Podzielę się swoim pomysłem na wykonanie belki oświetleniowej, opartej na diodach Power LED (P-LED).
Na początek to, co mi wyszło po wielu przemyśleniach...
Założenia
Na początek przyjąłem założenia, związane z:
- jakością oświetlenia, co w przypadku diod LED przekłada się na długość fali emitowanego promieniowania świetlnego,
- maksimum absorpcji chlorofilu.
W świetlówkach (i nie tylko), parametr "temperatura barwowa" wyrażany w Kelwinach, określa ile energii świetlnej emituje źródło światła dla danej długości fali. Graficznie przedstawiają to wykresy drukowane na opakowaniach świetlówek i można odczytać jakiej barwy światło emituje dana świetlówka. Dla diod LED takie parametry należy odczytać z charakterystyk, ponieważ jest to zależne od temperatury i prądu zasilania.
Maksimum absorpcji chlorofilu przekłada się na długość fali świetlnej, przy której proces fotosyntezy jest największy (udział światła w fotosyntezie).
Znalazłem następujące wartości:
410, 430 i 662 [nm] dla chlorofilu A,
453 i 642 [nm] dla chlorofilu B.
Cokolwiek to naukowo znaczy, próbowałem poszukać takich diod LED.
Znalazłem diody firmy Cree, które świeciły światłem o parametrach:
- barwa Cool White 6000-6500K (Cree XP-E2 R2 Cool White 1-3W),
- dioda Deep Red o długości fali 660 [nm] (Dioda 3W Deep Red 660nm)
- dioda UV 400-410 [nm] (Dioda 3W UV 400-410nm)
Diody LED Cool White pokrywają długość fali powyżej 430 [nm].
Do zasilania diod wykorzystałem dedykowane zasilacze stało prądowe:
- 10W/900mA
- 6-9W/600mA
Pobór mocy
Obwód diod Cool White pobiera prąd rzędu 890mA, przy napięciu wyjściowym ok. 8,5v, co daje 7,5W mocy pobieranej przez trzy diody Cool White.
Obwód pozostałych diod, pobiera prąd rzędu 580 mA przy napięciu wyjściowym 8V, co daje 4,6W mocy pobieranej przez diody.
Zmierzona temperatura profilu, do którego mocowane są diody, to 40*C (termometr kuchenny - innego nie miałem pod ręką). Całość (profil wraz z radiatorami), jest ciepły, podobnie jak zasilacze i nie wymaga dodatkowego chłodzenia.
Montaż konstrukcji
Do budowy paneli zastosowałem dedykowany profil WIDE PL18 (32x11mm), wraz z zaślepkami i kloszem transparentnym.
Do profilu przymocowałem odpowiednio docięte radiatory A4463 o wymiarach 70x19. Można dać dłuższy odcinek radiatora, ale całość robi się już ciężka. Pomiędzy diodami i profilem, oraz pomiędzy profilem a radiatorami użyłem pasty termoprzewodzącej AG Gold, używanej do sprzętu komputerowego. Diody skręcone są przez profil z radiatorem, nic nie jest przyklejone, ani też skręcane osobno.
Koszty
- dioda Cree to koszt 12 zł/szt (3x12=36),
- dioda UV to koszt 15 zł/szt,
- dioda Deep Red to koszt 4,90 zł/szt (2x4,90),
- profil WIDE PL18 to koszt 19 zł/mb,
- klosz WIDE PL18 to koszt 10 zł/mb,
- zaślepki do profilu WIDE PL18 to koszt 3,50 zł/2szt (2x3,50=7)
- radiator A4463 to koszt 45 zł/mb,
- pasta termoprzewodząca to koszt 10zł/1g (wystarcza 1g),
- zasilacz 10W/900mA to koszt 29,90 zł/szt,
- zasilacz 6-9W/600mA to koszt 21 zł/szt.
Oczywiście nie zużyłem całego profilu, jedynie 2/3, oraz nie zużyłem całego radiatora (6 kawałków po 4 cm - liczę 25 cm, straty na cięciu, czyli 1/4).
Podsumowanie:
- diody to koszt 56 zł (zaokrąglam do pełnego złotego),
- zasilacze to koszt 51 zł,
- profile, klosze, zaślepki i radiatory to koszt ok 37 zł,
- pasta i reszta (śrubki, nakrętki, koszulki termokurczliwe), szacowany koszt 15 zł.
Razem: ok. 160 zł.
Wnioski
Uprzedzam pytania: nie kierowałem się kosztami, moim założeniem było uzyskanie określonego światła. Starałem się używać do tego materiałów ogólnie i łatwo dostępnych.
Na chwilę obecną nie jestem w stanie podać, jakie to przyniosło efekty, ponieważ belka jeszcze nie jest skończona i temat będę kontynuował.
Obecnie belka zwieszona jest nad akwarium "czysty" - takim, w którym nie ma problemu z glonami, rośliny rosną tak sobie (przy naświetlaczu LED) . Po dorobieniu podstawek, aby można ją było oprzeć o szybę, przeniosę belkę do akwarium, w którym rośliny nie chcą za bardzo rosnąć i szyby akwarium są zaglonione, także zobaczymy...
EDIT: natknąłem się na opracowanie, związane z maksimum absorpcji chlorofilu, z którego wynikają ciekawe wnioski. Autor artykułu wskazuje na błędy w założeniach określających metodę pomiaru maksimum absorpcji oraz błędne wnioski, z których wynika, że oznaczone maksima jednoznacznie wskazują na wartości długości fali, dla których fotosynteza jest największa. Poza tym maksima absorpcji dla roślin wodnych mogą być inne, ze względu na środowisko i właściwości ośrodka (wody). Reasumując, wskazanie, że do fotosyntezy roślin wodnych niezbędne jest światło niebieskie i czerwone jest w pewnym sensie błędne, ponieważ w środowisku wodnym najwięcej jest światła zielonego, które jednocześnie steruje absorpcją wymienionych barw (zielony kolor chlorofilu o czymś świadczy). Tak czy inaczej, dorobię jeszcze jeden panel z diodami o barwie 2200-3700K i 3700 - 5000K (takie diody barwy białej produkuje Cree).
Poza tym jeszcze jeden ciekawy wniosek podczas zbierania informacji, na temat oświetlenia diodowego do akwarium. Okazuje się, że moc diody nie jest wcale taka pożądana. Z charakterystyk diod wynika, że zależność prądu zasilającego diodę w stosunku do strumienia świetlnego jest nieliniowa. Dla przykładu dioda o mocy 1W emituje strumień świetlny np. 120 lm - nie oznacza to, że taka sama dioda 3W, zasilona trzykrotnie większym prądem, będzie emitowała trzykrotnie większy strumień (niestety, z charakterystyki wynika, że nie będzie).
Dlatego też z punktu widzenia kosztów, sprawności, odprowadzania ciepła i zasilania. lepiej jest zastosować dobrej jakości diody 1W.
EDIT: więc zmieniłem oświetleni LED. Obecnie zastosowałem 3 diody Cree 1-5W XP-G2 R2, o barwie neutralnej białej. Z charakterystyki diody wynika, że przedział temperatury barwowej to 3700-5000K, ale jak dalej wynika z charakterystyki, barwa zależna jest od prądu zasilania.
Do zasilania wykorzystuję jeden zasilacz stałoprądowy 7-12V/600mA, który - aby uzyskać odpowiedni prąd zasilania - zasila dwa równoległe obwody (w każdym obwodzie 3 diody połączone szeregowo).
Czyli mam 3 diody o barwie białej zimnej (6000-6500K) i 3 diody o barwie neutralnej (3700-5000K).
Wykres widma o barwie 3700-5000K jest zbliżony do widma barwy naturalnego światła słonecznego, a przyrównując to do świetlówek, to wg mnie jest to 840, przy czym świetlówka świeci bardziej selektywnie (proszę porównać wykresy widm).
Nad akwarium 27l (30x30x30) świecą tylko te trzy diody o barwie neutralnej. Subiektywne wrażenie świetlne jest jakby lepsze, ze względu na cieplejszą barwę światła.
Z charakterystyki diody, przy prądzie zasilania 300mA, wynikają następujące parametry:
- barwa światła 3700-5000K przy prądzie zasilania 350mA i temperaturze ok. 25*C.
- strumień świetlny ok. 130lm/W przy prądzie zasilania 350mA i temperaturze 25*C.
Niższy prąd zasilania to niższa temperatura pracy złącza diody oraz bardziej przewidywalne parametry. Czyli diodę 1-5W należy zasilić jako 1W prądem maks 350mA, ponieważ uzyskuje się wtedy 120-130 lm/W (zależność prądu zasilania i strumienia - jak wyżej napisałem, jest nieliniowa, czyli dwukrotnie większy prąd zasilania, nie spowoduje wyemitowania dwukrotnie większego strumienia).
Poza tym jeszcze jedna pozytywna rzecz takiego rozwiązania (zasilenie diody 1-5W jako 1W): przepalenie którejś diody i przerwanie jednego z obwodu, nie spowoduje uszkodzenia pozostałych diod, na skutek dwukrotnego wzrostu prądu (zasilacz jest stałoprądowy i zgodnie z prawem Kirchoffa, przez zamknięty obwód popłynie cały prąd). Diody nie powinny ulec uszkodzeniu, ponieważ maksymalny prąd to 1500mA, więc...
Napiszę za jakiś czas dalsze swoje spostrzeżenia...
EDIT: kolejna przeróbka panelu. Teraz na jednym zasilaczu 600mA pociągnęły dwa rzędy diod Cree XP-G2 (2 obwody po 3 diody), Czyli w sumie 6W mocy w 20-to litrowym zbiorniku. Barwa światła to biała neutralna (4500-4700K), kolor światła jest bardzo przyjemny, moim zdaniem efekt wizualny dużo przyjemniejszy niż barwa biała zimna.
Strumień świetlny to ok. 120 -130 lm przy 1W (zasilanie prądem 300mA) - dalej nie ma sensu, bo panel grzeje się, a zależność pomiędzy natężeniem a strumieniem nie jest liniowa.
Zauważyłem coś, co inni nazywają "bąbelkowaniem" roślin - rośliny w części środkowej wydzielają bąbelki. Bąbelki uwięzione są też w glonach (najprawdopodobniej rhizoclonium nitkowate) oraz w korzeniach piscji. Problemem na razie jest odpowiednia ilość CO2, ale muszę zmniejszyć do 7 - 6,8 (zgodnie z tabelami krążącymi w sieci, mam za wysokie pH i stąd zbyt mała ilość CO2 w wodzie, przy określonym KH).
EDIT [2015-04-24]: kolejna zmiana oświetlenia. 4 szt diod XP-G2 o barwie neutralnej białej. Zasilacz 600mA, napięcie zasilania diod 5,8V i mniej się grzeje, także dodatkowe radiatory nie są już tak potrzebne. Wrażenia subiektywne są dużo lepsze w porównaniu do oświetlenia białego zimnego (bardziej ciepły klimat).
Bąbelkowanie już nie jest tak widoczne, zauważalnie poprawiła się kondycja piscji (kolor i długość korzeni), rogatka oraz sagittarii. Waciaty glon powoli zanika, podobnie osad na szybie.
Szacun za wykonana pracę. A co do belki, to jest OK. Jak wrócę do domu to dam zdj, swojej miniaturowj belki(Do 6l mcharium)