Эффективный бюджетный светодиодный светильник своими руками (Часть 4)

Часть 4

Часть 1/ Часть 2/ Часть 3

5. Энергетическая эффективность светильника

Наконец долгосрочный проект по переоборудованию комнатной теплички подошёл к концу, и пришло время подводить итоги затеи и считать «КПД» модернизации – «стоила ли игра свеч».

С самого начала меня, как и большинство любителей кактусов, желающих перейти на новые технологии, волновал вопрос – как изменится эффективность осветительной системы в результате модернизации. Заблаговременно, до демонтажа старой люминесцентной системы, был куплен электронный люксметр. Были произведены замеры уровня освещённости на разных удалённостях от источника света старой осветительной системы и, после замены одной на другую, – новой. Результаты превзошли все ожидания!  Они приведены таблице:

Экспериментальные показатели осветительных систем комнатной теплички

Однако нужно учитывать, что замеры мною были произведены в центре светильника, и показатели в таблице приведены для светильников без какого-либо устройства отражения световых лучей (в моей тепличке качественно организовать отражатели технически сложно и не нецелесообразно, поэтому они у меня в тепличке условны).

Светодиоды имеют направленный угол излучения, в чём их явное преимущество, исключающее надобность в наличии геометрически выверенного отражателя единичного источника света, который даже при наилучших своих показателях имеет не идеальный КПД. Угол раствора (угла раскрытия) конуса излучаемого света наиболее распространённых светодиодов – оптимален для нужд освещения растений, и равен 120°, что является телесным углом кругового конуса излучаемого света этих светодиодов в 3,14 стерадиана. Это в свою очередь – 1/4 излучаемого света полного телесного угла сферы точечного светильника.  То есть в обычном точечном светильнике, построенном на дуговых ртутных, натриевых, металлогалогенных или обычных накаливания и галогенных лампах, лишь 25% излучаемого света прямо попадает на растения, а остальные 75% излучаемого света нужно корректно и грамотно направить при помощи отражателей. При этом эффективность отражения будет всегда значительно ниже 100% даже при возможности использовать отражатели под каждый единичный источник света отдельно. А если учесть, что для достаточной плотности светового потока, к примеру, трубчатых люминесцентных ламп, их нужно размещать очень близко друг к другу, то фактически коэффициент однократного отражения падает почти до нуля.

Для единичного точечного источника света справедливо правило: освещённость обратно пропорциональна квадрату расстояния. Для бесконечного линейного источника света –освещённость просто обратно пропорциональна расстоянию. А для бесконечной светящейся плоскости – увеличение расстояния от неё никак освещённость не изменяет!

Как выше сказано, точечные источники света (дуговые ртутные, натриевые, металлогалогенные, обычные накаливания и галогенные лампы) три четверти излучаемого света не излучают прямо на растения. А люминесцентные лампы, являясь не точечным источником света, а линейным – две трети излучаемого света расходуют на освещение друг друга и арматуры светильника. Другими словами, из заявленной производителем светоотдачи люминесцентных ламп – 76 Люмен/Ватт, с учётом свечения “не туда”, растениям прямого света достаётся лишь треть – не более 25 Люмен/Ватт, а против этого показателя у светодиодов – 100 Люмен/Ватт, и всё на растения!  Конечно, учитывая не только прямой и скудный однократно отражённый свет (при плотном расположении ламп), а ещё и многократно переотражённый от различных поверхностей свет (отражатель над лампами, боковые отражатели теплички, колбы соседних ламп, плюс свет дважды преломленный, но прошедший сквозь колбы соседних ламп), общая светоотдача составляет выше 25 Люмен/Ватт. Но с какими потерями складывается эта общая светоотдача люминесцентных ламп, ведь при каждом новом переотражении его коэффициент падает!

Мой светодиодный светильник, хотя и собран на точечных светодиодах, всё же учитывая большое количество светодиодов, которые равномерно расположены на плоскости, относится к категории «бесконечной светящейся плоскости». Вместе с этим, реальный светильник имеет не бесконечную площадь излучения, а конечную (из-за относительно малых размеров). Поэтому с увеличением расстояния уровень освещённости конечной светящейся плоскости, не в такой степени как у единичного точечного источника света, но всё же будет уменьшаться. И не смотря на свойство светодиодов весь свой излучаемый свет направлять на растения, не теряя на отражение, это не отменяет необходимости в боковых отражателях теплички в целом.

При достаточно плотном равномерном расположении источников света на плоскости, максимальный уровень освещённости от источника света будет находиться на расстоянии равному расстоянию между источниками света. То есть, если между серединами люминесцентных ламп расстояние 3 см, то максимум освещённости будет на расстоянии 3 см от ламп. В случае светодиодов – высчитываем среднее расстояние между светодиодами (так как в одном направлении расстояние между светодиодами может быть одним, а в перпендикулярном направлении другим – большим или меньшим). Это как фокус в фотоаппарате. Поэтому, при расположении светодиодов в моём светильнике на расстоянии в среднем около 5 см друг от друга, максимальное значение уровня освещённости будет находиться на расстоянии 5 см от светильника. С увеличением расстояния освещённость будет падать, и в первую очередь – за счёт отсутствия отражателей. Причём, чем дальше расстояние от светильника, тем больше осветительная система ведёт себя как точечный источник света, и по своим параметрам приближается к закономерности обратнопропорциональной зависимости от квадрата расстояния.

Продолжение следует