Pourquoi l'éclairage des serres est l'un des coûts d'électricité les plus importants
L’éclairage d’une serre commerciale n’est pas comme l’éclairage d’un immeuble de bureaux. L'éclairage des bureaux fonctionne 8 à 10 heures par jour et l'objectif d'éclairement est relativement modeste. L'éclairage supplémentaire des serres fonctionne 12 à 18 heures par jour pendant les mois d'hiver, et l'intensité lumineuse requise pour la photosynthèse est bien supérieure à ce qu'exige le confort visuel humain.
Dans une serre commerciale du Royaume-Uni ou d'Europe du Nord, l'éclairage représente généralement 30 à 45 % de la consommation totale d'électricité pendant la saison d'éclairage supplémentaire d'octobre à mars, selon l'analyse du Conseil de développement de l'agriculture et de l'horticulture du Royaume-Uni (AHDB, 2022). Dans les opérations agricoles en environnement entièrement contrôlé (CEA) - oùLED T8 élèvent des lumières pour les plantes d'intérieuret les luminaires de style bar-fournissent 100 % de la lumière, l'éclairage peut représenter 60 à 70 % de l'électricité totale de l'installation.
Les appareils au sodium à haute pression -(HPS) - restent la technologie d'éclairage de serre la plus courante dans les installations existantes - produisent environ 1,0 à 1,5 µmol/J de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) par watt consommé. Une lampe de culture à LED commerciale de qualité produit 2,0 à 3,0 µmol/J -, ce qui signifie que la même production photosynthétique nécessite 40 à 60 % d'apport électrique en moins.
Cet écart d’efficacité est à la base des économies d’électricité des LED. L'économie exacte pour une installation donnée dépend des appareils spécifiques à remplacer, des spécifications de remplacement et des heures de fonctionnement.
Le calcul des économies d'énergie étape par étape
1 : Établissez votre consommation annuelle actuelle d’énergie d’éclairage
La formule est simple :
Nombre d'appareils × puissance par appareil × heures de fonctionnement quotidiennes × jours de fonctionnement annuels ÷ 1,000=kWh annuel
Exemple : 60 luminaires HPS de 600 W chacun, fonctionnant 16 heures par jour, 365 jours par an :
60 × 600 W × 16 h × 365=210,240 000 Wh ÷ 1,000=210,240 kWh par an
Remarque : les luminaires HPS consomment plus de puissance réelle que leur puissance nominale en raison des pertes de ballast -. Un HPS de 600 W avec ballast magnétique consomme généralement 660 à 680 W au mur. Utilisez la puissance d’entrée mesurée ou indiquée sur la plaque signalétique, et non la puissance de la lampe.
2 : Identifiez les spécifications de remplacement des LED
Un luminaire HPS de 600 W produisant environ 90 000 lumens avec une efficacité PAR de 1,2 µmol/J fournit environ 720 µmol/s de sortie PAR. Une lampe de culture à LED commerciale de qualité à 2,5 µmol/J nécessite 720 ÷ 2.5=288W pour fournir le même PAR. Dans la pratique, de nombreux producteurs spécifient des remplacements de LED de 300 à 320 W pour des HPS de 600 W afin de fournir une petite marge de sécurité.
Utilisation de remplacements de LED 315 W :
60 × 315W × 16h × 365=110 376 000 Wh ÷ 1,000=110 376 kWh par an
Économie d'électricité annuelle : 210 240 − 110,376=99,864 kWh
3 : Convertir en coût
À 0,28 £/kWh :
Économie d'électricité annuelle : 27 962 £
À 0,25 €/kWh (tarif commercial européen) :
Économie d'électricité annuelle : 24 966 €
4 : Inclure les avantages CVC
Les luminaires HPS génèrent une chaleur rayonnante importante - une lampe HPS de 600 W émet environ 400 W de chaleur dans l'environnement de culture. En été, cette chaleur doit être évacuée par ventilation ou refroidissement, ce qui augmente les coûts énergétiques. En hiver, cette chaleur compense partiellement les besoins de chauffage, ce qui réduit l'économie d'énergie nette liée au remplacement du HPS.
L’effet CVC net du remplacement des LED varie selon le climat et la saison :
Dans les climats chauds ou en été : le remplacement des LED réduit la charge de refroidissement, ajoutant 10 à 20 % à l'économie directe d'électricité
Dans les climats froids avec des saisons d'éclairage supplémentaires dominées par l'hiver - : la chaleur perdue par HPS doit être compensée par le chauffage, ce qui réduit l'économie nette de 15 à 25 %
Pour une serre britannique avec une saison d'éclairage supplémentaire de 7 mois, principalement en hiver, la compensation CVC réduit généralement l'économie nette effective d'environ 15 % par rapport au calcul de l'électricité directe. Économie nette ajustée dans l’exemple ci-dessus : environ 23 700 £ par an.
Au-delà de l’énergie Les autres économies réalisées grâce aux LED
Coût de remplacement de la lampe éliminé
Une lampe HPS de 600 W a une durée de vie nominale d'environ 10 000 à 12 000 heures. À 16 heures par jour, cela représente 1,7 à 2,1 ans avant le remplacement. Pour 60 luminaires :
Coût de la lampe HPS : environ 25 à 40 £ par lampe
Main d'œuvre de remplacement aux tarifs commerciaux (travail en hauteur, 60 luminaires) : environ 600 à 800 £ par cycle de remplacement
Coût total de remplacement par cycle : 2 100 à 3 200 £
Coût annualisé : 1 000 à 1 900 £ par an
Une qualitéLa serre commerciale à LED élève la lumièreévalué à 50 000 heures (L70) à 16 heures par jour dure environ 8,5 ans avant d'atteindre la fin de sa durée de vie nominale - sans qu'aucun changement de lampe ne soit nécessaire pendant cette période. Le coût de maintenance annualisé des LED est pratiquement nul pour la durée de vie nominale au-delà du nettoyage (discutée dans notre article complémentaire sur la maintenance).
Coût de la main-d'œuvre de la gestion HPS
Au-delà du remplacement de la lampe, les luminaires HPS nécessitent une inspection régulière de l'état du ballast, de l'état du condensateur et du nettoyage du réflecteur. Dans une serre commerciale de 60 luminaires, ce programme d'entretien représente environ 20 à 30 heures de main d'œuvre qualifiée par an. Aux tarifs des entrepreneurs de maintenance commerciale de 35 à 55 £/heure, cela représente 700 à 1 650 £ par an en main d'œuvre de maintenance qui disparaît effectivement avec le remplacement des LED.
Uniformité améliorée des cultures
Les luminaires HPS produisent une distribution lumineuse non-uniforme. Qu'il s'agisse d'une mise à niveau versUFO LED élève des lumières pour serreou des formats de barres linéaires, une technologie LED avec des points chauds directement sous la lampe et une baisse significative-sur les bords du luminaire. Les lampes de culture à effet de serre à LED - les formats de lampes de culture à effet de serre à LED commerciales de style barre particulièrement linéaire - offrent une couverture plus uniforme de la canopée. Une recherche de la Horticultural Development Company (HDC, 2021) a révélé que l'amélioration de l'uniformité de la lumière grâce au remplacement des LED réduisait la variation de la taille des cultures de 18 % dans la production de laitue, augmentant directement la proportion d'épis commercialisables par récolte.
Exemple concret : comparaison complète des coûts pour une serre commerciale de 1 000 m²
Hypothèses
Serre en verre de 1 000 m², Europe du Nord
Installation actuelle : luminaires HPS 100 × 600 W (consommation réelle de 660 W avec ballast)
16 heures/jour, 7 mois/an d'éclairage supplémentaire (octobre-avril : 213 jours)
Tarif électricité : 0,28 £/kWh
Remplacement des LED : 100 × 320 W pour serre commerciale à LED à 2,5 µmol/J
Coût annuel actuel de l'électricité pour l'éclairage : 100 × 660 W × 16 h × 213 jours ÷ 1 000 × £0.28 = £ 63 498
Coût annuel de l'électricité de l'éclairage LED : 100 × 320 W × 16 h × 213 jours ÷ 1 000 × £0.28=30 797 £
Économie d'énergie directe : 32 701 £/an
Économies supplémentaires :
Remplacement de la lampe HPS (annualisé) : 1 500 £
Main d'œuvre d'entretien : 1 200 £
Amélioration de l'uniformité des cultures (estimée) : 4 000 à 8 000 £ de réduction des déchets
Économie annuelle totale estimée : 39 400 à 43 400 £
Coût d'installation des LED (lampe de culture à effet de serre LED commerciale 100 × 320 W à 180 £ par luminaire, plus installation) : environ 22 000 £
Période de récupération : 6 à 7 mois
Cet exemple est prudent dans son estimation de la qualité des récoltes et exclut les éventuels programmes d'incitation gouvernementaux pour la mise à niveau commerciale des LED, qui peuvent réduire davantage le coût d'investissement effectif.
Période de récupération À quoi s'attendre à différentes échelles
Petite serre (moins de 200 m²) : coût par luminaire-plus élevé en raison de volumes de commandes plus faibles ; avantage CVC moins efficace. Retour sur investissement généralement de 18 à 30 mois. Toujours financièrement solide ; cela prend simplement plus de temps que les grandes opérations commerciales.
Serre commerciale (200 à 2 000 m²) : le point idéal pour l'économie des LED. Les achats en volume réduisent le coût unitaire- ; les économies sont suffisamment importantes pour être amorties rapidement. Retour sur investissement généralement de 8 à 18 mois.
Exploitation à grande-échelle (2 000 m²+) : à grande échelle, les coûts unitaires-des luminaires sont les plus bas et les économies annuelles totales peuvent être substantielles. Le retour sur investissement peut être aussi court que 6 à 10 mois. De nombreux-opérateurs à grande échelle ont recours au financement d'équipements, ce qui rend le programme neutre en trésorerie-dès le premier mois, avec des économies d'énergie couvrant le paiement mensuel.
Recherche publiée sur l’économie de l’énergie LED à effet de serre
AHDB (Conseil de développement de l'agriculture et de l'horticulture).L'économie de l'énergie de la lumière de croissance LED pour l'horticulture britannique. Rapport technique de l'AHDB, 2022. Il a été constaté que les producteurs remplaçant le HPS par des LED dans leurs serres commerciales au Royaume-Uni ont réalisé des économies d'énergie médianes de 48 % sur la consommation d'électricité d'éclairage.
Nelson, JA et Bugbee, B. "Analyse économique de l'éclairage LED des serres : comparaison multi-site."PLOS UN, Vol. 9, Numéro 6, 2014. Étude fondamentale établissant une comparaison de l'efficacité des LED et des HPS dans le contexte d'une serre commerciale.
van Iersel, MW "Optimisation de l'éclairage LED dans l'agriculture en environnement contrôlé."HortScience, Vol. 52, Numéro 2, 2017. Établit des références d'efficacité PAR pour les LED par rapport aux HPS dans les applications en serre.
Société de Développement Horticole (HDC).Impact de l'éclairage LED sur l'uniformité des cultures et le rendement commercialisable. Rapport du projet HDC, 2021.
Mesure d'économie d'énergie sur une rénovation LED de serre commerciale
Un producteur de tomates du Lincolnshire, au Royaume-Uni, exploitait une serre Venlo de 1 400 m² équipée de luminaires HPS à double extrémité-de 120 × 600 W pour un éclairage hivernal supplémentaire. Facture annuelle d'électricité pour l'éclairage : environ 84 000 £ sur la saison octobre-avril. Le producteur avait été réticent à procéder à une mise à niveau en raison du coût en capital du remplacement des LED et de l'incertitude quant aux économies réelles.
Sunhingstones a été engagé pour fournir et installer 120 × 320 WLa serre commerciale à LED élève la lumièreluminaires de style bar-avec gradation individuelle de 0 à 10 V. Le projet comprenait :
Surveillance énergétique avant-installation pendant 30 jours pour établir une référence vérifiée
Installation de LED pendant l'intervalle d'avril à mai entre les saisons d'éclairage supplémentaires
Surveillance énergétique après-installation pendant 30 jours à partir d'octobre
Résultats mesurés (première saison d'éclairage supplémentaire complète après l'-installation) :
Consommation électrique d'éclairage : réduite de 84 000 kWh/mois en moyenne (HPS) à 42 300 kWh/mois (LED) - soit une réduction de 49,6 %
Coût mensuel de l'électricité pour l'éclairage : réduit de 23 520 £ à 11 £, soit une économie de 11 676 £/mois844 -
Économie annualisée (saison de 7 mois) : 81 732 £
Coût de remplacement de la lampe HPS évité (premier cycle déjà dû) : 5 800 £
Bénéfice financier total pour la première-année : 87 532 £
Investissement total en agencements et installation : 52 400 £
Période de récupération : 7,2 mois
Résultats de la culture : le producteur a observé une meilleure uniformité de la température de la canopée (pas de points chauds dus à la chaleur radiante HPS) et a signalé une réduction de l'incidence précoce de Botrytis - attribuée à une humidité plus faible de la canopée due à une réduction des cycles de condensation induits par la chaleur-.
Le producteur a étendu le programme à une deuxième serre tunnel de 800 m² la saison suivante.
F A Q
Q : Quelle quantité d’électricité une serre LED commerciale typique utilise-t-elle pour produire de la lumière par rapport à HPS ?
R : Une lampe de culture à LED commerciale de qualité utilise environ 40 à 55 % d'électricité en moins que le luminaire HPS qu'elle remplace pour fournir une sortie PAR équivalente. L'économie exacte dépend de l'efficacité (µmol/J) des luminaires HPS et LED - plus l'efficacité de la LED est élevée, plus l'économie est importante.
Q : La chaleur produite par HPS compense-t-elle une partie des économies d'énergie des LED en hiver ?
R : Oui, mais la compensation est inférieure à ce à quoi de nombreux producteurs s’attendent. La chaleur HPS est une chaleur rayonnante dirigée vers la canopée, qui augmente la température des plantes plus que la température de l'air. Le remplacement des LED réduit cette charge de chaleur rayonnante, ce qui améliore généralement la santé des cultures même en hiver. Le coût de chauffage pour compenser la réduction de la chaleur HPS dans une serre bien isolée-est généralement de 15 à 25 % de l'économie directe d'électricité -, de sorte que l'économie nette reste substantielle.
Q : Comment puis-je calculer la période de récupération pour ma serre spécifique ?
R : Utilisez le cadre en quatre -étapes de cet article : calculez le coût annuel actuel de l'électricité pour l'éclairage, calculez le coût de remplacement des LED à un PAR équivalent, trouvez l'économie annuelle et divisez le coût d'installation par l'économie annuelle. Incluez les économies de maintenance (remplacement de la lampe, main d’œuvre) dans le chiffre des économies annuelles pour une période de récupération plus précise.
Q : Que sont les lampes de culture UFO LED et conviennent-elles aux grandes serres commerciales ?
R : Les lampes de culture à LED UFO pour serre sont des luminaires circulaires compacts bien-adaptés à la couverture de bancs individuels dans les petites opérations commerciales ou les zones de culture spécifiques. Pour les serres à grande-échelle, les formats de style barre linéaire- surpassent les lampes de culture UFO LED pour serre en termes d'uniformité ; le style de barre lumineuse de culture de serre à LED commerciale offre généralement une meilleure uniformité sur de larges étendues de banc. Les deux formats sont efficaces ; le choix dépend de la disposition de la serre et de la configuration des bancs.
Q : Où puis-je trouver un fabricant commercial de lampes de culture à LED pour serre avec des données de performance énergétique vérifiées ?
R : Recherchez un fabricant qui fournit des données d'efficacité testées (µmol/J) provenant d'un laboratoire photométrique indépendant (test LM-79), et pas seulement les allégations du fabricant. Un fournisseur crédible de lampes de culture à effet de serre à LED commerciales peut fournir les données de test et vous aider à modéliser les économies d'énergie pour votre installation spécifique avant l'achat.
Les chiffres sont clairs. La question est de savoir quand
Pour toute serre commerciale utilisant encore des luminaires HPS, la question n’est plus de savoir si le remplacement des LED permet d’économiser de l’argent. La recherche, les données d'efficacité testées et l'expérience sur le terrain des producteurs d'Europe et d'Amérique du Nord confirment tous que c'est le cas avec des marges substantielles. La question est de savoir quand effectuer la transition et comment structurer l’investissement.
Chez Sunhingstones, nous fournissons des systèmes d'éclairage de serre à LED commerciaux aux producteurs commerciaux et pouvons fournir des projections d'économie d'énergie pour toute installation spécifique en fonction des spécifications actuelles de votre luminaire, des heures de fonctionnement et du tarif de l'électricité.
Gérer une serre HPS existante -, que vous envisagiez de passer aux lampes de culture LED T8 pour plantes d'intérieur, aux luminaires UFO ou à un bar commercial-
