Points clés lors du choix et de l'installation d'un système d'éclairage à LED de l'éleveur
Cet article vise à donner au lecteur une vue d'ensemble des systèmes d'éclairage à LED, de leur fonctionnement et des différences entre les divers systèmes disponibles dans l'industrie avicole. Il est important de connaître les principes et les mécanismes de base pour savoir quel système répond le mieux à ses besoins.
Quelques questions clés à poser au fournisseur potentiel :
1. Efficacité - Lumen par Watt du système.
2. Uniformité de la lumière - Les points sombres et les ombres se traduisent par des œufs au sol.
3. Durée de vie - Combien d'heures puis-je attendre du produit ?
4. Flexibilité de la gradation - Puis-je faire varier la luminosité de 80 Lux à 2 Lux sans scintillement ?
5. Facilité d'installation - Il est important de tenir compte des coûts d'installation dans votre budget.
6. Coûts d'exploitation - En fonction des coûts d'installation, de l'efficacité, de l'entretien et de la durée de vie
Quelques termes clés de l'éclairage :
- Lumen (lm): Lumière visible émise par une source.
- Lux (Lx) ou pied bougie (fc): Mesure de la lumière à distance.
- Colour Temperature - Kelvin (K): >5,000K are called cool colors (bluish white), neutral white is around 4,000K-5000K, while <3,000K are called warm colors (yellowish white through red). Warm colors 2700K (red spectrum) of light are best for pullet rearing and production, while broilers will perform equally over a range of colors as high as 5000K (blue /green spectrum).
- Lumen par watt: Lumière visible générée pour chaque watt d'énergie consommée.
- L'uniformité: Une bonne uniformité signifie des niveaux de lumière uniformes, sans ombres ni taches sombres.
- Diode électroluminescente (DEL): Source lumineuse semi-conductrice qui émet de la lumière lorsqu'elle est traversée par un courant.
- Durée de vie LM70: La norme pour déterminer la durée de vie des LED est basée sur le nombre d'heures nécessaires à la dépréciation jusqu'à 70 % de la puissance lumineuse initiale.
LES ÉLÉMENTS ESSENTIELS DE LA CONCEPTION DES LUMINAIRES À LED
La LED
La LED ou diode électroluminescente est peut-être le composant le plus important du luminaire, mais ce n'est qu'un des nombreux composants nécessaires pour rendre un produit apte à fonctionner à plein temps dans un poulailler. Comme pour tout, vous payez pour ce que vous obtenez. Les LED de marque plus chères offrent des durées de vie plus longues et des rendements plus élevés.
Le conducteur
Les puces LED fonctionnent généralement sur une tension continue. Les luminaires à LED nécessitent donc un pilote qui convertit la tension alternative entrante en tension continue requise. Les pilotes sont soit intégrés dans le luminaire, comme c'est le cas pour les ampoules ou les tubes LED, soit externes, un seul pilote alimentant plusieurs luminaires. Lorsqu'un luminaire LED tombe en panne, il s'agit presque toujours d'un problème de pilote et non des puces LED. Il est donc logique d'utiliser un driver externe dans un poulailler. En outre, les drivers externes alimentant plusieurs luminaires peuvent être des unités de qualité industrielle offrant de nombreux avantages par rapport aux drivers internes.
L'enveloppe
Les poulaillers sont régulièrement lavés à haute pression avec des détergents chimiques. Il est important de s'assurer que le produit que vous choisissez a été conçu pour cet environnement. Les produits doivent avoir un indice minimum IP67, mais idéalement un indice IP69 qui couvre les jets d'eau directs.
Le gradateur
Le gradateur n'est pas une véritable pièce du luminaire, mais la fonctionnalité de gradation du produit constitue un élément majeur du système. Il est essentiel que le luminaire varie en douceur et sans scintillement de 0 à 100 %. Assurez-vous que le gradateur dispose d'une entrée de 0 à 10 V pour le contrôler à partir d'un ordinateur d'environnement ou d'un PLC.
Le dissipateur thermique
La durée de vie d'une LED est directement influencée par sa température de fonctionnement. Plus elle fonctionne à basse température, plus elle dure longtemps. C'est pourquoi il faut éviter de placer les globes LED dans un "pot de confiture" ou un couvercle scellé pour éviter toute surchauffe et toute défaillance prématurée. La taille du dissipateur thermique par rapport à la puissance de sortie est également très importante. Recherchez toujours un grand dissipateur thermique en aluminium.
La durée de vie de la LED est basée sur un maintien du flux lumineux (LM) de LM70, qui est le nombre d'heures prévu pour que la LED atteigne 70 % de son flux lumineux d'origine. Plus une LED fonctionne à chaud, plus ses lumens se déprécient rapidement. Pour déterminer la LM70, les fabricants testent les puces au fil du temps, en surveillant la dépréciation du flux lumineux, puis utilisent ces données pour projeter la durée de vie prévue. Ces données doivent être disponibles et peuvent être prises en compte lors de l'achat. Voici un exemple des résultats d'un test de dépréciation du flux lumineux d'une DEL. Une sonde de température est placée sur le circuit imprimé en aluminium de la DEL pour mesurer la température maximale du boîtier, et une deuxième sonde à 20 mm du dissipateur thermique pour mesurer la température ambiante.
IMPORTANCE DE L'UNIFORMITÉ ET DE LA DISTRIBUTION DE LA LUMIÈRE
Lors de l'installation d'un système d'éclairage pour les maisons de production, l'objectif premier est de toujours s'efforcer d'éliminer les ombres potentielles. Là où il y a des ombres, il y a des œufs au sol.
Systèmes de nichoirs manuels autoportants
La conception de l'éclairage pour les systèmes de nichoirs peut s'avérer difficile. Les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque les ombres sont minimisées, que l'uniformité est maintenue et que les niveaux de lumière sont d'environ 80 Lux. Une erreur fréquente consiste à utiliser moins de lampes, plus puissantes, pour atteindre les niveaux de luminosité moyens requis, mais les ombres causées par les nichoirs sont alors plus nombreuses. Par exemple, dans un nichoir manuel de 12 m de large, deux rangées de lampes permettent d'atteindre un niveau de lux suffisant, mais il en résulte trop d'ombres autour des nichoirs. Ce problème est résolu par l'utilisation de 4 rangées de LEDS avec un espacement optimisé, ce qui réduit considérablement les ombres et donc les inondations. L'uniformité visée dans les sections sans nid du nichoir manuel est de 80 %.
Le nid communautaire et le système de style américain
L'installation de ces systèmes est généralement plus facile et présente peu de problèmes d'ombre. Un nid communautaire doté d'une installation de type américain (1/3 de surface de grattage et 2/3 de lattes) comporte généralement 4 rangées de lampes. Les rangées extérieures doivent être proches des parois latérales afin d'éclairer cette zone habituellement sombre. Les deux rangées intérieures sont normalement placées au-dessus de la montée vers les lattes afin d'éviter les ombres dans la zone de montée. Certains concepteurs préparent le plan d'éclairage de manière à ce que les niveaux de Lux diminuent plus près du nid. Cela tend à attirer les oiseaux vers l'obscurité et le nid. Il faut viser une uniformité de 80 % dans la zone de grattage, ce qui n'est pas toujours possible si la lumière diminue en direction des nids.
Un fournisseur de LED agricoles expérimenté aura besoin des dimensions de la maison (longueur, largeur et hauteur du toit) et de la disposition des nichoirs et des trémies d'alimentation. À l'aide de ces informations, il créera un modèle de simulation qui servira à concevoir un éclairage avec un minimum d'ombres et une distribution uniforme de la lumière aux niveaux de lux requis (voir les exemples ci-dessous).
FACTEURS INTERNES ET EXTERNES
Les puces LED fonctionnent avec un courant continu à basse tension. Le réseau fournit un courant alternatif de 110/220 V qui est généralement converti en courant continu de 12, 24, 36 ou 48 V par un pilote de LED. Les pilotes (transformateurs) régulent l'alimentation d'une seule LED ou d'une chaîne de LED. Des LED à courant alternatif direct sont désormais disponibles, mais elles ne sont pas recommandées pour l'éclairage des volailles. Ces puces s'éteignent à chaque demi-cycle du réseau ou 1/100e de seconde dans un réseau de 50 Hz, lorsque la tension est égale ou proche de 0V. Les oiseaux peuvent avoir l'impression de scintiller et cela peut les stresser.
Les pilotes intégrés sont incorporés dans un seul luminaire à LED, tandis que les pilotes externes peuvent alimenter plusieurs luminaires à LED. Les drivers intégrés offrent une protection limitée contre les courts-circuits, les surintensités, les surtensions et les interférences électromagnétiques (EMI) causées par la commutation de moteurs électriques (le poulailler moderne comporte de nombreux moteurs électriques). La plupart des défaillances des ampoules à DEL sont dues à une défaillance du pilote intégré et non aux DEL elles-mêmes.
Les principaux fabricants d'éclairage pour volailles ont tous constaté les avantages de l'utilisation de pilotes externes. Il est important de noter les caractéristiques et les avantages suivants :
- Chute de tension - lorsque vous choisissez un système à basse tension, sachez qu'il est sujet à une chute de tension sur toute la longueur de la maison. Plus la tension est faible, plus le système est sensible. Un système de 12 V est particulièrement sujet aux chutes de tension, ce qui peut rendre l'avant de la maison plus lumineux que l'arrière. Un système de 48V est trois fois moins sensible qu'un système de 12V. Une chute de tension peut être atténuée par l'utilisation d'un fil de calibre approprié. Un fournisseur réputé tiendra toujours compte de la chute de tension lors de la préparation des schémas de câblage et des instructions d'installation.
- Sécurité - Les tensions inférieures à 50 V sont considérées comme sûres et ne nécessitent pas de certificat de conformité pour l'installation du côté CC de l'installation. Les systèmes à basse tension sont équipés d'un pilote externe monté dans la salle de contrôle de la maison, qui fournit une alimentation basse tension à l'ensemble du circuit, éliminant ainsi le risque de choc électrique.
- Lavage et désinfection - Les circuits d'alimentation en courant alternatif, contrairement aux systèmes à basse tension, sont susceptibles de subir des courts-circuits causés par l'eau dans un conduit après un cycle de lavage, ce qui entraîne souvent la perte de toutes les ampoules LED d'un circuit.
- Stabilité - L'utilisation d'un pilote externe (au lieu des petites unités intégrées) signifie qu'une unité de type plus industriel peut être utilisée pour alimenter de nombreux éclairages. Les pilotes externes de plus grande taille ont une protection bien supérieure contre les pointes de tension et ne sont pas affectés par les interférences électromagnétiques.
- Correction du facteur de puissance (PFC ) - Le PFC augmente le facteur de puissance d'une charge, améliorant ainsi l'efficacité du système de distribution auquel elle est reliée. Il est important de choisir un système dont le facteur de puissance est corrigé pour garantir une efficacité maximale.
- Gradation - Grâce à un pilote externe, le gradateur peut être placé entre le pilote et les LED, ce qui élimine les problèmes de compatibilité associés aux pilotes intégrés "gradateurs".
L'IMPORTANCE DE LA GRADATION
Un bâtiment d'élevage peut compter jusqu'à 200 lampes, qui doivent toutes varier uniformément sans scintiller. Pour atteindre des niveaux de luminosité très faibles (80 Lux à 2 Lux), le système doit être capable de réduire la luminosité à un minimum de 2,5 %. Pour une véritable simulation du crépuscule à l'aube, le système doit pouvoir descendre jusqu'à 0 %. De nombreux systèmes LED vendus à l'industrie agricole prétendent pouvoir réduire l'intensité lumineuse à 0 %, mais ce n'est souvent pas le cas. En réalité, beaucoup s'éteignent entre 5 et 10 %.
Les deux méthodes courantes de gradation des LED sont la réduction du courant constant (également connue sous le nom de gradation analogique) et la modulation de la largeur d'impulsion (MLI).
Gradation analogique (réduction du courant constant)
La gradation analogique (réduction du courant constant) est adaptée aux ampoules ou aux tubes dotés de pilotes intégrés alimentés en courant alternatif haute tension. Dans ces systèmes, le variateur coupe le courant vers les pilotes intégrés qui, à leur tour, coupent le courant vers les LED. Cette forme de gradation est sujette à des problèmes de compatibilité, en particulier lorsque plusieurs lampes sont raccordées à un même gradateur. Les niveaux de gradation minimaux sont limités à 5 à 10 %. En outre, certaines unités s'allument ou s'éteignent avant d'autres unités à des niveaux faibles, ce qui rend la gradation crépusculaire problématique.
Modulation de largeur d'impulsion (PWM)
Le PWM est une méthode très courante de gradation des lumières LED qui fonctionne en les allumant et en les éteignant très rapidement (pulsation) pendant des périodes qui apparaissent visuellement comme une lumière gradée constante. Le niveau de luminosité est réglé en ajustant le pourcentage du temps pendant lequel les lumières sont allumées (100 %) par rapport au temps pendant lequel elles sont éteintes (0 %). La fréquence couramment utilisée est supérieure à 700 Hz, ce qui est bien au-delà du seuil de scintillement qu'un oiseau (+-100 Hz) peut détecter.
Conclusion :
Utilisez le bon outil pour le travail. Faites en sorte que votre éclairage soit bien fait dès le départ en vous adressant à une entreprise spécialisée dans l'éclairage des volailles. Optez pour un dissipateur thermique en aluminium. Respectez les règles de base : blanc chaud pour les éleveurs, plus c'est uniforme mieux c'est, pas d'ombres, une intensité cible de 80 Lux et une gradation douce sans scintillement.
Note de l'auteur : nous remercions tout particulièrement Philip Malherbe, de Sunbird Poultry Lighting, pour les images et l'aide technique.