Budowa belki LED od A do Z cz.1


Bardzo często pojawiają się pytania w stylu ” czy dam radę zrobić belkę samemu ” albo „belka LED – co potrzebuję żeby ją zbudować”. Ten artykuł i kilka z nim powiązanych stanowić będzie całościowy „pakiet informacyjny jak to zrobić.

Belka LED wykonana samodzielnie z zakupionych materiałów to oszczędność pieniędzy. Ale zanim się na to zdecydujecie przeczytajcie poniższy tekst. Jest tu kilka pytań, które musicie zadać sobie kilka pytań:

  1. Czy dasz radę sam czy tylko zmarnujesz pieniądze – jeśli nie masz umiejętności i masz problem ze znalezieniem plusa w baterii może lepiej aby ktoś zrobił to za Ciebie. Oszczędzisz czas, nerwy oraz pieniądze.
  2. Sposób montażu belki (od tego zależy wybór rodzaju profili do jej budowy):
    • Pod obudową (belka powinna być dobrze zabezpieczona przed wodą – wilgoć i prąd to nie jest dobre połączenie),
    • Na akwarium zamocowana na nóżkach – lepsze rozwiązanie niż w punkcie pierwszym – nie zbiera się tak wilgoć. Dzięki temu mamy większą możliwość wyboru materiałów, dodatkowo belka może mieć większe rozmiary (obudowa mocno je ogranicza),
    • Wisząca nad akwarium – chyba najlepsze możliwe rozwiązanie. Oświetlenie nie będzie tak narażone na działanie wilgoci a co za tym idzie nie trzeba uszczelniać obudowy.
  3. Wielkość akwarium – jeden z najbardziej istotnych parametrów – im niższe i dłuższe tym więcej diod możemy włożyć na profil – im krótsze tym musimy dać więcej profili (lub też szersze).  Dodatkowo wysokie zbiorniki wymagają dodatkowego doświetlenia ze względu na straty powodowane odbiciem światła na tafli wody oraz tłumieniem go przez samą wodę (o tym poniżej).
  4. Jak wymagające rośliny chcemy hodować – od tego zależy moc belki którą chcemy użyć. Według naszych doświadczeń można przyjąć takie ogólne „normy” które sprawdzą się w większości zbiorników:
    • 0-0,1W/litr – czarne wody
    • 0,2W/litr – słabo oświetlone akwarium dla mało wymagających roślin rogatek, moczarka, mikrozoria itp),
    • 0,3W/litr – standardowa moc oświetlenia wystarczająca dla większości zbiorników.
    • 0,4W/litr – mocne oświetlenie dla bardzo wymagających roślin (trawniki itp).
    • posiadając wysoki zbiornik (powyżej 50cm ) albo wieszając dość wysoko oświetlenie warto doliczyć około 0,1W / litr – uwzględni to straty związane z odległością od dna akwarium.
  5. Jakie ryby chcemy mieć w akwarium – pamiętajcie, że nie każde ryby lubią mocne światło – niektóre wolą mocno przytłumione – wtedy trzeba pamiętać o wyborze roślin pod taką obsadę a co za tym idzie moc oświetlenia.
  6. Wybór sterowania czyli jak będziemy uruchamiać naszą lampę – aktualnie na rynku dostępne jest co najmniej kilka rozwiązań jeśli chodzi o sposób zasilania power ledów:
    • Zwykły driver (zasilany z napięcia sieciowego) – pozwala na podłączenie od X do Y diod (np 8-24) co oznacza że jeśli ilość diod w szeregu będzie się mieściła w ilości podanej w opisie – diody będą świeciły tak samo dobrze w każdym wypadku. Nie ma różnicy jeśli chodzi o ilości ani o kolory podpiętych diod. Sterowanie w tym przypadku możliwe jest tylko przy użyciu przycisku włącz / wyłącz lub czasowego programatora (cena to około 10-30zł)
    • Driver z wejściem PWM (ang. Pulse – Width Modulation) – Jest to driver, który podpinamy pod zasilacz (np 12 lub 24V). Posiada on możliwość sterowania jasnością za pomocą potencjometru (ręcznie) lub też za pomocą mikrokontrolera Arduino (automatycznie ściemnianie i rozjaśnianie).
  7. Wygląd belki – uzależniony jest od kilku czynników (między innymi opisanych powyżej)
    • profil aluminiowy (Belka LED) o szerokości 3,2cm – idealnie nadaje się do długich zbiorników i zwykłych driverów, Jeden szereg podpięty pod driver – szybkie i łatwe rozwiązanie
    • profil o szerokości 10cm – dobre rozwiązanie jako belka wisząca nad akwarium – idealny pod driver PWM i zasilacz 12V. Daje możliwość łatwego zrobienia szeregów oraz podpięcia belki pod Arduino. Do minusów tego rozwiązania należy na pewno problem z estetycznym uszczelnieniem profilu oraz potrzeba dołożenia ceowników aluminiowych.
    • profil o szerokości 16cm (Belka LED 160mm) – idealne rozwiązanie pod pokrywę – dzięki dostępnym zaślepkom oraz wgłębieniu na ochronną płytę plexi (możliwość jej wklejenia) można uzyskać prawie całkowitą wodoszczelność. Rozwiązanie dobre zarówno dla zwykłego drivera (brak potrzeby przeciągania długich kabli) jak i dla użycia drivera PWM (4 diody w szeregu) przy zastosowaniu zasilacza 15-17V oraz Arduino
    • płyta aluminiowa (amelinium 🙂 )- to rozwiązanie w pełni „customowe”, które można dopasować do dowolnego montażu i dowolnej wielkości zbiornika. Dzięki takiemu rozwiązaniu każda wielkość akwarium będzie miała możliwość dopasowania do niego dowolnej wielkości płyty. Optymalna szerokość takiej płyty to 30-40cm. Dzięki temu stosują zasilacz 24V i driver PWM można zrobić 6 diod w szeregu i około 16 szeregów połączonych równolegle. Daje więc to moc 96W (przy jednym zasilaczu i 1 driverze i minimalnym wymiarze płyty 90x30cm). Przykład takiej belki (tu akurat zasilonej zwykłym driverem)
  8. Wybór kolorów diod – jest tu dość istotna rzecz, na którą należy zwrócić uwagę. Większość diod (skupiam się na diodach 1W) potrzebuje około 3-3,5V (według różnych specyfikacji – uśredniając 3,3V). Natomiast kilka kolorów diod pracuje na napięciu około 2,3V (uśrednione). Mówię u o diodach czerwonych gdyż głównie one są używane do celów akwarystycznych.
    • W przypadku zasilania diod zwykłym driverem :
      • Jeden szereg diod – kolory nie mają znaczenie – trzeba pilnować ilości diod i wartości podanych na driverze
      • kilka szeregów diod na jednym driverze – najlepiej rozłożyć diody po równo na każdym z rzędów. Jeśli na jednym szeregu mamy np. dwie czerwone diody (po 2,3V) i jedną niebieską (3,3V), to całą reszta tak samo powinna wyglądać (czyli dwie diody pracujące na napiciu 2,3V i jedna na pracująca na napięciu 3,3V – zapobiegnie to nierównomiernemu świeceniu poszczególnych szeregów. Oczywiście jeśli robimy np. dwa szeregi po 20 diod to różnica 1V będzie praktycznie niezauważalna. Problemy pojawiają się podczas pracy z krótkimi szeregami (2-6 diod) – wtedy 1V stanowi różnicę, która będzie widoczna.
    • Jeśli chcemy użyć drivera PWM – robimy podobnie jak w przypadku zwykłych driverów i kilku szeregów. Najlepszym rozwiązaniem jest jednakowa ilość diod i rodzaje diod w szeregach. W przypadku tych driverów najłatwiej użyć diody Full Spectrum
  9. Układ diod – w większości przypadków akwaryści starają się tak ustawiać oświetlenie w akwarium, żeby było one równomiernie oświetlone. Można sobie jednak wyobrazić sytuację, że ktoś kto ma akwarium powiedzmy o wymiarze 200x30x30. Taki zbiornik można podzielić akwarium na strefy – jasną i ciemną. Można w jednej części diody ułożyć dość gęsto (oczywiście z umiarem) a w drugiej dość mocno rozłożone – zrobi to ciekawy kontrast oświetlenia. Dodatkowo warto pamiętać, że zawsze możemy dołożyć w jakimś miejscu soczewkę skupiającą, żeby podświetlić jedno lub kilka charakterystycznych miejsc.
  10. Ilość diod na belce – jest ściśle powiązana z większością punktów, które były wymienione powyżej. Należy pamiętać o tym, iż Power ledy bardzo się grzeją i należy zapewnić im odpowiednią ilość  wolnej przestrzeni. Z moich doświadczeń wychodzi że 30cm (prostokąt 5x6cm) kwadratowych powierzchni górnej belki na 1 diodę jest wystarczające dla diod 1W i obciążeniu do 300mA. Oczywiście jest to liczone dla płaskich profili aluminiowych (o grubości około 3mm). Natomiast w przypadku radiatorów lub chłodzenia aktywnego ilość diod znacząco się zwiększa. Jeśli belka LED jest tak ciepła, że nie da się na niej utrzymać ręki wtedy należy odlutować kilka diod lub też dołożyć dodatkowe chłodzenie. Przepływ wody w rurkach, dodatkowa wentylacja skutecznie obniżą temperaturę lampy. Przykład dla profilu o długości 50cm i chłodzenia pasywnego (bez wentylatorów itp)
    – wide (3,2cm szerokości)  – około 5-6W
    – 10cm szerokości – około 18W
    – 16cm szerokości – około 28W
    – radiator o szerokości 16,5cm, 17 żebrach o wysokości 3cm każde – około 80W
    Oczywiście wybierając odpowiedni profil od razu trzeba brać pod uwagę ilość diod, mocowanie i wiele czynników. Jedno jest powiązane z drugim i trzeba te zagadnienia rozważać niemal równolegle.

Mając już przeanalizowane wszystkie rzeczy możemy przejść do montażu belki.

Część druga – zaczynamy budowę