인공조명 설계 가이드: LED vs 형광등 vs COB 옵션 비교

1. 인공조명 설계 기본 원칙과 핵심 지표

실내 식물 재배의 인공조명 설계는 자연광의 한계를 보완하고 식물의 광합성 효율을 극대화하기 위한 필수 절차입니다. (키워드: 설계원칙) 설계 시 고려할 주요 지표는 다음과 같습니다:

• PPFD(PHOTOSYNTHETIC PHOTON FLUX DENSITY): 광합성에 기여하는 빛의 양을 μmol/m²·s로 측정하며, 관엽식물은 일반적으로 100~200 μmol/m²·s 범위를 필요로 합니다. 생장 초기(발아정식 전)에는 120~150 μmol/m²·s, 개화·결실 단계에는 180~220 μmol/m²·s를 권장합니다.
• 광주기(LIGHT CYCLE): 식물의 생체리듬을 고려해 하루 10~14시간을 기본으로 설정하며, 성장기(발아생장)에는 14시간~16시간, 휴면기(관상 유지)에는 8시간~10시간으로 조절합니다.
• 스펙트럼 구성(SPECTRUM RATIO): 청색광(400~500 nm)과 적색광(60~0700 nm)의 비율을 성장 단계별로 달리 적용합니다. 잎 성장 단계에서는 청색광 비율을 50~60%로, 개화·결실 단계에서는 적색광 비율을 60~80%로 설정합니다.
• 조명 배치(LAYOUT): 재배 공간의 면적(m²), 천장 높이(150~200 cm), 조명 간 거리(30~50 cm)를 기준으로 PPFD 분포 시뮬레이션을 실시한 뒤, 광량 편차가 ±10% 이내로 유지되도록 조명을 배치합니다.

2. LED 조명 옵션 비교: 효율성 및 스펙트럼 제어

LED(발광다이오드) 조명은 높은 에너지 효율과 긴 수명, 정밀한 스펙트럼 제어 기능으로 현존 최상의 식물 재배용 광원입니다. (키워드: LED옵션)

• 효율: 상업용 모델은 1.8~2.5 μmol/W, 프리미엄급은 2.5~3.2 μmol/W를 기록합니다.
• 수명: 평균 50,000~60,000시간, L90 기준으로 40,000~50,000시간 이상을 보장합니다.
• 스펙트럼 제어: 청색(450 nm), 적색(660 nm), 근적외선(730 nm), 백색광(3000~6500 K) 등의 파장을 개별 채널로 제어해 식물 단계별 생리 반응을 최적화합니다.
• 발열 관리: 히트싱크 면적(500~1,000 cm²), 방열 재질(알루미늄·구리), 서멀 패드(TG 200°C 이상), 냉각팬(RPM 2,000~3,000)을 검증하여 다이오드 접합 온도를 70~75°C 이하로 유지해야 합니다.
• 장점/단점: 높은 초기 비용이 단점이나, 세밀한 광량 분배와 낮은 유지비가 장점입니다.

3. 형광등 옵션 비교: 경제성과 간편 설치

형광등(Fluorescent lamp)은 낮은 초기 비용과 간편한 설치로 소규모 재배 환경에 적합합니다. (키워드: 형광등옵션)

• T5 vs T8:
  • T5(관경 16 mm): 0.8~1.2 μmol/W, 수명 20,000~25,000시간
  • T8(관경 25 mm): 0.7~1.0 μmol/W, 수명 20,000~30,000시간
• 스펙트럼: 백색광(6500 K), 식물용 혼합광(400~700 nm) 선택 가능
• 설치: 안정기(ballast)·스타터 별도, 금속 하우징·전선 작업 필요
• 폐기 규제: 수은(Hg) 함유로 폐기 시 별도 수거 및 처리 필수
• 장점/단점: 낮은 비용과 쉬운 교체가 장점, 효율과 수명 한계가 단점입니다.

4. COB LED 옵션 비교 및 종합 평가

COB(Chip On Board) LED는 고광밀도와 균일한 빛 분포를 제공하는 집광 솔루션입니다. (키워드: COB옵션)

• 효율: 2.2~2.8 μmol/W로 LED 대비 10~15% 효율 향상
• 수명: 50,000~60,000시간 유지
• 방열 필수: 대형 히트싱크(1,000~2,000 cm²) 또는 수냉식 방열(히트파이프·워터블록) 필요
• 초기 비용: LED 대비 20~30% 높음
• 장점/단점: 고밀도 광원 구축에 최적, 초기 투자와 방열 설계가 복잡합니다.

종합 추천:

• 예산 제약 심할 때: 형광등
• 관리 편의성과 효율 중시 시: LED
• 대규모·고밀도 재배 환경: COB 각 기술의 장단점을 분석해 예산, 재배 면적, 작물 특성에 맞춰 조합 설계가 필요합니다.