Эффективный бюджетный светодиодный светильник своими руками

  Категория:: Практикум, Разное
  Коментарии: 2

Автор текста и фото Эдуард Коновка (Измаил)

Часть 1

Светильники для тепличек любители суккулентов сооружают, как правило, для подращивания сеянцев – непосредственно от посева и до возраста, когда сеянцы можно выставить уже в общую коллекцию под солнечный свет. В конце 20-го века – начале 21-го свойства высокой светоотдачи при невысоких мощностях обеспечили люминесцентным лампам самое широкое распространение.

Однако прогресс не стоит на месте. Следующим шагом в агрокультуре стало постепенное, но уверенное внедрение светодиодов. Продиктовано это рядом преимущественных свойств светодиодов – более высокой светоотдачей на малых мощностях, что не достижимо для люминесцентных или дуговых металлогалогенных и натриевых ламп высокого давления. Кроме этого, светодиоды отличаются отсутствием вредных паров ртути в своей конструкции, устойчивостью к вибрациям, возможностью мгновенного повторного включения, более длительным сроком эксплуатации, и, что очень важно в кустарном изготовлении светильника под параметры своей собственной теплички, – гибкостью конфигурирования геометрии осветительной системы под любую имеющуюся площадь; у люминесцентных же светильников все размеры теплички подчиняются типоразмерам стандартных ламп, причём наибольший КПД у более мощных и длинных ламп, которые наименее удобные для размещения в наших жилищах.

1. Экономические причины

Повсеместный переход на светодиоды в технике и быту приводит к тому, что комплектующие для светодиодного освещения прогрессивно дешевеют, а для люминесцентных ламп – дорожают. Рано или поздно мы все будем вынуждены перейти на светодиоды в тепличках для сеянцев. Когда-то, попросту, люминесцентные лампы уже перестанут массово выпускаться.

Так случилось и у меня: одна за другой, отслужив свой срок службы, выходили из строя и люминесцентные лампы, и электронные балласты к ним. Удешевление светодиодов, и подъём цен на люминесцентную продукцию показали, что сконструировать новую светодиодную осветительную систему будет выгоднее, чем в дальнейшем использовать и обновлять комплектующие люминесцентного светильника.
Рынок решительно меняет люминесцентные лампы на светодиодные, однако, стандарты светодиодного освещения ещё очень расплывчатые и неустоявшиеся. Очень сложно, покупая готовый светодиодный девайс, точно понимать, что перед собой держишь в руках. Да и цена у готовых изделий, особенно специализированных, как, например, для растений, сильно завышена. Значительно рациональнее и дешевле собрать осветительную систему самостоятельно.

В первую очередь, построение любой осветительной системы начинается с расчётов. И в этом отношении, светодиоды дают обширнейшие возможности для конфигурирования размеров светильника, его мощности, направленности и плотности светового потока. Это позволяет создавать светильники не только для подращивания сеянцев, но и для полноценной вегетации взрослых экземпляров. Уровень мощности первых и вторых, конечно, существенно отличается.

Мне всегда хотелось иметь светильник, который бы обладал мощным световым потоком, равномерным во всех точках теплички, чтобы растениям максимально, но дёшево заменить летнее солнечное освещение – для полной нормальной вегетации взрослых растений. Этого можно попробовать достичь, если светодиоды разместить насколько возможно плотно для их пассивного воздушного охлаждения обычным плоскостным радиатором – листом алюминия. Если разместить светодиоды плотнее максимально допустимого расстояния для пассивного воздушного охлаждения, потребуется принудительное воздушное охлаждение вентилятором. Но так как тепличка находится в жилом помещении, вентилятор, который будет в квартире гудеть 12 часов в сутки, я не хотел принципиально. Также в качестве очень эффективной альтернативы, можно использовать жидкостное охлаждение, но это труднореализуемо и затратно.

Светодиодный светильник, построенный на единичных светодиодах, в отличие от люминесцентного, является не линейным источником света, а множественно-точечным, и такой равномерности потока, как у люминесцентных ламп, добиться не получится. Сейчас на рынке появились плоскостные светодиодные источники света – светящаяся по всей своей плоскости панель. У этого светильника идеальная равномерность светового потока, но его низкая мощность и высокая цена, на сегодняшний день, не оправдывают себя. Однако, учитывая насколько малую мощность отдельно взятого светодиода возможно использовать, равномерность светового потока не является проблемой – светодиоды достаточно близко и равноудалённо друг от друга располагаются на радиаторе, обеспечивая приемлемую равномерность светового потока.

Наименьшее расстояние между светодиодами продиктовано необходимой площадью рассеивания радиатором побочного тепла, вырабатываемого светодиодом. И, конструируя светильник, нужно учитывать именно этот параметр в первую очередь. Иначе светильник прослужит очень недолго!

2. Расчёт «перевооружения» осветительной системы

Полный расчет необходимой площади радиатора – очень трудоемкий процесс. В качестве грубой оценки можно взять следующее предположение: на 1 Ватт рассеиваемого тепла требуется радиатор площадью 32…65 см². При этом учитываются все поверхности радиатора. Для плоскостного радиатора с пассивным воздушным охлаждением, на одноваттный светодиод, требуется алюминиевая пластина площадью минимум 16 см². Это если радиатор плоский, а не, к примеру, в качестве радиатора используется уголок или другие более сложные профили. В таком случае, если посчитать все поверхности, при примерно одинаковом занимаемом объёме, площадь сложно сконфигурированного радиатора может оказаться больше в разы! Однако, чем сложнее конфигурация радиатора, тем менее эффективно он работает, и в таком случае при расчётах нужно использовать число, более близкое к верхней границе интервала 32…65 см².

Моя новая осветительная система должна была заменить старую люминесцентную, состоящую из 6 ламп мощностью 36 Ватт и занимавшую площадь 120 см × 25 см. Но, как я заметил ранее, конструирование светодиодного светильника позволяет гибко использовать всю доступную площадь теплички в освещении. И, в отличие от люминесцентного светильника, новый светодиодный позволил расположиться над всей доступной площадью теплички – теперь уже перекрывая «мёртвые» зоны с торцов теплички. В результате, светильник у меня стал представлять собой алюминиевую пластину толщиной 2 мм и размером 130 см × 27 см.

Расчёт светильника заданной площади с пассивным воздушным охлаждением можно провести по следующим несложным формулам:

  1.   – расчёт площади радиатора светильника;
  2.   – расчёт максимально возможного количества светодиодов в светильнике для пассивного воздушного охлаждения;
  3.   – расчёт коэффициента соотношения длины светильника к его ширине;
  4.   – расчёт количества рядов светодиодов по ширине светильника;
  5.  – расчёт количества рядов светодиодов по длине светильника,

где  – площадь светильника,  – длина светильника,  – ширина светильника,  – коэффициент соотношения длины светильника к его ширине,  – общее максимально допустимое количество светодиодов в светильнике,  – количество рядов светодиодов в длину,  – количество рядов светодиодов в ширину.

Расчёт количества светодиодов приведён для одноваттных светодиодов. Если расчёт необходим для трёхваттных светодиодов, то выполняем вычисления так же, а результат делим на три. Если для полуваттных – результат умножаем на два (или делим на 0,5).

Теперь для площади радиатора моего светильника размером 130 см × 27 см для наглядности попробуем рассчитать количество светодиодов мощностью 1 Вт, 3 Вт и 0,5 Вт.

  1.  – площадь одной стороны радиатора светильника (общая же площадь радиатора, то есть – с обеих сторон радиатора, больше в два раза – 7020 см2);
  2.  – максимально возможное количество одноваттных светодиодов для светильника с пассивным воздушным охлаждением, что соответствует рассеивающей способности радиатора 220 Вт;
  3.   – коэффициент соотношения длины светильника к его ширине;
  4.   – максимально возможное количество рядов светодиодов по ширине светильника;
  5.  – максимально возможное количество рядов светодиодов по длине светильника.

Однако, если посчитать общее количество одноваттных светодиодов для светильника, перемножив  на , то в результате предыдущих вычислений с округлениями получим число 231 шт., что значительно превышает максимально допустимое количество одноваттных светодиодов для этого светильника с пассивным воздушным охлаждением исходя из рассеивающей способности радиатора – 220 Вт, что равно 220 шт. одноваттных светодиодов. Поэтому предпочтительнее использовать схему либо 33 × 6 рядов, либо хотя бы – 32 × 7 рядов.

Используя тот же алгоритм расчёта, можно вычислить, что для трехваттных светодиодов общее максимально допустимое количество светодиодов будет 73 шт., оптимально в длину – 18 рядов, в ширину – 4 ряда.

Для полуваттных светодиодов общее максимально допустимое количество светодиодов будет 440 шт.: в длину – 44 ряда, в ширину – 10 рядов.

Продолжение следует

Комментарии

  Коментарии: 2


  1. числа непереконливі і важко читабельні….
    просто скажіть, скільки штук 1 Вт LED Ви раххуте на 1м2,
    і скільки люменів світності в результаті отримуєте?
    у чехів я ситав про 12000 Лм на 1м2
    я поставив LED з кроком 10 см (100 штук LED 11000 Лм на 1м2)
    мені вистачає………..
    а оці всі формули….я як математик і то не до кінця зрозумів, навіщо так багато формул….

  2. Systematist


    Реагировать на вопросы и критику пока не буду: давайте дождёмся публикации всех частей цикла статей, а уже потом я основательно на каждый вопрос и контрдовод аргументированно и основательно отвечу, потому как дальнейшие части для интересующихся многое могут прояснить.
    И обсуждение, считаю, будет уместнее вести в теме “Искусственное освещение кактусов” (https://www.cactuskiev.com.ua/forums/viewtopic.php?f=11&t=954&start=900), а не в комментариях под статьёй – это будет более цельная и наглядная дискуссия.

Комментарии