1W, 3W, 5W, 10W e COB (chip-on-board) LED

Ho condotto una ricerca approfondita sull’evoluzione in fatto di LED durante gli ultimi dieci anni circa, suddividendo le informazioni in base alle tipologie di diodi impiegati, al loro wattaggio ed ai livelli di calore, brillantezza e penetrazione.

led-cobProve, questo è ciò di cui abbiamo bisogno quando iniziano a circolare voci riguardo qualcosa di rivoluzionario, qualcosa in grado di cambiare le regole del gioco, qualcosa che solo a sentirsi sembra troppo bello per essere vero! E così, come spesso succede, le parole volano di bocca in bocca senza aver mai visto uno straccio di prova, questo è un aspetto dei tempi moderni e della natura sconfinata di Internet.

Per la gran parte degli appartenenti alla comunità della coltivazione indoor, la storia della “tecnologia superiore” e della “super crescita” portata avanti dai fabbricanti di lampade LED appare verosimilmente attraente e plausibile. Ma dove sono i report, i test, le comparazioni fianco a fianco sui diversi modelli di lampade, le chiare, concrete e innegabili prove? Dando un’occhiata… sono pochi i dati ufficiali!

Così il britannico Keith, metodico grower e appassionato di coltivazione indoor, esordisce nel suo articolo intitolato “LED grow lights-Do they actually work?”.

Come potremmo dargli torto? Partendo dal suo quesito, ho condotto una ricerca approfondita sull’evoluzione in fatto di LED durante gli ultimi dieci anni circa, suddividendo le informazioni in base alle tipologie di diodi impiegati, al loro wattaggio ed ai livelli di calore, brillantezza e penetrazione.

 

Ma prima, un breve commento!

 

Circa una decina di anni fa, si bisbigliava a proposito di uno sviluppo che avrebbe cambiato il mondo dell’idroponica per sempre. L’interesse a proposito dei LED, Light Emitting Diodes (diodi che emettono luce), raggiunse il suo livello massimo quando gli scienziati della NASA iniziarono ad utilizzare questa tecnologia per la coltivazione delle piante nello spazio. Per i growers, tutto sembrava voler dire che le lampade potessero davvero portare uno sviluppo superiore nella crescita delle piante, accompagnato da un minor consumo energetico ed un aumento dell’efficienza in generale.

Come molti membri della comunità indoor, anche io ero preso dall’eccitazione. Chi non avrebbe dato il benvenuto alla scelta di uno spettro specifico di luce al prezzo di una piccola parte dell’intero ciclo condotto con le lampade convenzionali (HPS, MH, HID) ?! Come spesso accade quando si parla di nuove tecnologie, era ancora troppo presto perché il prezzo diventasse alla portata della massa.

Oggi, a distanza di più di dieci anni, ci si aspetterebbe che fosse pieno di risultati e test consultabili sui LED. Ebbene, ho cercato e ricercato ancora. La NASA ha fatto dei test, e questo è vero, ma le uniche ricerche disponibili online, riguardano lo sviluppo di piccoli arbusti, alti circa 10mm e risalenti a 7 anni fa, dunque nulla di attuale!

Ho provato anche a mandare delle e-mail alla NASA per ottenere maggiori informazioni, ma lasciate che vi dica una cosa: ottenere materiale su ricerche ufficiali è davvero difficile! La maggior parte degli articoli che si trovano in giro sono scritti dalle aziende che producono i LED, inoltre tendono ad essere piuttosto faziosi e comunque non recenti.

Ho deciso di riunire alcune delle ricerche più attendibili al fine di far conoscere anche a voi, le differenze tra i diversi diodi impiegati nelle lampade a LED per coltivazione indoor, ovvero da 1, 3, 5, 10 Watt e quelle che utilizzano COB LED.

 

Andiamo a vedere in cosa consistono queste differenze.

 

I diodi LED sono classificati in base all’ammontare di potenza (Wattaggio) che possono raggiungere nel caso in cui siano perfettamente raffreddati. Dal momento in cui i diodi non possono essere perfettamente raffreddati quando sono impiegati nel mondo reale, ovvero al di fuori di un laboratorio in condizioni ottimali, vengono fatti funzionare ad un wattaggio più basso di quello per cui sono stati costruiti in modo da allungare la loro durata di vita e mantenere una qualità di spettro altamente precisa.

Facendo passare meno potenza attraverso un LED, questo diviene più efficiente a produrre luce, ma ne produce anche meno. Se da una parte, i diodi con meno potenza sono più efficienti, dall’altra non emettono abbastanza luce per far crescere bene le piante.

Nell’ultimo decennio, le aziende che producono lampade LED per coltivazione si sono moltiplicate come funghi e ognuna di queste, ha la pretesa di aver montato i diodi migliori sul proprio pannello.

 

Vediamo quali diodi sono presenti ad oggi sul mercato e che caratteristiche hanno, le conclusioni le lascerò a voi.

 

Led 1w

 

 

 

  • 1W (Watt), sono diodi abbastanza brillanti da coltivare piante che necessitano poca luce, sono in grado di svolgere il proprio compito solo se sono posti davvero vicini alla pianta e non riescono comunque in nessun modo a garantire il fabbisogno di luce nella fase di fioritura.

È proprio con questa tipologia di diodi che sono state progettate e costruite le prime UFO LED, lampade dal design intrigante, che risultarono però scarsamente efficienti se paragonate alle fino ad allora indiscusse lampade al sodio HPS o a ioduri metallici MH, sia in termini di resa, sia di costi.

LED 3WW

  • 3W/5W (high power diodes o diodi ad alta potenza), sono una tipologia che si presta brillantemente sia alla coltivazione in spazi ridotti come sgabuzzini, growbox e armadi, sia in coltivazioni più estese dove le lampade sono necessariamente poste ad una distanza maggiore dalla superficie fogliare.

Molte lampade da coltivazione utilizzano questa tipologia di LED poiché, basso wattaggio, significa anche una bassa produzione di calore. Grazie a queste caratteristiche i diodi da 3W possono essere portati a più alti livelli di potenza senza il rischio di rovinare i chip e falsare lo spettro, infatti anche se la vita media dei LED è indicata sulle 60.000 ore, questi generalmente durano circa 100.000 ore e più senza degradarsi. Sono abbastanza brillanti da poter essere posizionati ad una distanza di 12/24 pollici (30-60cm) dalla pianta, ma scarsamente efficienti nell’illuminazione delle foglie e dei fiori posti più in basso se non provvisti di lenti ausiliarie.

I diodi da 5W sarebbero in grado di ovviare a questo problema della scarsa penetrazione, se non fosse per il fatto che aumentando il wattaggio, aumenta anche il calore sul chip accorciando la vita e l’affidabilità dei diodi; è inoltre molto difficile e più costoso, rispetto ai diodi da 1W e 3W, gestire il calore.

typical_LED_packa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 10W, se i LED da 5W sono migliori sotto certi aspetti di quelli da 3W, quelli da 10 dovrebbero essere ancora meglio? Purtroppo non è questo il caso, poiché per questo wattaggio non sono disponibili le colorazioni necessarie a comporre il phyto-spettro cromatico necessario per la coltivazione dei vegetali. Infatti in commercio troviamo solo diversi tipi di bianchi che si dimostrano più indicati nella produzione di luminarie per gli esseri umani, inoltre dagli studi emerge che con il raddoppiarsi della potenza impiegata, raddoppia solo l’emissione di calore e non quella luminosa.

 

Un approfondimento riguardo le caratteristiche dei COB (Chip-On-Board) LED

 

COB LED Chip

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COB LED utilizza una tecnica di assemblaggio in cui più chip LED sono assemblati insieme assumendo l’aspetto di un unico corpo luminoso; la base sulla quale vengono montati i chip, chiamata Wafer, viene tagliata in centinaia di microscopiche lamine con uno spessore di circa 250 µm (ogni unità corrisponde a un milionesimo di metro). Questi piccoli pezzi di cristalli di semiconduttori difficili da vedere, vengono saldati con una procedura particolare direttamente su una base di alluminio o ceramica supportata dai caratteristici e distinguibili dischetti gialli.

aluminum-substrate ultrathin-phosphor-coating

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Questi dischetti di colore giallo sono costituiti da uno strato di fosforo ed è necessario al fine di controllare il calore e rende possibile la presenza dei più di 70 chip per cm quadrato!

Questa unione di più led da 1 o 0.5W uno di fianco all’altro, dà la possibilità ai produttori di risparmiare sull’assemblaggio e sull’impacchettamento, ma non sulle lenti (nella tecnologia LED vengono impiegate delle lenti che permettono di aumentare o concentrare l’angolo dell’illuminazione con un fascio luminoso grandangolare, cioè circolare) che risultano difficili e costose da produrre poiché la superficie da concentrare è molto estesa e soggetta ad una continua esposizione al calore.

Una grandissima limitazione che per il momento ostacola l’efficienza dei COB LED impiegati nelle lampade da coltivazione è la dissipazione del calore, infatti quest’ultimo non può essere limitato così rapidamente da permettere l’utilizzo di diodi da 3W (high power diodes) che ne aumenterebbero significativamente la potenza e l’emissione luminosa.

Dal 2014 sono stati impiegati alcuni LED ad alta potenza da 3W nei COB, ma facendoli funzionare a solamente 1/3 della potenza dichiarata poiché tendono a bruciarsi nell’arco di circa un paio di mesi dal primo utilizzo.

Inoltre, anche in quella modesta porzione di casi in cui i diodi non si bruciano, l’alto livello di calore deforma il materiale di cui sono composti (a causa dei crescenti livelli di calore i LED sono incapsulati con il silicone, invece della resina epossidica utilizzata inizialmente che degrada intorno agli 80°C) falsandone lo spettro cromatico; sono molti i materiali che generano interesse per gli addetti al settore, come il PMMA (metilmetacrilato) noto per la sua trasparenza e resistenza ai raggi UV, anch’esso però subisce deformazioni in caso di lunga esposizione al calore. Alcune aziende stanno sperimentando l’utilizzo del vetro, noto per la sua resistenza, ma anche per il suo peso e la sua fragilità.

I COB LED hanno bisogno di ulteriori sperimentazioni prima di potersi esprimere al meglio, riuscendo a dissipare il calore prodotto montando centinaia di high-power diodes da 3W, che ne incrementerebbero sensibilmente emissione luminosa, penetrazione e perché no, costi.

In ultima analisi, i LED stanno dando una ventata d’aria fresca al mondo dell’illuminazione e a quello della coltivazione indoor, è necessario del tempo perché il mercato si assesti e le aziende sperimentino quali materiali sono migliori al fine di fronteggiare problemi quali calore e resistenza perciò, per ora, a voi la scelta!

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Davide Mas

 

LINK FONTI

Leds understanding optical performance

Aliper report 22 LED MR16 lamps

LED grow lights-do they actually work?

 

  1. […] chip da 5W, tuttavia quando questo sarà in funzione, i chip LED consumeranno 3W ciascuno VEDI http://www.giardinaggioindoor.it/2015/03/25/1w-3w-5w-10w-e-cob-chip-on-board-led/ […]

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