Luce! – 4. Aggiornamenti LED

Come promesso nel precedente articolo della serie “Luce!” (3. Quale luce?) eccoci a fare il punto della situazione LED.
Partiamo con un po’ di storia e vediamo l’evoluzione.

Ricerca e sviluppo

La (triste) considerazione che devo fare è che, purtoppo, non abbiamo riscontri tecnici o scentifici sulle lampade per acquario, se non le più o meno roboanti affermazioni dei produttori circa gli effetti miracolosi di questa o quella lampada sulla crescita delle piante.
Dobbiamo quindi guardare a un settore dove sicuramente si fa ricerca e sviluppo e dove i fatti contano più degli slogan. Questo settore è quello delle lampade per orticoltura.
Il mercato delle lampade per coltivazione in serra è ENORME rispetto a quello delle lampade per acquario. Le aziende leader nel settore orticolo possono investire somme ingenti in ricerca, cosa che le aziende acquaristiche non possono permettersi. E’ logico quindi che i risultati scientifici più avanzati vadano cercati nel settore orticolo.

Ieri

Partiamo dall’epoca di inizio dell’utilizzo massiccio dei LED (inizio millennio). Nelle immagini che seguono vediamo uno spettro tipico che era in uso nel 2004. A fianco una “vertical farm” o “serra verticale”, illuminata con queste lampade (tanto per capire quante lampade vengono impiegate).

Si tratta di un rosso + blu con rapporto circa 3:1. Ancora oggi si trovano molto facilmente strip LED con questo tipo di spettro a prezzi bassissimi. Si tratta di fondi di magazzino dell’epoca d’oro del R+B.
Questo spettro era definito “full spectrum” (spettro completo) anche se di completo non ha proprio nulla essendo composto solo da rosso e blu. La “completezza” era riferita alle presunte necessità fotosintetiche delle piante. In più questo spettro consentiva di rispamiare quell’energia che, con uno spettro veramente completo, sarebbe stata “sprecata” per emettere il verde.

Oggi

Oggi però sappiamo che la fotosintesi è sostenuta praticamente da tutto lo spettro, verde compreso (v. Luce! 2. La luce delle piante) e l’industria dell’illuminazioe orticola ha adeguato i suoi prodotti.
Le immagini che seguono sono relative a una moderna plafoniera per orticoltura. Lo spettro (come quello dell’immagine precedente) è quello oggi consigliato da una importante azienda americana produttrice di plafoniere LED per orticoltura (Illumitex: https://illumitex.com).

Notate che comunque nella serra c’è una leggera dominante violetta dovuta ai due importanti picchi sul rosso e sul blu.

Questo spettro è, al momento, quello considerato più efficace per la resa botanica riferita sia alla crescita che alle caratteristiche organolettiche in rapporto al consumo di energia.
Rimangono quindi due importanti spinte per la fotosintesi sul rosso e sul blu (questo massimizza la crescita delle piante) e compare la parte del verde che contribuisce meno alla fotosintesi ma aumenta la salute della pianta, lo spessore delle foglie e migliora le caratteristiche organolettiche.
Inoltre la luce complessivamente bianca permette una rapida individuazione di malattie o carenze sui vegetali cosa che, con la luce violetta, non era possibile.
Dagli studi della Illumitex risulta inoltre che l’intensità globale influisce sulla crescita più dello spettro. In pratica: meglio uno spettro non perfetto ma con tanta intensità che uno spettro ideale ma con poca intensità.

Rimane poco da dire: salvo nuove scoperte o nuove tecnologie, lo spettro per la coltivazione sarà questo. Potremo avere lampade con più rosso per favorire la fioritura, con spettro verde meno ampio o altre varianti minori, ma la strada sembra questa.

Sviluppi

In realtà nuove generazioni di LED sono già in commercio e la tendenza è quella di riprodurre il più fedelmente possibile lo spettro solare.
Ovviamente per capire che lo spettro solare è, probabilmente, quello migliore sia dal punto di vista botanico che da quello visivo, non servono ricerche scientifiche o particolari capacità! E’ una semplice considerazione che personalmente ho sempre sostenuto.
Inoltre molti settori (architettura, cinematografia, moda, fotografia, ecc.) richiedono lampade con luce a fedeltà cromatica sempre più alta. Questo ha dato l’impulso all’industria elettronica per produrre LED con CRI sempre più alto (si arriva tranquillamente a 98 su 100) con spettro completo (full spectrum white).

Per capire di cosa stiamo parlando non vi darò dati circa lumen, PAR, PUR, YPF ma rifatevi gli occhi con gli spettri di emissione di questi LED.

Notate nell’ultima immagine la scala standard di riferimento dell’indice di resa cromatica (CRI esteso): la fedeltà su ogni colore è sempre superiore al 90%. Per approfondire l’argomento: What is high CRI?

E nel nostro settore?

Al momento in cui scrivo i LED citati sopra non sono ancora entrati a far parte delle dotazioni nelle plafo per acquario. L’industria del nostro settore si sta orientando in modo diverso. Fino a poco tempo fa il mercato era diviso tra lampade a led bianchi (con temperatura di colore correlata tra i 6500 e gli 8000K) e lampade a LED misti di vari colori per cercare di avere una luce bianca ma con tutte le componenti singole ritenute opportune dal produttore.
In questo secondo caso abbiamo visto le più varie combinazioni comprendenti LED con emissione dal’ultravioletto fino al vicino infrarosso, passando per numerose gradazioni di blu dai nomi fantasiosi (ice blue, deep blue, royal blue …), cyano, vari verdi, arancio, giallo e molte gradazioni di rosso.
Queste lampade sicuramente hanno rappresentato un tentativo di trovare una alternativa LED valida agli ormai collaudati tubi fluorescenti T5 là dove la normale luce bianca mostrava i suoi limiti (mi riferisco alle piante esigenti, soprattutto rosse).
La mia impressione è sempre stata che questi brancolassero nel buio (e non è una facile battuta). La prova è che, a distanza di anni, nessun marchio famoso fa più quelle lampade (e molti non le hanno mai fatte).

Lo stato dell’arte delle plafo LED

Il mercato acquariofilo è ormai ben orientato su tre filoni:

il classico bianco 6500-8000K
i LED R+G+B+W
i LED RGB

Sul primo gruppo c’è poco da dire: tecnologia consolidata, lampade universali con ottima resa sulle piante verdi in generale. La resa cromatica all’occhio umano non è delle migliori (v. comparazioni nel filmato Green Aqua) ma è più che accettabile.

La seconda soluzione consiste in LED separati rosso + verde + blu accompagnati da LED bianchi in genere a luce fredda (RGBW) o anche con due tipi di LED bianchi a luce calda e fredda (RGBWW). Questo tipo di lampada arricchisce le tonalità (soprattutto sul verde) e da una spinta in più alla fotosintesi senza aumentare troppo la luminosità percepita dall’occhio umano. In questa categoria cito le Easyriver Full, Aquatlantis Easy LED, Twinstar, Chihiros WRGB.

La terza via è quella di più recente introduzione. Si tratta di LED che nascono con tre chip interni R, G e B (non di tre LED separati ma unico LED che contiene tre chip).
Tecnicamente la differenza sostanziale sta nell’avere la miscelazione dei tre colori (che all’occhio umano dà il bianco) in un punto molto ristretto.
Come spesso accade pioniera in questo campo è una grande azienda del settore (ADA) che già da alcuni anni propone una lampada con LED RGB (Solar RGB). Nel momento in cui scrivo ADA sta presentando anche la versione RGB della famosa serie Aquasky.
Anche Twinstar ha da tempo in produzione lampade RGB puro e non poteva mancare il clone Chihiros. Quest’ultima produce tutte e tre le tipologie di lampade e credo che abbia ancora a catalogo le “full spectrum RGB” con LED colorati vari.
Queste lampade stanno dimostrando di avere una resa cromatica molto buona riuscendo a restituire rossi e verdi molto intensi senza sacrificare gli altri colori (legni e rocce). Se volete rendervene conto date un’occhiata al video Green Aqua linkato poco sopra.

Per completezza segnalo che qualche produttore ha iniziato a proporre il vero full spectrum anche nel nostro settore.
E’ il caso di HM Electronics con la nuova Cetus 2. La lampada dispone di una app per impostare diverse temperature di colore.
Cetus raggiunge il risultato con un mix di LED di vari colori controllati da una centralina integrata.
Qui a lato lo spettro.
Viene generato con LED bianco caldo, bianco freddo e cinque altri colori tra cui anche UV (Cetus 2).

RGB, Full spectrum e Lumen

Se avete letto i primi tre articoli di questa serie sapete già che il lumen non è l’unità di misura adatta per capire quanto una lampada può essere efficace per la crescita delle piante.
Questo è ancora più vero per le lampade RGB e per le True Full Spectrum (o Full Spectrum White). Il perché è presto detto: il lumen esprime il flusso luminoso emesso nello SPETTRO VISIBILE UMANO (praticamente solo verde-giallo).
Lo spettro visibile, come ormai sapete, è parecchio meno ampio dello spettro utile per le piante. I due grafici che seguono confrontano uno spettro RGB e uno Full spectrum white con la “campana” dello spettro visibile umano. Tutto ciò che sta fuori dalla campana non viene conteggiato nel lumen.
Questo spiega, per esempio, i 3000-3500 lumen dichiarati da ADA per la Solar RGB a fronte di una potenza di ben 130W!

Se non siete appassionati di tecnologia potete considerare concluso l’argomento.

Un po’ di tecnica

Per far fronte alle numerosissime richieste di appassionati del fai da te o sempicemente dei tecnologicamente curiosi, vediamo un po’ di caratteristiche dei nuovi LED.

Inizio subito mettendo in chiaro come la penso:

agli amanti del fai-da-te dico: non impazzite con LED rossi e blu!
Una sana e normale luce bianca è più che sufficiente per i nostri scopi.

Se volete fare un passo avanti seguite le orme delle grandi aziende, orientatevi sulla tecnologia RGB o RGBW ma SENZA perdere tempo in regolazioni sui singoli canali. Lasciate tutto al massimo e regolate, se volete, solo l’intensità generale.

Personalmente preferisco la soluzione RGB in unico LED quindi NON tre LED separati.
I LED separati tendono a proiettare ombre colorate e a dare sgradevoli riflessi. Questi effetti vengono molto attenuati o eliminati dai produttori di plafo commerciali con diverse tecniche
Nelle nostre produzioni artigianali diventa difficile e troppo costoso.

Iniziamo facendo la conoscenza dei LED RGB


Questo è praticamente l’unico led RGB mid-power RGB in circolazione. E’ un vecchio SMD 5050 onnipresente sulle strip RGB. Si notano appena i tre minuscoli chip.		Questo è un power LED disponibile da 1 o 3 W. Qui sono ben evidenti i tre chip.		Dai 10W fino ai 100W l’aspetto è più o meno questo. Si tratta di griglie di LED R, G e B da 1W ciascuno. Il nome tecnico è COB (chip on board)

Per ragioni di dissipazione del calore e di distribuzione della luce preferisco i LED massimo 1W.
Cercate di non mettere un solo LED da 20W su una vasca da 30 litri. Molto meglio 20 LED da 1W o delle strip con un centinaio di SMD 5050.
Quindi, se non avete vasche enormi, evitate i led ad alta potenza.

Concludo mostrandovi gli spettri di tre plafo RGB e tre plafo RGBW. Avrei voluto presentare più grafici ma purtroppo molti produttori non pubblicano gli spettri.


ADA SOLAR RGB	ADA AQUASKY RGB	CHIHIROS RGB A601 PLUS

CHIHIROS X300	EASYRIVER FULL	ATLEDTIS PRO-1

ULTIME NOVITA’

A dimostrazione del fatto che la tecnologi LED non si arresta, vi mostro lo spettro di un nuovissimo led di Yujiled. Si tratta di un SMD in formato 2835 da 0.5W full spectrum (YJ-VTC-2835-Q-370405). Questo LED è VERAMENTE full spectrum! Il range va da 350 a 1000 nm (UV – IR).
Il LED contiene al suo interno due emettitori (uno UV e uno blu, i picchi sono ben visibili nello spettro) e dispone di un rivestimento esa-fosforo.
Non aspettativi di vedere questo gioiello sulle strip economiche, al momento in cui scrivo un singolo LED costa oltre 5€!
Godetevi lo spettro:

Daniele Soldi

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