Oświetlenie LED

Co można powiedzieć o diodach LED i cieple?

Wszystkie urządzenia elektryczne wytwarzają ciepło, a diody LED nie są wyjątkiem. Jedną z trudności związanych ze stworzeniem pierwszej wysokiej mocy diody było powstrzymanie chipa od stopnienia z gorąca! Cała energia zużywana przez diody LED jest przekształcona na światło albo ciepło. Im bardziej efektywne LED, tym większa ilość światła wytwarzanego przez nie i mniejsza ilość ciepła.

Na przykład wysokiej jakości niebieskie lub białe diody LED, które zużywają około 2,4 watów i konwertują 50 procent wejścia w światło, produkują około 1,2 watów ciepła. To może nie brzmi dużo. Ale dioda jest skoncentrowana na bardzo cienkim układzie (1mm x 1mm). Jeśli chip miałby 30mm x 30mm, generowałby on ponad 1000 watów ciepła! Dioda LED niskiej jakości, które konwertuje tylko 20 procent energii elektrycznej na światło, generuje około 1,92 watów ciepła.

Ciepło musi być usunięte lub chip będzie przegrzewać się i psuć. Im chłodniejsza dioda, tym bardziej efektywnie będzie działać (wytwarzając więcej światła) i tym dłużej będzie działać. Nadajnik (chip LED) na LEDach z wyższej półki jest zamontowany na podłożu ze specjalnego materiału ceramicznego przewodzącego ciepło. Tańsze diody używają małego kawałka metalu znanego jako "ślimak".

Następnie LED zostaje przylutowana do specjalnej płytki drukowanej, która jest przeznaczona do przenoszenia ciepła. Rdzeń metalowy płytki drukowanej (MCPCB) jest wykonany z warstwy aluminium, pokrytej cienką warstwą materiału, który dobrze przewodzi ciepło, ale nie przewodzi prądu elektrycznego. Jest to warstwa dielektryczna. Im wyższy jest współczynnik przewodzenia ciepła (mierzony w watach na kelwiny [W/K]), tym lepiej.

Niedrogie płytki mają przewodność około 0,5W/K, lepszej jakości posiadają rating 1W/K, a najwyższej jakości na poziomie 2,2W/K. Nieco miedzi jest umieszczanej na wierzchu warstwy dielektrycznej do przewodzenia prądu i dostarczenia punktów lutowniczych do zamontowania diody i warstwy ochronnej. Te obwody są często montowane na radiatorze, który może mieć wentylator.

Niektóre światła mają diody LED zamontowane na tradycyjnych płytkach z tworzywa sztucznego, aby zaoszczędzić pieniądze. Te plastikowe płytki niezbyt dobrze przewodzą ciepło i sprawiają, że diody przegrzewają się i bardzo szybko ulegają awarii.

Moc LEDów

Jest dużo zamieszania wokół kwestii mocy LED. Diody LED są oceniane w watach. Jednakże ta ocena nie opisuje rzeczywistego poboru mocy diod w watach. Ocena mocy diod LED (1, 3, 5, 10 watów itd.) jest w rzeczywistości oceną klasy lub rodziny i nie ma żadnego realnego odniesienia do rzeczywistej mocy pobieranej przez diody LED.

Diody LED 1-watowe działają przy 350 mA

Diody LED 3-watowe działają przy 700 mA

Diody LED 5-watowe działają przy 1000 mA

Diody LED 10-watowe działają przy 1500 mA

Uwaga: Większe diody wymagają wyższego napięcia i są mniej wydajne.

"Klasyfikacja w watach" została ustawiona pod standaryzację zasilaczy i po to, aby diody od różnych producentów mogły być łączone w tym samym urządzeniu. Standardy były przeznaczone tylko dla białych i niebieskich diod LED. Nazwa każdej oceny (klasy) była dość dokładna - i tak dioda 3-watowa zużywała około 3 watów. Ale od tego czasu sprawność diod wzrosła dramatycznie, a napięcie wymagane do skierowania LEDów do ​​700 mA spadło.

Dziś przeciętna 3-watowa biała lub niebieska dioda LED zużywa około 2,4 watów. Różne kolory diody w tej samej klasie zużywają różne ilości energii, ponieważ różne kolory wymagają użycia różnych materiałów i różnych napięć. Moc jest obliczana przez Prawo Ohma. Formuła brzmi: waty = volty × ampery (W = V x A). Oto rzeczywisty pobór mocy przez 3-watową klasę diod o różnych kolorach. Czerwony/ hiper-czerwony - 2,4V, rzeczywista moc przy 700mA wynosi 2,4V x 0,7watów = 1,68 watów. Niebieski/ królewski błękit/ biały - 3,4 V, rzeczywista moc w watach przy 700mA wynosi 3,4V x 0,7watów = 2,38watów.

Jasność

Gdy diody są "sprzężone" lub zgrupowane razem, mogą produkować wystarczająco dużo światła do uprawy marihuany medycznej. Urządzenie LED musi być umieszczone na 12 cali (30,5 cm) lub mniej od roślin, aby być skutecznym źródłem światła dla uprawy konopi. W zależności od producenta nowoczesne diody LED wytwarzają od 40 do 70 lumenów na wat (lm/W). Nowe i eksperymentalne LEDy wytwarzają ponad 200 lm/W.

Począwszy od 2014 roku Cree Incorporated sprzedaje diody LED, które produkują 152 lm/W. Ale, jak zobaczysz poniżej, stosunek lumenów do watów to tylko część całej historii. Jasność diod oceniono na dwa sposoby w zależności od długości fali. Diody między 640nm a 460nm są oceniane w lumenach. Diody LED o długościach fal dłuższych niż 640nm lub krótszych niż 460nm są oceniane przez ich moc promieniowania (strumienia promieniowania) w mW (miliwaty). Lumeny nie są dobrym systemem do pomiaru wyjścia LED.

Nie jest to układ liniowy, co oznacza, że ​​nie mierzy on wszystkich długości fal/kolorów jednakowo. Został on opracowany jako miara dla światła widzialnego i mierzy widoczną jasność, jak jasne jest światło dla ludzkiego oka. Lumeny zostały opracowane, aby ocenić źródła światła białego, a nie zmierzyć monochromatyczne źródła światła LED. Ponadto ludzka reakcja oka na światło jest bardzo nierówna. Kolory w centrum zakresu widzialnego, takie jak zielony, zdają się być znacznie jaśniejsze niż równie jasny czerwony lub niebieski. Lumeny można stosować wyłącznie do porównania źródeł światła (LED) o dokładnie tej samej długości fali. To wyjaśnia, dlaczego niektóre diody o długości fali 660nm hiper, w pobliżu skrajnych wartości dla ludzkiego wzroku, są często oceniane jako "o dominującej długości fali 640nm".

Widmo

Uwaga: Widmo każdej diody może również dyktować jasność i moc światła. Diody LED są monochromatyczne, w przeciwieństwie do zwykłych świetlówek itp. diody wytwarzają jeden kolor w wąskim zakresie długości fal. Białe diody LED są rzeczywiście niebieskie, a czasem ultrafioletowe. Niektóre diody mają powłokę fosforową, która absorbuje światło niebieskie i ponownie emituje je na dłuższych falach. Powłoka fosforowa zawiera mieszankę różnych luminoforów,

Większość świateł LED do uprawy składa się z diod LED o następujących długościach fal:

hiper czerwona 660 nm

czerwona 630 nm

niebieska 470 nm

błękit królewski 450 nm

Mogą również obejmować niektóre z następujących:

dalekiej czerwieni 740 nm

pomarańczowa (bursztyn) 617 nm

żółta 590 nm

zielona 530 nm

ultrafioletowa UV (technicznie w pobliżu UV) 390 nm

z których każdy emituje inny kolor i razem tworzą białe światło. Właściwa mieszanka kolorów powoduje wystąpienie różnych temperatur - to tworzy światło białe. Więcej czerwonego i mniej niebieskiego tworzy cieplejszą biel. Więcej niebieskiego i mniej czerwonego daje chłodniejszą biel.

Uwaga: Ludzkie oko postrzega chłodną biel jako jaśniejszą niż cieplejszą biel. To dlatego ma ona wyższe oceny w lumenach, mimo że diody mogą faktycznie nie produkować więcej fotonów.

Białe światło jest podzielone na kategorie wg temperatury barwowej. Jest to temperatura „ciała czarnego" (obiektu, który nie odbija żadnego światła), które zostało podgrzane aż do chwili, gdy światło, które wydziela, pasuje do odcienia źródła światła białego. Temperatura barwowa światła białego jest równa temperaturze w stopniach Kelvina na powierzchni świecącego ciała czarnego.

Lampy LED do uprawy korzystają z dostępności diod o różnych długościach fal, aby tworzyć tylko światło o długości fali, które roślina może wykorzystać najbardziej efektywnie. Innymi słowy, długość fali dopasowano do wartości szczytowych absorpcji przy fotosyntezie roślin.

Technologia LED pozwala producentom dosłownie przebierać w widmie do produkcji niezwykle wysoko ocenianych w PAR lamp. Samo to czyni je bardziej efektywnymi w przeliczeniu na waty.

Żarówki i świetlówki LED

Szeroki wachlarz diod może być zapakowany w większą żarówkę, która pasuje do domowej sieci. Takie żarówki kosztują od 15$ do 30$ i na ogół nie są wystarczająco jasne, aby dobrze oświetlić rośliny. Są one oceniane jako alternatywa dla tradycyjnej żarówki. Na przykład żarówka LED 15,5-watowa zastępuje żarówki 75-watowe.

Świetlówki LED są o kształcie zwyczajnych T12, T8 i T5, ale rurki wypełnione są diodami LED. Ponad 200 diod może zmieścić się na 4 stopach (121,9cm) rurki T12. Ale nie wszystkie diody są sobie równe. Rurki z LED są wypełnione małymi diodami LED. Energooszczędna 22-watowa świetlówka T8 LED długa na 4 stopy produkuje 1248 lumenów. Nie pasuje do istniejących opraw T8. Lampy bez migotania mają żywotność ponad 50.000 godzin.

Czerwone rurki T8 mają 660 nm i zawierają 288 LEDowych żarówek. Widma można również podzielić na niebieskie i białe z podziałem 50/50 diod LED o długości fali 420nm/5500 K, które zawierają 144 czerwonych i 144 białych diod LED. Niektóre urządzenia pozwalają na mieszanie lamp LED z świetlówkami T8 w celu poprawy spektrum. Rurki z LED pozostają chłodne i mogą być umieszczone w odległości kilku cali od roślin.

Oprawy LED

Zwykle różne diody są połączone w urządzeniu w celu uzyskania konkretnego widma światła. Szereg pojedynczych diod LED może być zamontowanych do pojedynczego urządzenia, które jest kwadratowe, prostokątne lub okrągłe. Lub urządzenie może zawierać długie jak T12 i T8, szklane rurki wyładowane diodami LED.

Najbardziej praktyczne oprawy umożliwiają indywidualne skupiska diod upakowanych w żarówce, która może być łatwo wymieniana. Takie oprawy sprawiają również, że uaktualnienie do diod jest niedrogie.

Lampy LED w porównaniu z HID

Możemy łatwo porównać LED i HID jeśli chodzi o moc, strumień świetlny i wartość lm/W. Jednak porównanie miliwatów na metr kwadratowy (mW/m2) i watów PAR stanowi o prawdziwej ilości światła potrzebnego do fotosyntezy. Porównując PAR watów robimy najlepsze porównanie. Jednak diody mają kilka cech, których hid-y nie posiadają. Diody LED produkują bardzo mało ciepła i mogą być umieszczone bliżej korony ogrodu, co naturalnie zapewnia roślinom więcej światła.* Światło LED jest również w stanie koncentrować się i być kierowanym przez soczewkę, która potęguje światło. Czynnik ten można porównać, kiedy patrzymy tylko na ogólną jasność urządzenia.

Istnieje również kilka szczegółów w kwestii widma, które muszą zostać rozwiązane. Oprawy LED mogą zawierać od kilku do kilkuset diod. Diody LED mogą mieć wiele różnych widm. Lampy są produkowane w celu łączenia diod LED o różnym spektrum, aby zapewnić najwyższe parametry do wzrostu roślin. Jednak miałem trudności ze znalezieniem dokładnego testu na jasność lamp LED. * Patrz "Prawo odwrotności do kwadratu" na stronie 259, wcześniej w tym rozdziale.

Koniec żywotności

Diody LED mają żywotność od 25.000 do 50.000 godzin, czasem dłużej. Nie ulegają przyciemnieniu w miarę upływu czasu. Diody LED są taką nowością dla ogrodników, że nie ma konkretnych informacji o tym, kiedy należy je wymienić.

Wiele diod LED o różnym zakresie widma jest pakowanych razem do urządzeń. Pojedyncza dioda, która zawodzi lub nie jest tak jasna jak inne, może nie wpływać na ogólną wydajność urządzenia na tyle, aby uzasadnić jego wymianę. Ogólnie rzecz biorąc, mogę polecić wymianą sprzętu, gdy ma moc od 85 do 95 procent. Nie martw się o wyrzucanie substancji niebezpiecznych w przypadku diod LED. Nie zawierają one rtęci zanieczyszczającej środowisko. Diody LED i ich oprawy mogą być poddane recyklingowi.