fi HS
• 2 ventilateurs 12V 5 cm de diamètre récupérés sur une carte graphique de PC
• chargeur de téléphone mobile de 5 V recyclé pour le ventilateur
• un interrupteur bilame KSD 9700 45°C normalement fermé
• coût total: environ 6 € – à ce jour vraiment difficile de faire moins cher !

Rappel : les puissances estimées des 3 modèles sont les suivantes :

• CPSP230V 20 W : ~ 7 PAR W
• CPSP230V 30 W : ~ 11 PAR W
• CPSP230V 50 W : ~ 19 PAR W

Les valeurs généralement admises pour les différentes phases de croissances des plantes habituelles de nos potagers comme tomates, aubergines ou capsicums sont les suivantes par m² éclairé :

• croissance végétative : entre 50 et 75 PAR W ; PPF entre 220 et 330 ; DLI entre 10 et 15
• croissance végétative + générative : entre 66 et 90 PAR W ; PPF entre 300 et 400 ; DLI entre 12 et 16
• croissance générative : entre 80 et 120 PAR W ; ; PPF entre 350 et 525 ; DLI entre 16 et 24

Ainsi,

• pour le classique 0,6 m² de surface éclairée (~115 * 55 cm), dans une enceinte avec parois réfléchissantes de 85 à 100 cm de haut, pour de la croissance végétative et un début de floraison , il faut prévoir 5 COBs 30W dont 3 BF et 2 FS (PPF 240; DLI 16 heures ~ 13)
• pour 1,5 m² de surface éclairée, dans une enceinte avec parois réfléchissantes, pour de la croissance générative, il faudrait prévoir de 8 COBs 230V 50 W

Le lecteur se reportera au chapitre qui traite de ce sujet dans le document présentant les capsikits à base de paruls, puisque le type des LED ne change en rien les besoins des plantes en fonction des différents stades de leur croissance.

CAPSIKIT : Conception et réalisation de panneaux LED à PARULS

En résumé, une fois choisie la surface à éclairer (nombre de plants en fonction de leur age et donc de la taille des godets) on peut procéder comme suit :

• i) déterminer l'intensité lumineuse cible* approximative dans les “couleurs/spectres” visés (en se basant sur les données disponibles pour les différentes plantes visées, en fonction de l'étape de croissance (végétative, générative) donnée le plus souvent en DLI ou en PPF dans la littérature sérieuse).
• ii) voir ci-dessus pour l'estimation des PAR Watts délivrés par les modèles 20, 30 et 50 W nominal
• iii) multiplier la cible par un facteur de 1.12 à 1.35 (ou même 1,5), pour les pertes de lumière selon que l'on dispose de parois réfléchissantes ou non
• iv) déterminer le nombre (approximatif en arrondissant au nombre entier supérieur) de CPSP230V de chaque modèle (20, 30 ou 50 W) et spectre (BF, BN, BC, FS) .

Exemple 1 :

• pouponnière première croissance de 0.6 m² : DLI cible >= 11/12, spectre “blanc froid”.
• on en déduit qu'avec 3 CPSP230V de 30W on obtient un DLI de 11/12 sur 15h d'éclairage par 24h (pour l’homogénéité de la lumière 3 modèle 30W sont préférables à 2 50W)

nota : ne pas oublier qu'avec ces capsispots la distance minimale entre les COB et les plantes (~25/30 cm) ce qui impose une pouponnière suffisamment haute (typiquement > 65/75 cm) et des parois réfléchissantes.

Exemple 2 :

• pouponnière 2 ème age de 0.6 m² : DLI cible >= 20, spectre en mix “Full Spectrum” et “blanc froid” pour obtenir des plants en pleine floraison à leur plantation (voire début de fructification, selon la durée de leur séjour dans cette poupo, si sa hauteur est suffisante)
• solutions recommandées : i) standard 3 CPSP230V 30W FS, 2 CPSP230V 30W BF, ii) luxe 3 CPSP230V 30W FS, 2 CPSP230V 30W BF, 1 CPSP230V BC
• solution possible (avec une poupo assez haute et des ventilateurs alimentés en 6 V ou plus) : 2 CPSP230V 50W FS, 2 CPSP230V 50W BF

Les indications qui suivent permettent une estimation raisonnable du prix de revient d'un capsispot 230V.

• les COB 20 à 50 W, se trouvent à des prix individuels entre 2 € en BF ou BC et 4 € en FS

Si on utilise des ventirads et des alimentation de ventilateur de récupération, le prix du CPSP230V se résume au prix des COB 230V

Il est toutefois possible d'acheter des ventirads (prévu pour PC) pour 9 à 12 € pièce.

Enfin, on peut signaler (uniquement en Full Spectrum à ce jour) l'existence de kits complets COB + ventirad + alimentation du ventilateur + lentille pour moins de 13 €.

Voir par exemple : https://fr.aliexpress.com/store/product/110V-220V-50W-380NM-840NM-Full-Spectrum-LED-Heatsink-Cooler-lens-power-cable/106464_32819361789.html?spm=a2g0w.12010612.0.0.3b6d674ex1lkUF kit complet 50W FS.

Il sera toutefois impératif i) de remplacer le câble secteur 2 fils, par un câble 3 fils avec terre, ii) de relier le radiateur à la terre, et fortement recommandé d'ajouter un interrupteur bilame KSD 9700 45°C “normalement fermé” (car modèle ancienne génération).

En prenant le prix du KW/h de 0,17 €, on peut estimer le coût de fonctionnement journalier d'un capsispot 230V

• CPSP230V 30W : 0.08 € par jour
• CPSP230V 50W : 0.14 € par jour

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