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High-Brightness LED wachsen-Licht

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High-Brightness LED wachsen-Licht

Hinweis: Diese Projektseite hat sich in eine Designdiskussion verwandelt. (Konstruktive Vorschläge und Zusammenarbeit sind nach wie vor willkommen.
** Es gibt hier keine empfohlenen Baupläne. **
Stattdessen empfehle ich einkaufen für ein gutes Angebot auf Standard White LED-Glühbirnen. Versuchen Sie bitte, sie als wachsen-Lichter zu verwenden, und lassen Sie uns alle wissen, wie es geht. Meine Berechnungen schlagen vor, daß sie ökonomisch sein sollten, energieeffizient und für Pflanzen groß sind.

Nach vielen Stunden der Forschung habe ich festgestellt, dass es keinen Sinn macht, DIY-Lichter zu bauen, und ich kann es nicht ehrlich empfehlen. Dies liegt zum Teil daran, dass es technisch schwierig (und macht es einfacher macht es teurer), sondern vor allem, weil kommerzielle Produkte sind viel weniger teuer und höhere Qualität am Ende.

Sie sind besser dran, ein off-the-shelf-Produkt zu kaufen. Und überraschenderweise würde ich nicht einmal empfehlen, eine rote & blaue "LED wachsen Licht", weil die beste Option zu sein scheint herkömmliche weiße LED-Leuchten! Sicherlich sind Wachsen-Lichter für wachsende Betriebe ungefähr 25% energieeffizienter, jedoch werden sie 2 bis 8mal mehr pro Maßeinheit der Energie festgesetzt. LED wachsen Lichter kosten $ 4 / Watt-electric typisch, oder fast $ 2 / Wir, wenn in China hergestellt. Weiße LED-Birnen kosten $ 1 / W Einzelhandel, und manchmal $ 0,50 / W, wenn es eine Green-Subvention Instant-Rabatt.
Weiße LEDs strahlen mehr Grünlicht aus als typische "Wachsen-Lichter", die leider von Pflanzen nicht sehr effizient genutzt werden; Jedoch zahlen für die Elektrizität zu emittieren, dass ineffiziente Grünlicht tatsächlich kostet weniger als Kauf eines wachsen-Licht, das nicht grünes Licht emittiert! Selbst wenn hypothetisch Sie sky-high höchsten Strompreisen von 0,50 $ haben / kWh und Null-Prozent-Finanzierung, wenn ich versuche, die Kosten der wachsen-Lichter zu amortisieren, Figur, die ich, dass die LEDs Burn-out, bevor genug gespart Strom erwachsen, bilden Für ihre hohen up-front Kosten.

Schritt 1: Licht-Spektrum-Anforderungen

High-Brightness LED wachsen-Licht

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Also, welche Art von Licht brauchen Pflanzen? Was ist das Beste?
Nun, in Bezug auf das Spektrum, sind die Chlorophyll-Pigmente die Haupttreiber der Photosynthese. Diese sind unter blauem Licht bei ~ 430 nm und rotes Licht bei ~ 660 nm am aktivsten. Gemäß dem US-Patent Nr. 6921182 wird die Pflanzengesundheit durch das Vorhandensein von Licht um 612 nm verbessert. Aus der nachstehenden Grafik entspricht dies dem Peak für "Phycocyanin".

Einige der allgemeinen Ansprechkurven, die ich gefunden habe, wie für "PAR" sind graphed. Auch die Spektralausgabe einiger gängiger weißer LEDs wird graphisch dargestellt. Es stellt sich heraus, dass die maximale Empfindlichkeit für Chlorophyll aus blauem Licht (bei ~ 430 nm) reiht sich fast genau mit der Spitzenleistung von einer weißen LED, so ist dies ein glücklicher Zufall ist.

Schritt 2: Lichtintensitätsanforderungen

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Angenommen, wir haben eine Pflanze mit 1 Quadratmeter Blattfläche. Der Graph zeigt, dass, wenn die Lichtintensität etwa 200 "Mikro-Mol" (umol) der absorbierten Photonen (Lichtpartikel) pro Sekunde, bewirkt dies etwa 8 umol / s CO2-Moleküle in Pflanzenmaterial umgewandelt zu werden. Dieses Verhältnis von 8/200 ergibt eine Teilchenumwandlungsrate von 4%. Mit 6-mal intensiver Licht (1200 umol / s), wird die Pflanzenwachstumsrate erhöht nur um etwa einen Faktor von 3, da (24 umol / s von CO2) wird "assimiliert".

So können wir sehen, dass Pflanzen mit mehr Licht mehr, aber nicht linear wachsen. Es gibt abnehmende Renditen. Dies legt nahe, dass für eine gegebene Menge an Lichtenergie: 1) eine längere "solar day" (wie von Kunstlicht) verbessert das Wachstum und die Effizienz, und 2) dass es besser ist diffuses Licht zu haben, das auf die Blätter gleichmässig ausleuchtet, und nicht ungleichmßig , Zum Beispiel dort, wo eine größere Lichtintensität auf den oberen Blättern und eine geringere Intensität auf den unteren Blättern (wie z. B. aus der Schattierung des Unterwuchses) herrscht.

Schritt 3: Obsolete Projekt Reminents, die von-Kratzer zu bauen war

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** Was folgt, ist eine alte Diskussion über ein Build-from-Scratch-Konzept, das ich jetzt für veraltet halte ... hier nur als Referenz. aufrechtzuerhalten.
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Schritt 4: Schaltplan

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Verwenden Sie für die Stromversorgung eine mit einer etwas höheren Spannung. Ich wählte 12v, weil es zu den häufigsten "Brick" Spannung scheint.
So können Sie mehr LEDs in Serie schalten. Sie können immer garantieren, dass alle LEDs in einem gegebenen "String" (oder Zweig der Schaltung) den gleichen Strom tragen, was die Sache vereinfacht. Auch weniger Saiten bedeutet weniger Widerstände. Dies reduziert die Anzahl der Teile, etc., und das ganze System ist wahrscheinlich effizienter, produzieren weniger Wärme, nicht überhitzen Ihre Pflanzen, und halten Sie Ihre elektrische Rechnung unten.

Starten Sie den Schaltungsentwurf durch beliebiges Hinzufügen von LEDs zu einem String. Addieren Sie die Spannung aller LEDs in einem gegebenen String und passen Sie die Anzahl der LEDs pro String so nahe wie möglich an die Versorgungsspannung an, ohne sie zu überschreiten. Dazu hilft es, LED-Farben in der Zeichenkette zu mischen und anzupassen, da jede Farbe eine andere Spannung hat.

Das Hauptanliegen ist, dass Sie die aktuelle Nennleistung der LED nicht überschreiten.
Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Widerstandswert "R" in Einheiten von "Ohm", die Sie verwenden sollten, durch diese Gleichung gegeben ist:
R = (Vs - V_LEDs) / I_LED

Wenn Vs die Versorgungsspannung ist,
V_LEDs ist die Summe der LED-Spannungen im String und
I_LED ist der Strom in Amps, für die die LEDs ausgelegt sind

Wenn V_LED nur etwas kleiner als Vs ist, dann benötigen Sie nur einen sehr niedrigen Wert Widerstand, wie 1 Ohm oder weniger, unter der Annahme einer 1 Ampere-String. Sie sollten nicht mehr als ein Volt oder zwei über den Widerstand fallen lassen. Wenn Sie über 2,2 Volt fallen, warum nicht nur eine andere LED statt?

Berechnen Sie einfach die richtige Widerstandswert für jede Zeichenfolge, und nachdem Sie die Schaltung gebaut haben, können Sie den Strom durch jede Zeichenfolge mit einem Amperemeter zu messen, um sicherzustellen, dass der Strom nicht mehr als die Spezifikationen der LED, vor allem, wenn es am höchsten betrieben wird Temperatur. Sie können den Strom auch berechnen, indem Sie die Spannung über dem Widerstand messen und durch den Widerstand dividieren. (Wiederum Ohmsches Gesetz).

Die folgende Abbildung zeigt ein einfaches schematisches Beispiel. 12 Volt Spg.Versorgungsteile sind sehr allgemein und Sie sollten in der Lage sein, ein Extra zu finden, das herum liegend ist, das Sie für dieses zurückbringen können, oder Sie ein von Ihrem Liebling überschüssigen Verteiler erwerben können, zB allelectronics.com. In diesem Beispiel sollte es eine Kapazität von 2 Ampere oder mehr haben, oder was auch immer die Summe des Stroms in jedem String ist.

Die Widerstandswerte müssen eventuell angepasst werden, um den Strom in jedem Zweig auf 1 Ampere zu begrenzen, insbesondere bei einem negativen Temperaturkoeffizienten der LED, der bis zu -4 mV / Grad C betragen kann (siehe "Datenblatt" pdf für das Gerät) ). Ich bin auch in der Verwendung von Kupfer-Leiterplatten-Widerstände (oder "wirewound Widerstände"), vor allem, weil Kupfer hat einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands (ca. + 0,4% / deg.C), die dazu beitragen, regeln Strom durch die LEDs. Bisher sieht der Ansatz vielversprechend aus. Auch in der Theorie ist diese Art von Widerstand frei (oder unter $ 1), einfach (zugänglich für DIY) und High-Power, die ideal für unsere Design-Ziele ist. In der Theorie, wenn die LED und Kupfer-Widerstand sind fest mit dem gleichen Kühlkörper verbunden, und so sind im Wesentlichen die gleiche "Fall Temperatur" (wenn auch nicht unbedingt die gleiche "Junction-Temperatur", aber ich werde glänzen, dass für jetzt), dann Können wir berechnen, welchen minimalen Widerstandswert wir benötigen, damit der gesamte Temperaturkoeffizient über Null liegt, so dass das Risiko eines "thermischen Durchbruchs", der eine oder mehrere LEDs beschädigen oder zerstören könnte, geringer ist. Für eine 1 A-LED wären wir wünschenswert, dass mindestens ein Volt-Abfall über dem Widerstand stattfindet, so dass nach dem Ohmschen Gesetz der Widerstand von + 0,4% / deg. C +4 mV / Grad C erreichen würde -4 mV / deg. Auch nach dem Ohmschen Gesetz, um 1 Volt Drop bei 1 Amp zu erhalten, benötigt man einen 1 Ohm Widerstand. Dieser Teil kann für weniger als einen Dollar gekauft werden, oder können hergestellt werden, zum Beispiel mit 2.5 'von 36 # Draht oder 4' oder 34 Draht # usw. (Table_of Drahtgrößen )

Schritt 5: LED-Auswahl, Stückliste

Verwenden Sie High-Brightness-LEDs, die mindestens 700mA bis 1 Ampere Strom oder mehr verarbeiten können, weil sie viel mehr Licht für das Geld ausgeben.

Die gebräuchlichste rote LED besteht aus GaAs und hat eine Wellenlänge von 625 nm. Dies ist nicht schlecht, aber es ist nicht ideal für Pflanzen. Eine "super-rote" oder "tiefrote" LED, die eine Wellenlänge von 660 nm emittiert, ist besser (FYI wird neben dem "GaAs" das LED-Material "Al" oder "P" haben) Und kann ein wenig mehr kosten, aber in der Theorie sind sie die Mühe wert, um zu erhalten.Bestellung von einer Website wie digikey.com oder mouser.com oder sogar superbrightleds.com, wo sie tatsächlich Liste der Wellenlänge und andere nützliche Spezifikationen.

Für meine LED - Auswahl, benutzte ich ein Digikey (oder Mouser) "parametrisch" suchen die Liste an die 2 oder 3 Wellenlängenbereichen zu verengen-down , die für den Anbau geeigneter Pflanzen in Betracht gezogen werden, und verwendet dann eine Tabelle an jene , weiter zu verengen Mit der größten Strahlungsleistung pro Dollar, obwohl dies nicht notwendig ist, zumal LED-Kosten erheblich gesunken sind.

Ein Problem, das ich gefunden habe, ist, dass einige LED-Geräte ein besserer Wert zu sein scheinen, aber wenn sie winzig sind, oder "fine-pitch" Geräte (Pins sehr nahe beieinander) oder Nicht-Standard-Komponenten-Pakete, dann werden sie nicht einfach sein Ohne dass eine (Aluminium-) Metall-Kern-Leiterplatte (MCPCB) verwendet wird. Diese können heikel sein, um Quelle und sind zu teuer für die hobbyiest DIY Ein-offs. Es kann auch ziemlich schwierig sein, die LED auf einer solchen Leiterplatte, insbesondere unter Verwendung nur eines Lötkolbens, richtig zu löten. Vorheizen auf eine heiße Platte oder kleinen Ofen kann helfen, aber auch noch. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich einfacher, LEDs zu kaufen, die nach Möglichkeit auf einer Platine vorkonfektioniert werden.

Schritt 6: Leiterplatte (Leiterplatte)

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Das Bild zeigt ein Beispiel des Leiterplattenlayouts für elektrische Anschlüsse und Kühlkörperanforderungen für ein LED-Array. Hier ist die LED ein Cree XLamp-Komponentenpaket. Es gibt einen Vorteil für die Konfiguration auf der linken Seite, wo die Wärmesenke ein einziges kontinuierliches Stück sein kann. Wenn man für einen Moment die verrückte Möglichkeit eines "Build-from-Scratch" betrachtet, dann könnte dieser einzelne Kühlkörper sogar ein Stück Aluminiumblech sein, vorausgesetzt, es gab einen guten Weg, die Teile mechanisch zusammenzubauen und zu befestigen. Ich habe nicht eine gute Weise, dies zu tun in meinem Keller, so für jetzt die Industrie-Standard-MCPCB wird bevorzugt, weil es die Drähte und Wärmeübertragung in einer festen mechanischen Montage behandelt.

Wenn Sie LEDs kaufen, die auf Leiterplatten vorkonfektioniert sind, sind keine zusätzlichen Leiterplatten und oberflächenmontiertes Löten erforderlich. Das ist viel einfacher für DIY.

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In einem älteren Entwurf wurde das PCB - Layout mit Freeware aus gestartet ExpressPCB
Um die Teile zu sparen, kann es helfen, das Design zu "verkleinern". In diesem Fall konnten 12 Growlampen aus einer einzigen Bestellung von 51 US-Dollar (zzgl. Versand und Depanelisierung) hergestellt werden, wodurch die Kosten der Leiterplatte auf etwa 5 US-Dollar pro Wuchslampe gehalten wurden.

Schritt 7: Kühlkörper für LEDs

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Hier kann ein Hochtemperatur-Kleber oder eine Wärmesenken-Verbindung hinzugefügt werden, um den MCPCB (oder LED-Wärmeverteiler) thermisch mit einem überschüssigen CPU-Kühler zu verbinden, der eine gerippte Wärmesenke aufweist. Wahlweise kann ein angeschlossenes Gebläse verwendet werden, wenn Sie viele hohe Leistung LED haben und Sie versuchen, einen kleinen Kühlkörper zu verwenden, oder wenn Sie die LEDs und / oder umgebende Luft so cool wie möglich halten möchten. Achten Sie darauf, die LED-Betriebstemperatur innerhalb der Spezifikation zu halten, da ihre Lichtleistung und die Lebensdauer des Geräts deutlich reduziert werden können. Sie können im Internet nach Informationen über die Dimensionierung Wärmesenken für Ihre Anwendung suchen.

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Die folgenden Informationen halte ich für dieses Projekt für veraltet, da es einfacher und zuverlässiger ist, eine LED zu kaufen, die auf einer Metall-Core-Platine vormontiert ist.
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(OBSOLET)

Jetzt als Disclaimer, ist dieses Konzept wirklich "Ghetto". Aber wenn Sie auf einer einsamen Insel sind und nicht über ein MCPCB verfügen, können Sie dies berücksichtigen.
Else, eBay scheut diese ..

Für den LED-Kühlkörper könnte ein kurzes Stück aus massivem Kupferdraht des Typs # 12 AWG (wie im "Romex" -Kabel des Typs, der für die Verdrahtung einer Steckdose verwendet wird) verwendet werden, um ein massives Kupferdurchgangsloch zu bilden. Schneiden Sie ein sehr kurzes Stück Draht und Form dieses, bis seine Länge die Dicke der Leiterplatte, ca. 0,062 "ist.Eines dieser Stücke können in eine große Durchkontaktierung in der Platine unter jeder LED eingesetzt werden.Dies führt Wärme von der LED An den Kühlkörper auf der anderen Seite der Platine.Dies wird die LEDs viel kühler als ein Lötmittel gefüllt halten, und so wird eine höhere Lichtausbeute, höhere Wirksamkeit und längere Lebensdauer der Lampe.

Die Kupferlöcher müssen vermutlich zur gleichen Zeit wie die LEDs reflowlötet werden, so dass alle Hohlräume mit Lot gefüllt sind. (Wenn diese Art der Montage aus irgendeinem Grund nicht möglich ist, wird diese thermische Konstruktion wahrscheinlich nicht sehr gut funktionieren, und alternative Konstruktionen müssen berücksichtigt werden, siehe unten **).

Die Unterseite (oder die "Lotseite") der Leiterplatte hat ein Kupferpolster um das Kupfer, um als Wärmeverteiler zu wirken. Als einfache Faustregel wird der Wärmeverteiler bis zu einer Länge von etwa dem Hundertfachen seiner Dicke effizient sein. Expresspcb.com Platten bis zu einer Dicke von 0,0017 ", so grob gesprochen, wird der Wärmeverteiler wirksam bis zu einem Radius von etwa 0,17"

** Wenn die oben genannte Konstruktion nicht funktioniert, wäre eine Option für eine alternative Konstruktion, den Wärmespreizer und die Wärmesenke auf die gleiche Seite der Leiterplatte wie die LED (die "Bauteilseite") zu legen. Eine Idee wäre, die Wärmesenke mit dem Reflektor zu kombinieren, indem sie aus Aluminium besteht.

Schritt 8: Leuchten / Lampenfassung / Lampenoptik

Die preiswerten LEDs, die üblicherweise verfügbar sind, neigen dazu, Licht über einen sehr weiten Winkel zu emittieren, zum Beispiel einen Winkel von 120 Grad. Um dieses Licht zu benutzen, hilft es, eine reflektierende Lampenbefestigung oder reflektierende Wände in der Nähe der Anlage zu haben. Dafür gibt es viele Möglichkeiten. Meine Lieblingsoption hierfür ist der im vorherigen Abschnitt erwähnte Aluminiumreflektor.

Alternativ können Sie bereits eine reflektierende Leuchtenbefestigung haben, die Sie für dieses Projekt wieder verwenden können. Sie können einige glänzende Aluminium blinken, oder Aluminium-Mylar, oder ein helles Material von irgendeiner Art, mit denen ein Reflektor machen. Stellen Sie sicher, es ist nicht brennbar, und verwenden Sie viel elektrische Isolierung und Abdichtung, wo nötig, um die Elektronik trocken zu halten.

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