W 1/2011 EDW będzie opisany impulsowy driver LED i sterownik oświetlenia do niego. Ten artykuł jest uzupełnieniem artykułu z EDW. Oświetlenie LED
Jednymi z pierwszych układów jaki wykonuje chyba każdy elektronik są układy z diodami LED (diodami elektroluminescencyjnymi). Elementy te coraz częściej stosowane są również jako zamienniki oświetlenia tradycyjnego. Z oświetleniem LED związane jest szereg mitów, rozwianie ich wymaga jednak podstawowej wiedzy z techniki oświetleniowej oraz zaznajomienia się z parametrami diod świecących podawanymi przez ich producentów.
Definicje
Promieniowanie widzialne (światło) obejmuje zakres od 380 nm (światło fioletowe) do 780 nm (światło czerwone). Światło białe jest mieszaniną barw od czerwonej do fioletowej. Barwy składowe światła białego widzimy po rozszczepieniu choćby w postaci tęczy. Ponieważ najczęściej spotykamy się ze światłem białym (światło słoneczne, żarówki, świetlówki) poświęcimy mu więc najwięcej uwagi. Podstawowym parametrem światła białego jest jego temperatura barwowa określana na podstawie podobieństwa z barwą promieniowania ciała doskonale czarnego rozgrzanego do danej temperatury. Wyróżnia się źródła światła o barwie białej: ciepłej (2700K), ciepło-białej (3000K), białej (3500K), chłodno-białej (4000K) i dziennej (>5500K). Światło o niskiej temperaturze barwowej ma odcień żółty, o wysokiej temperaturze barwowej ma odcień niebieski. Tradycyjne żarówki posiadają temperaturę barwową rzędu 2500-2700K, a żarówki halogenowe od 2900-3200K. Światło w tych źródłach pochodzi od rozgrzanego włókna wolframowego. Wyższe temperatury barwowe uzyskuje się w źródłach wyładowczych (świetlówki, lampy metalohalogenkowe) oraz w diodach LED. Bardzo ważnym parametrem, który określa parametry światła białego jest wskaźnik oddawania barw (Ra, CRI). Wskaźnik oddawania barw jest miarą stopnia zgodności wrażenia barwy standardowych powierzchni barwnych oświetlonych badanym i wzorcowym źródłem światła, maksymalna możliwa wartość tego wskaźnika wynosi 100, najmniejsza postrzegalna różnica barw to 5, aparaturą pomiarową można jednak wychwycić mniejsze różnice wskaźnika oddawania barw. Minimalna wartość wskaźnika oddawania barw źródeł białego światła w miejscach stałego przebywania ludzi wynosi 80. Parametry źródeł światła koduje się zwykle za pomocą kodu trzycyfrowego. Pierwsza liczba jest pierwszą cyfrą wskaźnika oddawania barw w dziesiątkach, dwie następne cyfry są wartościami temperaturami barwowej w setkach kelwinów, np. wartość 840 oznacza źródło światła o wskaźniku oddawania barw 80 i temperaturze barwowej 4000 stopni Kelwina. Ilość światła jaką wysyła dane źródło światła nazywa się strumieniem świetlnym, gdy mówimy o ilości światła padającego na oświetlaną powierzchnię mówimy o użytecznym strumieniu świetlnym. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen, określa on moc światła pod względem wywołanego wrażenia wzrokowego w średnim ludzkim oku przystosowanym do widzenia dziennego (fotopowego) - uwzględnia różną czułość oka dla różnych długości fal. Oko ludzkie posiada największą czułość dla światła zielonego (555 nm) przy 510 i 610 nm oko jest około dwukrotnie mniej czułe niż przy długości fali 555nm, a przy około 475 i 650 nm jest dziesięciokrotnie mniej czułe niż przy fali 555 nm. Odpowiednie krzywe czułości widmowej ludzkiego oka zainteresowani znajdą w internecie. Miarą skuteczności zamiany energii elektrycznej na światło (jednak uwzględniającą czułość widmową ludzkiego oka) jest liczba lumenów uzyskiwana z jednego wata – [lm/W]. Im więcej lumenów z wata daje dane źródło oświetlenia tym jest bardziej energooszczędne. Zestawienie sprawności źródeł światła i ich trwałości pokazane jest w tabeli 1. Wartości tam zestawione stanowią pewną średnią z danych katalogowych podawanych przez producentów.
Tabela 1
Wymienione w tabeli świetlówki kompaktowe to nic innego jak tzw. żarówki energooszczędne. Zarówno w przypadku świetlówek kompaktowych jak i świetlówek rurowych trwałość ich bardzo zależy od liczby cykli włączania i wyłączania (częste włączanie i wyłączanie zmniejsza trwałość) i od jakości zastosowanej elektroniki. Dobrej klasy elektronika do zasilania świetlówek posiada miękki start i podgrzewanie skrętek przed zapłonem co wydłuża bardzo żywotność świetlówki. W przypadku diod sprawa jest nieco bardziej skomplikowana. Na rynku wysoko sprawnych diod LED dominują firmy: Cree, Nichia, Seoul Semiconductors i Philips Lumileds. Obecnie najbardziej efektywnymi diodami LED są diody o poborze mocy około 1W, kupując je płacimy najniższą cenę za jeden lumen. Sprawność diody zależy od barwy światła emitowanej przez diodę i tak diody LED o barwie białej ciepłej mają skuteczność świetlną (80-100 lm/W) o barwie białej dziennej (85 do 130 lm/W). Praktycznie wszyscy producenci wysoko sprawnych diod LED selekcjonują swoje diody na podgrupy o różnej światłości (tzw. biny). Bardzo częsta jest sytuacja gdy dioda 1 watowa wiodącego producenta daje bardzo zbliżoną ilość światła do diody trzy watowej innego producenta. Podane sprawności diod LED dotyczą samej diody LED i nie uwzględniają sprawności układu zasilającego ani strat w ewentualnie zastosowanym dodatkowym układzie optycznym. Zawsze należy porównywać nie moc danej diody (jak i innych źródeł światła) ale ilość lumenów przy określonym poborze mocy. Dla diod LED mocy o barwach od białej dziennej do barwy białej neutralnej (3700-10000K) wskaźnik oddawania barw wynosi 75 dla diod o barwie białej ciepłej (2600-3700K) wartość wskaźnika oddawania barw wynosi 80 (Cree). Niektóre z firm posiadają w swojej ofercie diody o wartości wskaźnika oddawania barw równym nawet 90 (barwa biała ciepła), diody te mają jednak mniejszą sprawność malejącą ze wzrostem wskaźnika oddawania barw. Diody białe w zależności od producenta posiadają również nieco inne widmo. Kąt połówkowy promieniowania typowych diod LED mocy wynosi sto dwadzieścia stopni. Cena dobrej diody jedno watowej o barwie białej wynosi od około 8 do 25zł za sztukę w zależności od jej sprawności, ilości zamawianych egzemplarzy, miejsca zakupu. Typowe „żarówki LED” (diody LED w odpowiedniej oprawie zintegrowane z układem zasilającym) dostępne w sklepach i na portalach aukcyjnych mają sprawność od trzydziestu do sześćdziesięciu procent sprawności wymienionych wcześniej diod LED wiodących producentów czego nie tłumaczą nawet straty na układzie zasilającym, wszystko tłumaczy jednak cena takiej „żarówki”. Główną wadą diod LED wysoko sprawnych jest przede wszystkim ich wysoka luminancja (jaskrawość powierzchni źródła światła) wynikająca z wypromieniowania stosunkowo dużego strumienia świetlnego z bardzo małej powierzchni, praktycznie nie jest możliwie patrzenie przez dłuższy czas na taką diodę bezpośrednio (fotografia 1), drugą dużą wadą diod LED jest konieczność odprowadzenia często niemałych ilości ciepła. Zaletą diod LED w porównaniu ze świetlówkami jest możliwość wyeliminowania w wielu wypadkach odbłyśników -popularnie mówiąc dioda nie świeci nam w sufit, niskie napięcie pracy większości diod, praktycznie całkowita niewrażliwość na wstrząsy, łatwość regulacji natężenia oświetlenia za metodą regulacji współczynnika wypełnienia impulsu (PWM), brak w widmie promieniowania podczerwonego i UV.
Natężenie oświetlenia
Podane wcześniej parametry dotyczyły samego źródła oświetlenia i nic nie mówiły nam o najważniejszym parametrze jakim jest natężenie oświetlenia. Natężenie oświetlenia wyrażane jest w luksach (lx) i jest miarą oświetlenia płaskiej powierzchni (jest ilorazem strumienia świetlnego użytecznego padającego na daną powierzchnię i pola powierzchni). To właśnie natężenie oświetlenia decyduje o rozpoznawaniu kształtów, barw, możemy powiedzieć, że „widzimy” właśnie luksami. Natężenie oświetlenia zależy głównie od odległości od źródła promieniowania i bryły fotometrycznej źródła. Natężenie oświetlenia jest najczęściej mierzonym parametrem w pomiarach oświetlenia. Do pomiaru natężenia oświetlenia stosuje się przyrządy nazwane luksomierzami, sam układ elektroniczny luksomierza nie jest skomplikowany. Głównym problemem w budowie luksomierza jest zdobycie elementu o charakterystyce widmowej zbliżonej do oka ludzkiego z korekcją kosinusową (celem korekcji kosinusowej jest mierzenie światła z całej półprzestrzeni). W warunkach amatorskich najprościej luksomierz wykonać jest na fotodiodzie BPW21R zawierającej zielony filtr optyczny korygujący jej charakterystykę widmową by była zbliżona do charakterystyki widmowej ludzkiego oka. Innymi ważnymi parametrami jest równomierność oświetlenia będąca ilorazem minimalnego i średniego natężenia oświetlenia na danej powierzchni oraz graniczna wartość wskaźnika ujednoliconej oceny olśnienia UGRL zainteresowani znajdą odpowiednie wartości w normach. Minimalna wartość natężenia oświetlenia w miejscach stałego przebywania ludzi wynosi 200 lx, w szkołach 300 lx a w przypadku wykonywania prac precyzyjnych w zależności od rodzaju wykonywanej pracy (mikromechanika, wielobarwny druk, grawerowanie, dobór barwy sztucznych zębów) wynosi od 1000 do 5000 lx.
Diody LED mocy
W Polsce najpopularniejsze z wysoko efektywnych diod LED a jednocześnie charakteryzujące się najlepszym stosunkiem ceny do oferowanego strumienia świetlnego są diody firmy Cree. Najlepsze do naszych celów są diody o mocy strat około 1W serii XP-G, XP-C, XP-E. W wysokowydajnych diodach LED barwa biała uzyskiwana jest nie z mieszania barw czerwonej, zielonej i niebieskiej powstałej w oddzielnych diodach ale dokładnie tak samo jak w świetlówkach na skutek zjawiska fluorescencji. Różnica między świetlówkami a diodami białymi polega na tym, że w przypadku diod LED luminofor jest wzbudzany nie za pomocą promieniowania UV ale za pomocą światła niebieskiego. Temperatura barwowa otrzymanego światła białego zależy od rodzaju zastosowanego luminoforu. Obecnie produkowane diody mocy o barwie światła białej nawet te o najwyższej sprawności rzędu 138 lm/W zamieniają 42 procent energii elektrycznej na światło, diody LED czerwone i niebieskie posiadają nawet sprawność wyższą sięgającą nawet 70 procent. Wynika stąd, że w przypadku nawet najlepszej diody o barwie białej prawie 60 procent energii elektrycznej zamieniane jest w ciepło. W przypadku diody 1W daje to 0,6W mocy rozpraszanej w strukturze o wymiarach dwóch milimetrów kwadratowych. Wyższa temperatura złącza i większa gęstość prądu płynącego przez diodę powoduje zmniejszenie ilości światła emitowanego przez nią a tym samym zmniejsza sprawność zamiany energii elektrycznej na świetlną, niestety oba efekty są ze sobą powiązane. Diody o różnej barwie zachowują się bardzo różnie pod wpływem temperatury i tak wzrost temperatury złącza z 25 stopni do 150 stopni zmniejsza natężenie emitowanego światła przez diodę LED o barwie niebieskiej i granatowej o 15 procent, białej ciepłej i zimnej o 30 procent, barwie czerwonej o około 50 procent a diody o barwie światła bursztynowej aż o 90 procent (CREE). Wynika stąd, że diody powinny pracować z możliwie najniższym prądem, dobrym wyborem jest w tym wypadku zalecana wartość podawana przez producenta i zapewnienie sprawnego chłodzenia diody. Podana wcześniej ilość ciepła jaka wydziela się nawet w przypadku najbardziej wydajnych diod (0,6 W) jest naprawdę duża biorąc pod uwagę powierzchnię struktury diody LED (dwa milimetry kwadratowe). Odprowadzenie ciepła z takiej diody jest utrudnione choćby ze względu na zastosowanie soczewki, która jest izolatorem cieplnym. Chłodzenie w większości diod LED odbywa się przez wyizolowane elektrycznie połączenie tzw. pad termiczny. Firmy produkujące diody LED zwracają bardzo uwagę na problem prawidłowego chłodzenia diod LED i sposobu montażu w swoich kartach aplikacyjnych. Autor poda dla przykładu, że dioda o efektywności około 102 lm/W montowana na radiatorze na MCPCB o powierzchni około trzydziestu centymetrów kwadratowych za pomocą kleju termoprzewodzącego (cieniutka warstwa) miała temperaturę soczewki około 80 stopni przy nominalnym prądzie po kilku minutach pracy a temperatura złącza musiała być wyższa!!! Winę za to ponosił zarówno sam klej a właściwie jego stosunkowo wysoka rezystancja termiczna (po przykręceniu diody za pomocą wkrętów i użyciu smaru termoprzewodzącego temperatura spadła bardzo wyraźnie) jak i fakt, że diody były montowane amatorsko (wykonanie domową metodą lutowania przez osobę niezbyt wprawną). Gruba warstwa cyny bardzo wpływa na rezystancję termiczną kontaktu między diodą a MCPCB. MCPCB jest to podkładka aluminiowa przeznaczona do przylutowania diod LED, przystosowana do zamocowania na radiatorze. Fotografia 2 przedstawia diody przylutowane do MCPCB. Bardzo ważne jest dla początkującego by nie kupował samych struktur diod a diody przylutowane do płytek aluminiowych odprowadzających ciepło najlepiej przez producenta diod lub osobę mającą odpowiednie doświadczenie. Zastosowanie MCPCB bardzo ułatwia odprowadzenie ciepła z diody a przylutowanie samodzielne diody stanowi nie lada wyzwanie dla początkującego (autor sam zniszczył dwie pierwsze wlutowywane diody). Różnica w cenie wynosząca 1zł pomiędzy diodą przylutowywaną a kosztem diody i MCPCB całkowicie zniechęca do wykonania tej czynności samodzielnie. Osoby mimo wszystko chcące samodzielnie przylutować diodę mogą to zrobić w następujący sposób: nanosimy pastę lutowniczą zawierająca topnik i cynę (dobrej jakości) na MCPCB (uwaga płytka musi być zabezpieczona wcześniej przed wilgocią), kładziemy diodę na płytkę (nie musi być wykonane to zbyt dokładnie), nanosimy płytkę z diodą na nagrzaną kuchenkę elektryczną, temperatura kuchenki powinna być tak ustawiona by topiła stop lutowniczy (zwykle około 350 stopni, temperaturę kuchenki możemy regulować za pomocą ściemniacza do żarówek o odpowiedniej mocy a kontrolować za pomocą termopary podłączonej do miernika uniwersalnego), nagrzana płyta powoduje stopienie cyny z topnikiem a dzięki dużemu napięciu powierzchniowemu elementy same „ustawią się” w odpowiedniej pozycji na płytce, tą samą metodę można zresztą stosować do montowania elementów w obudowach TQFP. Ważne jest by kupować diody u dużych sprzedawców ponieważ zdarzają się manipulacje niektórych sprzedających polegające najczęściej na sprzedaży diod o mniejszej sprawności jako diody o większej sprawności a tym samym o wyższej cenie. Często w przypadku szczególnie paneli zawierających większą ilość diod LED stosuje się wspomaganie chłodzenia za pomocą wentylatorów. Projektując oświetlenie LED należy pamiętać, że strumień świetlny spada również w czasie eksploatacji diod, największe zmiany obserwuje się jednak w początkowym okresie eksploatacji i tak dla diod Cree serii XP-E strumień świetlny spada o około sześć procent po sześciu tysiącach godzin pracy a po dwudziestu pięciu tysiącach godzin spada tylko o około ośmiu procent względem wartości początkowej. Oczywiście wyższa temperatura pracy diody LED skraca jej czas życia.
Zasilanie diod LED
Wydawałoby się, że nie ma nic prostszego jak zasilanie diod LED, możemy je przecież łączyć szeregowo, równolegle, szeregowo-równolegle, oczywiście pamiętając o zachowaniu odpowiedniej polaryzacji. W przypadku diod LED mocy sprawa jest jednak bardziej skomplikowana choćby na dużą ilość ciepła wydzielaną przez diody. Diody LED muszą mieć ograniczony prąd płynący przez nie. Zasilanie ze źródła napięciowego nie może być stosowane w przypadku diod LED, wynika to z charakterystyki napięciowo prądowej diody jak i ujemnego współczynnika temperaturowego diod, nawet niewielkie zmiany napięcia zasilania diod dają duże zmiany prądu płynącego przez diodę. Tylko w połączeniu szeregowym diod jesteśmy zapewnić stały prąd płynący przez każdą diodę. W połączeniu równoległym problem powstanie w przypadku uszkodzenia którejś z diod zasilanych z źródła prądowego, w tym wypadku przez sprawną diodę popłynie większy prąd, ponadto na skutek różnic technologicznych jak i nieco różnej temperatury każdej z diod rozpływ prądu pomiędzy nie będzie równomierny nawet przy sprawnych diodach, wszystkie wymienione tutaj zastrzeżenia dotyczą również połączenia szeregowo-równoległego diod. Zasilanie z opornika szeregowego nie jest w stanie zapewnić stałego prądu przy zmianach napięcia zasilania, przez co układ wymaga zasilacza stabilizowanego na którym występują straty mocy tak samo jak na oporniku szeregowym. Opornik szeregowy stosuje się w przypadku zasilania diod o małej mocy. Źródło prądowe najprościej wykonać jest na popularnym układzie scalonym typu LM317. Do zbudowania źródła prądowego będziemy potrzebowali tylko kilku elementów, odpowiedni układ pokazany jest na rysunku 1. Wartość prądu emitowanego przez źródło wyliczamy według wzoru: Stała wartość równa 1,25 volta jest napięciem referencyjnym stabilizatora LM317. Układ źródła prądowego na układzie LM317 wymaga minimum 3V różnicy między napięciem zasilania a sumą spadków napięć na wszystkich szeregowo połączonych diodach LED. Wyliczając spadek napięcia na diodach LED należy pamiętać, że zależy on od prądu płynącego przez diodę i rośnie wraz z jego wzrostem. Trzeba uwzględnić dodatkowo, że napięcie zasilające źródło prądowe musi mieć zawsze wymaganą nadwyżkę 3V niezależnie od jego obciążenia. Oczywiście zastosowane oporniki muszą być odpowiedniej mocy a sam układ LM317 wymaga często zastosowania małego radiatora. Do zasilania tego układu wystarcza dowolny zasilacz niestabilizowany napięcia stałego. Do zasilania diod LED najczęściej stosuje się zasilanie na poziomie 12V (rozwiązania fabryczne) jest to rozwiązanie bardzo nieefektywne przy stosowaniu stabilizacji ciągłej. W przypadku typowego spadku napięcia na diodach białych wynoszącego 3V i połączonych szeregowo trzech diodach LED aż 1/4 energii elektrycznej zamieniana jest na ciepło (3/12). Sprawność układu zasilającego na LM317 można znacznie podnieść zwiększając napięcie zasilania np. do 30V i łącząc szeregowo dziewięć diod LED (9*3V= 27V) w tym wypadku straty mocy wyniosą tylko 10 procent (3/30V). Na każdą z gałęzi diod LED powinien być zastosowany jeden układ stabilizujący prąd. W chwili obecnej istnieją nawet specjalne diody LED pracujące z 230V napięcia zmiennego, są też diody LED o napięciu pracy ponad 20V napięcia stałego. Większą sprawność niezależnie od napięcia zasilającego .(w dużym stopniu) możemy uzyskać w układach impulsowych przykładem takiego układu jest układ firmy Macroblos o oznaczeniu MBI6651. MBI6651 umożliwia stabilizację prądu płynącego przez diodę LED w zakresie do 1 A przy sprawności większej od 95 procent.
Oświetlenie LED dekoracyjne czy użyteczne?
Ogólna zasada podczas oświetlania różnych obiektów jest taka, że podświetlamy takim światłem jaką barwę chcemy uwydatnić, należy pamiętać że mieszanie barw nie jest równoważne mieszaniu farb i często mogą spotkać nas niespodzianki, np. zmieszanie barwy czerwonej i niebieskiej da nam fioletową ale czerwonej i zielonej... żółtą. Nie każda z kombinacji barw ładnie się prezentuje jest to jednak w dużej mierze zależne od upodobań konkretnej osoby a wiadomo o gustach się nie dyskutuje. Często do oświetlenia dekoracyjnego stosuje się taśmy oświetleniowe zasilane z napięcia 12V nadają się one jednak tylko do podświetlenia dekoracyjnego ze względu na małą sprawność i wysoką cenę lumena. Na chwilę obecną według autora diody LED nie stanowią sensownej alternatywy dla świetlówek rurowych czy kompaktowych ale dla lamp halogenowych już tak. Dobre świetlówki posiadają cenę jednego lumena przeciętnie piętnaście razy niższą niż w przypadku diod LED, i tak np. koszt 1500 lumenów w przypadku świetlówki T8 to około 13zł gdy takiej samej ilości światła z diod o bicie 130 lumenów to nieco powyżej 230zł. Po wstępnych obliczeniach widać, że takie „żarówki” nadają się na razie głównie do podświetlenia dekoracyjnego a nie oświetlenia np. miejsca pracy. Diody LED mocy doskonale sprawdzą się jednak jako zamienniki żarówek halogenowych do oświetlenia punktowego np. w kuchni i w tym wypadku jest sens je stosować. Pamiętajmy jednak by używać diod o wskaźniku oddawania barw większym niż 80 i wysokiej skuteczności świetlnej. Najbardziej neutralna temperatura barwowa światła białego to około 4000 Kelwinów (światło nie jest wtedy ani za niebieskie ani za czerwone).
Oświetlenie akwarystyczne
Oddzielną
grupę źródeł światła stanowi oświetlenie akwarystyczne jego
zadaniem jest głównie wspomaganie wzrostu roślin. Zdecydowana
większość roślin posiada zieloną barwę liści wynika to stąd,
że ze światła białego pochłaniają one najsilniej barwę
czerwoną i niebieską (światło białe zawiera wszystkie barwy
widzialne od czerwonej do fioletu). Maksimum absorpcji dwóch
najczęściej występujących barwników fotosyntetycznych chlorofili
a i b wynosi odpowiednio 430 nm i 662 nm dla chlorofilu a oraz 453 nm
i 642 nm dla chlorofilu b i głównie światło o takiej długości
fal zawierają świetlówki wspomagające wzrost roślin. Na
fotografii 4 pokazano zamocowane obok siebie świetlówki 15 W o
barwie światła białej (wskaźnik oddawania barw 80, temperatura
światła 6500 K -oznaczenie 865, strumień świetlny 1650 lumenów)
i świetlówkę wspomagającą wzrost roślin (akwarystyczną) Fluora
marki Osram o barwie zbliżonej do fioletu (strumień świetlny 400
lumenów, pozostałe parametry nie definiowane). Chcąc uzyskać
efekt świetlówki wspomagającej wzrost roślin za pomocą diod LED
konieczne jest wzbogacenie światła białego o barwę czerwoną (625
nm) i granatową (457nm). Barwę granatową można zastąpić z
gorszym skutkiem barwą niebieską (475nm). W akwariach stosuje się
zwykle następującą kombinację na cztery diody o barwie białej
zimnej stosuje się jedną diodę czerwoną i granatową (zamiennie
niebieską) oddzieloną od siebie diodami białymi (by uniknąć
efektu „dyskotekowego”). Diody czerwona i granatowa (niebieska)
słabo się wyróżniają ze względu na niską czułość widmowa
oka w tym zakresie długości fal. W przypadku diod niebieskich
uzyskuje się obecnie około 40 lm/W (20 zł sztuka) a w przypadku
diod czerwonych nieco ponad 90 lm/W (około 13 zł sztuka).
Sprawności diod są jednak porównywalne ze względu na fakt, że
czułość oka ludzkiego dla barwy niebieskiej o długości fali 475
nm jest nieco ponad 2,7 razy niższa niż dla barwy czerwonej o
długości fali 625 nm, a lumeny uwzględniają czułość widmową
oka ludzkiego. Pewna nadwyżka światła niebieskiego jest nawet
korzystna ze względu na silniejszą absorpcję światła
niebieskiego niż czerwonego przez rośliny i nieco gorsze
dopasowanie widmowe niż w przypadku świetlówki akwarystycznej i
światła czerwonego. Światło o długości 550 nm w świetlówce
Fluora mimo, że dla większości roślin jest bezużyteczne poprawia
oddawanie barwy zielonej (uwydatnia naturalny kolor roślin) i
powoduje, że akwarium nie jest takie ciemne. Oświetlić akwarium o
pojemności 25 l (40 x 25 x 25, oryginalnie oświetlenie kompakt 11
W) możemy za pomocą czterech wysokosprawnych diod białych o zimnym
świetle, jednej diody czerwonej i niebieskiej (koszt LED około
80zł). Efekt wizualny jest lepszy niż w przypadku świetlówki
kompaktowej choćby z powodu bardziej równomiernego oświetlenia
akwarium, dodatkową zaletą jest mniejsze zużycia prądu i większa
trwałość źródła światła. Oczywiście do podanych kosztów
należy dodać jeszcze koszt układu zasilającego w dużej mierze
zależy jednak on od tego co posiadamy w naszych zapasach
(transformator sieciowy).
Ten fragment jest moim postem z forum, może forma nie jest dopracowana ale pozwolę go sobie przytoczyć. Czy diody mają sens w dużym akwarium, moje zdanie jest subiektywne ale według mnie nie ma sensu żadnego ekonomicznego, jeśli zależy Ci na wzroście roślin, diody czerwone są już dość dobre dla roślin można mieć jeszcze duże zastrzeżenia dla światła granatowego (długość fali), światło białe też się nie opłaca bo wychodzi kilkanaście razy drożej z dobrych LED (i też spada w czasie eskploaatacji te 100 000 godzin to mit). Ponadto oszczędne diody LED te najlepsze 130 lm/W mają wskaźnik oddawania barw (mówiący o tym jak dobrze oddawane są kolory) równy 75 czyli nie powinny być stosowane w miejscach stałego przebywania ludzi. O wskaźniku oddawania powyżej 80 (takie można stosować gdzie stale przebywają ludzie) najlepsze z ledów mają sprawność równą świetlówkom ale cenę kilkanaście razy większą a trwałość niewiele tylko większą (przyjmijmy dwa trzy razy bez dużego błędu). Swoje zdanie wyraziłem, nic nie przebije świetlówek szczególnie T5 z dobrze dobranymi odbłyśnikami. Trzeba być tylko rozsądnym i wiedzieć że wymiana co 0,5 roku to bezsens. Trwałość źródeł światła podaje się w ten sposób, że nie jest to czas po którym średnie źródło się przepali ale czas po którym jego natężenie spadnie do 70 procent wartości początkowej. W świetlówkach oczywiście należy stosować odbłyśnik, zasilanie z przetwornicy elektronicznej, wysoko częstością (nie 50Hz), sterowanie wysoką częstością praktycznie usuwa zjawisko relaksacji a tym samym rośnie wydajność źródeł światła o około 30 procent. Chcesz poprawić jeszcze trwałość świetlówek zainwestuj w ciepły zapłon ich (odpowiednia elektronika lub przerobiona stara, ja przerabiałem, bardzo wydłuża trwałość świetlówek). Zaletą świetlówek akwarystycznych jest lepiej dobrane widmo niż w hqi i w ledach białych. Rośliny potrzebują tak naprawdę światła czerwonego (o jednej z długości fal) i dwóch rodzajów światła niebieskiego (leżących bliżej granatu niż niebieskiego). Na stacjach kosmicznych (eksperymenty z rozwojem roślin) gdzie wygląd nie jest ważny a ważna jest oszczędność każdego W nikt nie bawi się w oświetlenie światłem białym a oświetla się czerwonym i granatowym i nikt nie bawi się w dodawanie jak np. w osram fluora (to tylko przykład dotyczy też innych świetlówek) światła zielonego żeby było nie tylko coś dla roślin ale i dla oka, bez dodatku światła zielonego (oko ma w tym zakresie najwyższą czułość) świetlówka fluora praktycznie by bardzo słabo świeciła (około 4 razy słabiej niż świeci dla naszego oka bez wpływu na wzrost roślin, można pocałkować sobie po widmie jak ktoś chce policzyć) a rośliny rosły dobrze (oko jest mało czułe na czerwień a jeszcze dużo mniej na granat). Wymieniona świetlówka i tak ma strumień 4 razy mniejszy nii biała 865.! Roślina jest zielona dlatego że zabiera światło czerwone i niebieskie a nie zabiera zielonego (odbija je, jest jej niepotrzebne). Strumień świetlny podaje się w lumenach i niestety jednostka ta jest zwodnicza bo uwzględnia to co widzi ludzkie oko a nie potrzeby roślin, jeszcze większy bezsens jest podawania w W np w W na l. W lampie metalohalogenkowej (popularnie hqi) i świetlówce natężenie światła spada w czasie eksploatacji, w hqi szybciej nieco. Zaletą hqi jest inna bryła fotometryczna, lepsze skupienie (do poprawienia w świetlówkach odbłyśnikami), można sobie szaleć i upchać od diabła hqi na małej powierzchni i mieć bardzo dużą jasność na dnie akwarium (hqi mają tzw dużą luminancję czyli jasność powierzchni, dla oka to przykre, wystarczy popatrzeć sobie prosto w hqi). Wadą hqi możliwość eksplozji żarnika (obudowy fabryczne mają zabezpieczenia) i cena. Zaletą hqi a jednocześnie wadą jest bardzo duża luminancja (jasność powierzchni), hqi ma tak naprawdę sens tam gdzie trzeba uzyskać naprawdę dużo światła z małej powierzchni reflektora np. do oświetlenia stadionu, hqi da więcej światła z powierzchni. Pamiętajmy nie ma światła bez poboru mocy, nie wszystko co światło jest dobre dla roślin, np przy lamie niskoprężenej (nie wysokprążnej) sodowej najbardziej z wydajnych obecnie źródle światła (lepsze o 50% od najlepszych świetlówek i hqi), w akwarium byłoby naprawdę bardzo jasno (żółto) a rośliny ginełyby z braku światła (tylko barwa żółta, prawie światło o tylko jednej z długości fal). Pamiętajmy w akwarium światło potrzebne jest dla roślin i dla oka i te wymagania musimy łączyć, bo nie ważne tylko by ładnie rosło ale wyglądało. HQI i świetlówki mają bardzo podobną wydajność z W. W HQI jeśli mimo ktoś się ciągle upiera (według mnie całkowicie bez powodu) to trzeba brać lampę z jarznikiem ceramicznym (droższa) a nie kwarcowym ze względu na większą trwałość i brak zmiany barwy światła bardzo widocznej przy jarznikach kwarcowych po pewnym czasie eksploatacji.
Literatura: dr inż. Krzysztof Zaremba, Instrukcje do ćwiczeń z techniki świetlnej, Politechnika Białostocka http://www.staff.amu.edu.pl/~wlodgal/Chlorofil%20i%20karoten1.pdf http://members.misty.com/don/LED.html http://www.akwarium.net.pl/forum/sprzet-technika-akwarystyczna/rozklad-widma-swietlowek-stosowanych-w-akwarium/ http://www.fizyka.umk.pl/~lab2/tables/eye-sens.html karta katalogowa układu MBI6651 http://www.pkmd.pl/pl/forum/viewtopic.php?f=26&t=4440&sid=10ef94fd399a37ec4e7e63229073ed0c&start=690 |
