¿Cómo se comparan las luces LED de cultivo con las luces tradicionales?

Qué cuenta como luz de cultivo tradicional

"Tradicional" no es una tecnología. Son cuatro familias con física distinta, modos de falla distintos y razones distintas para seguir en una sala. Tratarlas como una sola línea base es el primer error de casi todas las comparaciones, porque un estante de propagación con T5 y una luminaria HPS de doble extremo de 1.000 W no tienen casi nada en común salvo que ninguna de las dos es LED.

El sodio de alta presión es el referente sobre el que se construyeron la mayoría de las salas comerciales de floración. Una lámpara de 1.000 W produce aproximadamente 1.700 a 2.000 µmol/s, cuesta poco por luminaria y emite un espectro cargado al rojo con suficiente verde para penetrar un dosel. Sus debilidades son la eficacia, el calor y una lámpara que pierde salida desde la primera hora. Las luminarias de doble extremo con balasto electrónico son el extremo eficiente de la familia; los sistemas de un solo extremo con balasto magnético son el extremo barato.

El halogenuro metálico cerámico, también vendido como LEC o CMH, se ubica entre la HPS y la LED en espectro. Una lámpara de 315 W entrega unos 500 a 560 µmol/s con más azul que la HPS, lo que mantiene los entrenudos más cortos y produce un crecimiento vegetativo más compacto. Es común en propagación y salas de madres, y en salas de floración pequeñas donde la calidad del espectro importa más que el costo por fotón.

Los tubos fluorescentes, sobre todo T5 HO y T8, siguen siendo el default para esquejes, plántulas y plantas madre. Su salida de fotones por vatio es baja, su vida útil está limitada por la depreciación de la salida y son baratos de comprar y fáciles de ubicar cerca de plantas pequeñas. Una luminaria T5 de cuatro lámparas consume unos 230 W en la pared y produce aproximadamente 200 µmol/s, suficiente para un estante de propagación e insuficiente para una cama de floración.

Las luminarias incandescentes y halógenas son equipo heredado en el sentido literal. Convierten casi toda su entrada en calor, producen poca radiación fotosintéticamente útil y sobreviven solo como calefactores con una bombilla adosada. Se incluyen acá porque los foros de cultivadores todavía las mencionan, no porque pertenezcan a un plan de producción.

Los primeros paneles LED de rojo y azul, a menudo llamados blurple, a veces se archivan como "LED tradicional" en las comparaciones de foros. No son una familia física aparte. Son luminarias LED con un espectro estrecho y, por lo general, una generación de diodos de baja eficacia. La comparación de este artículo es entre la LED como tecnología y las familias de descarga y fluorescentes, no entre una generación de LED y otra.

LED vs luces tradicionales: las diferencias principales de un vistazo

La tabla compara las familias en las variables que cambian una decisión de compra. El vataje de sistema es el consumo en la pared por luminaria, no la calificación de la lámpara. La eficacia es la eficacia fotónica en la pared, así que las pérdidas de balasto o driver ya están incluidas. Los rangos son valores de planificación sobre equipo disponible comercialmente, no la calificación de un modelo específico.

Dos filas de esa tabla explican casi toda la confusión del mercado. La fila de HPS no es un solo número: la diferencia entre un sistema magnético de un solo extremo y un sistema electrónico de doble extremo es mayor que la diferencia entre algunas luminarias HPS y CMH. Y la fila de LED abarca más de un µmol/J completo, que es la razón por la que una tira barata y una luminaria de barras comercial pueden describirse ambas como "LED de espectro completo" mientras se comportan como tecnologías distintas.

Eficiencia energética: compare vatios en la pared, no vatios de lámpara

Toda cotización de iluminación en horticultura se reduce a la misma pregunta: cuántos fotones obtengo por unidad de electricidad que pago. La respuesta depende de qué se cuenta. Una lámpara HPS de 1.000 W no consume 1.000 W en la pared. El balasto consume entre 5 y 15 por ciento adicional según el tipo y la edad. Una luminaria LED calificada en 1.000 W suele declarar potencia de entrada, así que la pérdida del driver ya está dentro de esa cifra. Comparar la calificación de una lámpara con la de una luminaria es el error de equivalencia más común en una reconversión.

La métrica que hace honesta la comparación es la eficacia fotónica, escrita µmol/J. Divide la salida de fotones en la banda de 400 a 700 nm, llamada PPF y medida en µmol/s, por la entrada eléctrica en la pared. La lista hortícola del DLC usa la misma base: sus requisitos V4.0 actuales fijan el umbral en 2,5 µmol/J, por encima de 2,30 en V3.0 y 1,9 en la primera especificación hortícola de 2018. Una luminaria por debajo de 2,5 no es automáticamente mala, pero ya no es competitiva para una sala comercial construida hoy.

La eficacia luminosa en lúmenes por vatio es la métrica equivocada y sigue apareciendo en demasiadas fichas. El lumen está ponderado para el ojo humano, que es más sensible cerca de 555 nm y casi ciego en 660 nm, donde la clorofila absorbe con fuerza. Una luminaria cargada al rojo puede ser una excelente luz para plantas y rendir mal en lúmenes. Use lúmenes para comparar dos luminarias de oficina; use µmol/J para comparar dos luces de cultivo.

La aritmética se vuelve lo bastante simple para verificarla contra cualquier cotización. Para reemplazar los 1.850 µmol/s del ejemplo de HPS de doble extremo, una luminaria LED a 2,80 µmol/J necesita 661 W. Son 409 W menos por luminaria, o 38 por ciento menos electricidad para la misma salida de fotones. En un ciclo de floración de 12 horas, 365 días al año, la diferencia es de unas 1.790 kWh por luminaria al año. A 0,12 dólares por kWh son aproximadamente 215 dólares por luminaria al año, antes de cualquier reembolso y antes del ahorro de climatización que sigue a la misma reducción de vatios.

La eficacia no es constante en todo el rango de atenuación, y esto importa más en LED que en las familias anteriores. Muchas luminarias LED pierden eficiencia en el fondo de su rango de atenuación, y algunas cambian el espectro cuando cae la corriente. Una luminaria calificada en 2,9 µmol/J a plena salida puede entregar 2,6 al 30 por ciento. Pida la curva de carga parcial si va a correr por debajo del 50 por ciento la mayor parte del año, que es exactamente lo que hace una luminaria de 1.300 W sobre una cama de 4 × 6 pies. La guía sobre qué dice realmente µmol/J recorre los niveles de medición y las preguntas que separan un número de laboratorio de un número de pared.

Espectro: una banda más ancha no significa más crecimiento

El espectro es donde el marketing LED y la fisiología vegetal se separan. Una LED blanca de banda ancha con rojo y rojo lejano añadidos le da al cultivador más control sobre la forma de la planta, el estiramiento y la temperatura de hoja que un espectro fijo de HPS. No sube el rendimiento por fotón por sí sola. La revisión de Danziger y Bernstein de 2021 llegó a esa conclusión después de comparar estudios de espectro en cannabis: el impulsor dominante de la biomasa es la cantidad de fotones entregados, y el espectro moldea la morfología, el metabolismo secundario y la calidad.

Las diferencias prácticas siguen valiendo la pena. La HPS emite la mayor parte de su radiación entre 560 y 700 nm, con un componente azul pequeño y poco rojo lejano. Ese espectro impulsa el desarrollo de flor con eficiencia y estira los tallos, que es una razón por la que las salas HPS se planifican alrededor de la altura de la malla. La CMH suma azul y llena el hueco del verde, produciendo entrenudos más cortos y hojas más gruesas a costa de eficiencia. Los tubos fluorescentes son ricos en azul y débiles en rojo, lo que sirve para propagación y sirve mal para floración.

La LED puede reproducir cualquiera de esos perfiles o combinarlos. Una blanca de banda ancha más rojo de 660 nm es la receta comercial común, con un canal separado de rojo lejano en las luminarias mejores. La luz verde importa más de lo que sugiere su espectro de absorción, porque penetra más profundo en la hoja y el dosel que el rojo, un punto establecido en el trabajo a nivel de hoja de Terashima y colegas en 2009. En un dosel denso, esa penetración alcanza cloroplastos que los fotones rojos nunca tocan. Es una razón para preferir una base blanca sobre un panel estrecho de rojo y azul, no una razón para esperar más rendimiento.

Esas proporciones son aproximadas y cambian con la edad de la lámpara, el tipo de balasto y el binning de los diodos. Sirven para entender por qué una sala se comporta distinto después de una reconversión, no para predecir una cosecha. Una sala que pasa de HPS a una LED de banda ancha con el mismo PPFD suele ver entrenudos más cortos y un dosel más denso, lo que cambia el flujo de aire, la penetración y el plan de defoliación. Eso es un cambio de manejo, no un bono de espectro. La guía para elegir un espectro para floración de cannabis cubre la evidencia banda por banda y los ensayos detrás de ella.

Calor, temperatura de hoja y la factura de climatización

Todo vatio que entra a una sala sale como calor, sea cual sea la luminaria. La conversión es fija: 1 W equivale a 3,41214 BTU por hora. Una LED de 1.000 W y una HPS de 1.000 W agregan el mismo calor a la sala con el mismo consumo en la pared, que es la razón por la que la afirmación de que las LED no producen calor es falsa en el único sentido que le importa a un ingeniero mecánico.

Lo que difiere es el camino del calor. La HPS emite una gran parte de su energía como calor radiante en el haz, así que el dosel y las hojas superiores lo absorben directamente. La temperatura de hoja puede correr 2 a 4 °C por encima del aire de la sala bajo HPS, y el sistema de climatización ve esa carga radiante en el dosel y no en el techo. Las luminarias LED emiten poco calor radiante hacia las plantas. Su calor es sobre todo convectivo en el cuerpo de la luminaria y el driver, lo que significa que se puede capturar y extraer cerca del techo antes de que llegue al dosel, pero también que el aire de la sala tiene que correr más cálido para mantener la misma temperatura de hoja.

Ese segundo punto es el que los cultivadores pasan por alto después de una reconversión. Si una sala pasa de HPS a LED y el termostato se queda en el setpoint viejo, la temperatura de hoja baja, la transpiración se frena y el cultivo se ve pasado de agua o detenido. La solución suele ser subir la temperatura del aire 1 a 3 °C y volver a revisar el VPD, no agregar calor en el dosel. La guía de VPD cubre la relación hoja-aire y los setpoints que siguen a un cambio de iluminación.

La comparación de climatización no es "la LED tiene menos calor". Es "la LED pone el mismo calor en un lugar más fácil de extraer, usando menos vatios para entregar los mismos fotones". Una sala que recorta los vatios de iluminación 38 por ciento recorta la carga de calor 38 por ciento, y el tonelaje de aire acondicionado sigue, pero solo si las luminarias están dispuestas de modo que la pluma convectiva no se quede en el dosel. Una luminaria de barras montada a 15 cm por encima de las puntas y sin camino de extracción todavía puede cocinar la capa superior.

Vida útil, depreciación y la línea de mantenimiento

La vida de la lámpara es el argumento tradicional contra la HPS, y suele exagerarse en las dos direcciones. Una lámpara HPS moderna está calificada para 10.000 a 24.000 horas, pero las salas comerciales de floración suelen reemplazar cerca de las 10.000 horas porque la salida cae de forma constante y a la sala no le pagan por correr lámparas tenues. Un ciclo de 12 horas llega a 10.000 horas en unos 12 a 14 meses. Las lámparas CMH duran más horas que las HPS pero pierden salida más rápido en el último tercio de su vida. Los tubos fluorescentes son baratos y declinan en silencio, que es la razón por la que un estante de propagación puede verse opaco durante una temporada antes de que alguien cambie las lámparas.

La vida LED se cotiza en términos de mantenimiento y no de supervivencia. L90 son las horas hasta que la salida cae al 90 por ciento del valor inicial. Las luminarias comerciales declaran 50.000 a 90.000 horas, y la especificación V4.0 del DLC exige Q90 de al menos 36.000 horas en la banda de 400 a 700 nm, con drivers y ventiladores calificados para al menos 50.000 horas a la temperatura ambiente máxima declarada. Q90 cuenta fotones, no lúmenes, lo que importa para una luz de cultivo. Una luminaria sin declaración de mantenimiento se cotiza en el año uno, no en el año ocho.

El libro de mantenimiento es donde se gana o se pierde el caso operativo. Una sala HPS de 100 luminarias reemplaza 100 lámparas aproximadamente cada 13 meses, más las fallas de balasto y la mano de obra para llegar a cada campana. Una sala LED reemplaza drivers de vez en cuando y limpia barras. La diferencia no es solo la factura de repuestos; es el tiempo muerto, el equipo de acceso y el riesgo de una lámpara que falla en la sexta semana de floración. Presupueste la mano de obra, no solo las lámparas.

Tiras y barras LED frente a luminarias tradicionales: la diferencia de forma

Una luz de cultivo no es solo una fuente de fotones. Es una forma que decide dónde aterrizan los fotones. Una HPS de un solo extremo dentro de una campana es una fuente puntual con reflector: intensa bajo el centro, más débil en los bordes y sensible a la altura de montaje. Una luminaria de barras o tiras distribuye los mismos diodos sobre la superficie, así que la distancia del emisor al dosel varía menos y la luz llega desde más ángulos. Esa es la razón por la que dos luminarias con el mismo PPF pueden producir mapas de PPFD distintos.

Para la eficiencia energética en concreto, la forma importa de tres maneras. Primero, una luminaria de barras puede quedar más cerca del dosel sin quemar las puntas, lo que reduce las pérdidas de pared que ocurren cuando la luz se derrama fuera de la cama. Segundo, una fuente distribuida produce un mapa más plano con el mismo PPFD promedio, así que se puede correr un promedio más bajo y aun así cumplir con el requisito de la planta más débil. Tercero, una luminaria de tiras reparte el calor por el techo en lugar de concentrarlo bajo una campana, lo que cambia el gradiente local de temperatura y la energía de ventilación necesaria para mezclar la sala.

La comparación con tiras fluorescentes no es cercana en eficiencia. Una lámpara T5 HO a aproximadamente 0,9 µmol/J en la pared entrega cerca de un tercio de los fotones por vatio de una tira LED de gama media a 2,6 a 2,9. La T5 todavía gana en precio de compra para un estante de propagación pequeño, y todavía funciona cuando el estante tiene 20 cm de profundidad y las plantas 10 cm de alto. Para una sala comercial de propagación que corre 18 horas al día, la diferencia de electricidad paga la tira LED en pocos ciclos.

La comparación con HPS es más cercana de lo que sugieren los números de eficacia, porque una luminaria de barras cambia el layout de la sala. Una cama de 4 × 6 pies que corría dos campanas HPS de 1.000 W puede correr dos barras LED de 1.000 W con la misma salida de fotones, menos solape y un mapa más plano, o una barra de 1.300 W a carga parcial. La guía de cantidad de luminarias recorre la geometría, incluidas filas, pasillos y el solape que se necesita entre luminarias. La versión corta: compre salida de fotones por cama, no vatios por luminaria, y revise el mapa de PPFD a su altura de montaje y no a la altura del folleto.

Atenuación y control: qué puede hacer cada tecnología

La atenuación es la ventaja silenciosa de la LED en una sala comercial. La mayoría de los sistemas HPS corren con balastos magnéticos que encienden y apagan, con algunos balastos electrónicos que ofrecen atenuación por pasos o un rango de 50 a 110 por ciento. La atenuación en CMH existe pero es limitada y a menudo acorta la vida de la lámpara. La atenuación fluorescente requiere balastos compatibles y rara vez se instala en una sala de cultivo. Las luminarias LED aceptan comúnmente 0 a 10 V, resistencia, PWM o un protocolo digital, y las mejores mantienen espectro y eficacia en casi todo el rango.

Ese control cambia cómo se opera una sala. Un área de propagación puede correr al 30 por ciento, una sala vegetativa al 60 y una sala de floración a plena salida sin cambiar luminarias. Una sala puede atenuar durante un evento de calor en lugar de apagar circuitos. Una sala multizona puede sostener objetivos de PPFD distintos con el mismo horario. Nada de esto es gratis: atenuar por debajo del 10 por ciento puede ser inestable, algunos drivers tienen una carga mínima y unas pocas luminarias cambian el espectro cuando cae la corriente. Pida la curva de atenuación, no solo el rango.

El valor operativo aparece en la factura eléctrica en dos lugares. El obvio es menos kWh cuando la sala corre por debajo de plena salida. El menos obvio es la demanda: una sala que atenúa durante un intervalo pico puede reducir su demanda facturada donde la tarifa usa una ventana integrada de 15 minutos, que es un ahorro distinto del cargo por energía. La guía de cargos por demanda y carga de iluminación explica por qué escalonar los arranques no hace lo mismo. La atenuación cambia la potencia; el horario de encendido no.

Costo inicial, retorno y reembolsos

La LED cuesta más por luminaria y menos por fotón. Una luminaria de barras de 1.000 W con 2,8 µmol/J cuesta varias veces lo que cuesta una HPS de 1.000 W, pero también reemplaza más de una luminaria HPS en términos de fotones y elimina la línea de lámpara y balasto del presupuesto. La comparación que importa es costo por µmol/s de salida instalada, y después costo por kWh ahorrado sobre las horas que la sala realmente corre.

Tres variables mueven el retorno más que el precio de la luminaria. Las horas de utilización deciden qué tan rápido se acumula el ahorro eléctrico: una sala de floración de 12 horas corre 4.380 horas al año, una de propagación de 18 horas corre 6.570. El precio local de la electricidad decide cuánto vale cada kWh, y un cargo por demanda puede sumar 20 a 50 por ciento al costo efectivo de correr luces en el pico. Los reembolsos deciden el capital neto: las luminarias listadas en el DLC califican para muchos programas de servicios públicos, y el reembolso suele estar atado al listado y a la eficacia medida, no a la marca.

El modelo completo de flujo de caja, incluido el capital de climatización, los reembolsos y la diferencia entre rendimiento por metro cuadrado y rendimiento por dólar, está desarrollado en la comparación LED vs HPS para cannabis comercial. Este artículo no repite esos números a propósito, porque el caso HPS tiene sus propios supuestos y mezclar dos modelos en una página es como se fabrican las malas promesas de retorno. La regla corta: si la sala corre más de 4.000 horas al año y la energía cuesta más de 0,10 dólares por kWh, el caso LED suele cerrar; si la sala corre 2.000 horas al año con hidroeléctrica barata, puede que no.

Dónde las luces tradicionales todavía ganan

Una comparación que termina con "la LED gana en todo" no es útil, porque no es cierta. Hay salas donde la tecnología anterior es la elección racional, y un proveedor que no puede nombrarlas no está haciendo la aritmética.

Salas frías con carga real de calefacción. En una instalación del norte, el calor de la HPS puede reemplazar gas natural o resistencia eléctrica durante parte del año. Una reconversión a LED recorta la factura de iluminación y la carga de enfriamiento, y luego suma una factura de calefacción en invierno. El ahorro neto es menor que la diferencia de vatios y, en una sala pequeña con gas barato, puede desaparecer.

Espacios alquilados y horizontes cortos. Un contrato de tres años sin opción de renovación no justifica un retorno a cinco años. Un cultivador que puede mudarse debería comparar el valor de reventa y el costo de instalación, no solo el costo operativo. Las luminarias HPS son baratas de abandonar; las LED valen la pena de mover, lo que cambia la decisión.

Infraestructura eléctrica existente. Una sala cableada para HPS de 1.000 W a 240 V puede necesitar circuitos, tableros o un transformador nuevos para un layout LED de mayor vataje, aunque la LED use menos vatios en conjunto. Si el servicio ya está al límite, la reconversión puede exigir una actualización eléctrica que el ahorro operativo tiene que absorber.

Propagación y salas de madres a pequeña escala. Un estante T5 sigue siendo la forma más barata de iluminar 20 esquejes. La brecha de eficiencia es real, pero el kWh absoluto es pequeño, y el capital rinde más en la sala de floración primero.

Salas donde el espectro ya funciona. Un cultivar seleccionado y manejado bajo HPS durante años puede responder distinto bajo una LED de banda ancha: entrenudos más cortos, dosel más denso, secado distinto. No es una razón para quedarse, pero sí una razón para convertir una sala y comparar antes de convertir el sitio.

Comparación por etapa para salas de cannabis

La luminaria correcta depende de la etapa, no solo de la tecnología. La tabla da las opciones prácticas por etapa para una sala interior con licencia. Los valores de PPFD son objetivos a altura de dosel, no calificaciones de luminaria, y suponen CO₂ ambiente salvo que se indique.

La tabla por etapa también explica por qué una sala de una sola luminaria es un compromiso. Una luminaria dimensionada para floración tardía está sobrada para propagación y no puede atenuar lo suficiente para ser útil; una dimensionada para propagación no alcanza el DLI de floración. Dos luminarias más pequeñas, o una luminaria atenuable con un rango amplio, cubren más del ciclo. Es una decisión de layout, y la guía de PPFD y DLI da la aritmética para cada etapa.

Cómo comparar dos presupuestos sin equivocarse

Casi ninguna cotización de iluminación miente. Responden preguntas distintas. Una cotización tradicional lista vatios de lámpara, cantidad de luminarias y un precio. Una cotización LED lista vatios de entrada, una cifra de PPF y una superficie. Para compararlas, ponga ambas en las mismas seis líneas.

Consumo en la pared por luminaria. Pida la potencia de entrada incluido driver o balasto. Si el proveedor cotiza "vatios de lámpara", sume 5 a 15 por ciento por el balasto y después compare.

PPF y eficacia en la pared. Pida PPF en µmol/s y la base de la medición. Divida PPF por vatios de pared. Una luminaria sin cifra de PPF se está vendiendo por vataje, que no es una métrica de fotones.

Un mapa de PPFD a su altura de montaje. No la altura del folleto, no la lectura central. Pida nueve puntos sobre la cama real a la distancia a la que va a colgar la luminaria. El PPFD promedio y la uniformidad juntos deciden si la luminaria cubre el dosel.

Espectro con un SPD medido. Un gráfico de espectro dibujado por marketing no es dato. Pida el SPD medido y la proporción de fotones en cada banda si el espectro es parte de la decisión.

Declaración de mantenimiento y garantía. Horas L90 o Q90, la temperatura de ensayo y los términos de garantía para diodos, driver y mano de obra. Una garantía de cinco años que excluye el driver es una garantía de dos años.

Compatibilidad de control. 0 a 10 V, resistencia, PWM o digital, y el rango de atenuación en el que la luminaria sostiene su calificación. Si corre un controlador, pida la lista de protocolos y la cantidad de luminarias por canal.

Corra esas seis líneas para ambas cotizaciones y la mayor parte de la ambigüedad desaparece. Lo que queda es la parte que ninguna ficha cubre: la capacidad del proveedor para sostener la luminaria en el año tres, y si el mapa de PPFD que envió se midió en el mismo modelo que está despachando.

Reemplazar, reconvertir o correr híbrido

Hay tres formas de mover una sala de tradicional a LED, y cargan riesgos distintos.

El reemplazo completo es el más limpio. La sala se vuelve a trazar alrededor de la nueva forma de luminaria, los circuitos se reequilibran y el sistema de control se configura una vez. Tiene el costo de capital más alto y la interrupción más corta si la instalación se planifica alrededor de un corte de cultivo.

Las lámparas de reconversión conservan las campanas y los balastos existentes y reemplazan la lámpara por una unidad LED. El ahorro es real pero menor que una conversión completa, porque el reflector y el balasto viejos permanecen, y algunos balastos son incompatibles con las lámparas de reconversión o anulan la garantía de la lámpara. Un balasto magnético puede no arrancar una lámpara LED de reconversión de forma confiable; uno electrónico puede hacerlo, según el modelo. Revise la lista de compatibilidad antes de comprar un pallet.

Las salas híbridas mezclan barras LED con HPS, por lo general durante una conversión por etapas o para conservar calor radiante en una sala fría. La combinación puede funcionar, pero el sistema de control tiene que gestionar dos tecnologías con comportamiento de atenuación y espectros distintos. Es un estado de transición, no un objetivo de diseño.

Sea cual sea la ruta, los primeros 30 días deciden si la conversión se sostiene. La temperatura de hoja, el VPD, la frecuencia de riego y la densidad del dosel cambian cuando cambia la luminaria. Los primeros 30 días después de una reconversión de iluminación cubren las mediciones que hay que tomar y los ajustes que evitan que un arranque lento se atribuya a la luminaria.

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