О применении светодиодов в качестве досветки или полного освещения рассады, растений, теплиц, оранжерей, гроубоксов и т.д. известно достаточно давно.
Во многих странах, среди которых можно выделить Канаду, США, Голландию и др. специалисты уже получили превосходные результаты и используют данную технологию экономя средства и электроэнергию.
Однако, существует ряд и негативных отзывов, которые омрачают впечатление от новой технологии.. Дело в том, что большинство фитоламп выпускается в Китае в кустарных мастерских или торговых компаниях, у которых цена соответственно гораздо привлекательнее, чем у сертифицированных фабрик, которые подбирают "правильный" спектральный состав света.
Предлагаемые на рынке подобные лампы в своей основной массе представляют собой лишь набор светодиодов красного синего и иногда иных дополнительных цветов.., которые никак не подойдут растениям. При этом сами производители даже не знают почему именно такие светодиоды устанавливают в свою продукцию.
Светодиоды
Для начала стоит определиться с тем, какие светодиоды лучше использовать.
1) Маломощные светодиоды имеют небольшой световой поток и поэтому их надо раз в 20 больше, чем мощных 1 ваттных.
Применение их актуально для подсветки небольших растений, аквариумов и создания рассеянных источников света. Для такого применения можно выбрать GR-5 5мм светодиоды растительного спектра.
Угол рассеивания - 120-140 градусов. Напряжение питания синего светодиода : 3,2-3,5 В Напряжение питания красного светодиода : 1,9-2,2 В Максимальный рабочий ток : 20 мА.
2) Мощные светодиоды:
2.1) в корпусе для поверхностного монтажа, например, 3DR-B 5630.
2.2) В корпусе типа emitter
2.3) Так же светодиоды выпускаются не только в отдельных корпусах,
но и в светодиодных модулях, индикаторах, кластерах. Все эти приборы состоят из нескольких связанных светодиодов, которые интегрируются в один общий корпус.
Далее, вся эта конструкция заливается компаундом или эпоксидной смолой.
Интегрированные светодиоды для освещения растений несколько хуже,
так как несколько мощных кристалов собираются в 1 точку, что накладывает повышенные требования к теплоотводу. Да и светильник приобретает вид точечного источника света, что тоже не лучший вариант.
Спектр светодиодов.
Для выращивания растений обычно исполюзуются светодиоды глубокого красного спектра 650-670 нм
и глубокого синего 440-450 нм.
Так же полезно добавить небольшое количество ближнего ультрафиолета из диапазона 350-400 нм. Фотографию спектра УФ светодиода не прикладываю так как его почти не видно - все таки ультрафиолет...
В итоге были выбраны 3х ваттные светодиоды в корпусе "emitter". На одну лампу 5шт красных (660 нм), 5шт синих (440-450 нм), 1 ультрафиолетовый (390-400 нм) и 1 белый спектра 6000К.
Сразу хочу предупредить 3х ваттные - это маркетинговый ход. Правильней их было бы назвать 2х ваттные, так как рабочий ток у них (700мА) всего в 2 раза больше 1 ваттных (350мА). а падение напряжения на них одинаковое.
Чтобы получить реальные 3 ватта надо кормить светодиод током 1А, а это скорее всего приведет к быстрой деградации, хотя при хорошем теплоотводе поэкспериментировать можно...
Драйвер
Для запитки светодиодов нужен специальный источник питания (драйвер тока). Самые распространенные типы светодиодов - 1 и 3 Вт. Для них существуют драйвера с током 300-350 мА (для 1 Вт светодиодов) и 600-700 мА (для 3 Вт светодиодов). Обычно для драйвера указано минимальное и максимальное количество светодиодов, которых к нему можно подключить, например "5-7х1 Вт".
Если этого нет - нужно смотреть на выходное напряжение драйвера.
Рабочее падение на конкретном светодиоде зависит от материала его p-n перехода, что и определяет цвет свечения.
Для светильника я с запасом выбрал драйвер arlight ARJ-LA48700.
Входные характеристики 100-240Vac - 0.6A, выходные 9-48Vdc 700mA.
5*2,2в + 5*3,6в + 1*3,8в+ 1*3.6в = 36.4в - в запасе остается еще 11,6в. Хватит в среднем еще на 3 светодиода.
Радиатор
Современные светодиоды преобразуют в свет 25% потребляемой мощности - остаток мощности (75%) преобразуется в тепло, которое нужно от кристалла отвести.
Иначе светодиод быстро деградирует. Оптимальная рабочая температура кристалла - около 70-80 градусов. Таким образом, температура радиатора в месте соприкосновния
со светодиодом не должна превышать 50-60 градусов при температуре окружающей среды 20-25 градусов С. Это обеспечивается вычислением необходимой для одного светодиода
площади радиатора. В среднем это около 25-30 кв.см. на 1 ватт отводимого тепла.
По теории при конвенции количество отведенного тепла зависит от коэффициента теплопередачи, площади радиатора и перепада температур т. е
Q=Kt*S*(Tr-Tv); где Kt= 5-20 Вт/кв.м*К для естественного воздушного охлаждения.
Если использовать принудительный обдув то Kt может достигать 100 Вт/кв.м*К. При жидкостном охлаждении Kt может достигать 1000 Вт/кв.м*К.
Для радиатора подойдет любой алюминиевый лист или профиль.
У меня на балконе валялся старый карниз для штор 2 куска профиля длинной 130см.
Из одного куска получилось 2 светильника. Профиль карниза довольно сложный. поперечное сечение (4,5+3+1,5+1,5+1,5) =12см.
Площадь радиатора 12*65*2= 1560кв. см. Отводимая тепловая мощность 33,6в*0,7а*0,75= 17,64вт.
На 1 ватт отводимой мощности получается 88,4 кв.см. - что очень даже неплохо и можно попытаться обойтись без активного охлаждения. У такой формы радиатора есть внутренние полости с плохими условиями для обтекания воздухом при горизонтальном расположении лампы. Без принудительного обдува температура радиатора находится около предела выключения термопредохранителя.
Монтаж светильника
Светодиод лучше крепить к радиатору через специальную плату "звезда".
На плате, есть контактные площадки, на среднюю (круглую) надо нанести очень немного термопроводящей пасты
(для лучшей теплопередачи), например, КПТ-8. При монтаже светодиод необходимо аккуратно, но сильно прижать к основанию звезды, обеспечивая выдавливание излишков теплопроводящей пасты и припаять контакты. На звезде есть маркировки "+", "-", а на светодиоде вывод катода тоже промаркирован "-" рядом с платмассовым корпусом.
Размещаем звезды в 1 линию с шагом 5см.
Последовательность светодиодов получается К С К С К УФ Б С К С К С.
Звезды прикручиваем к радиатору двумя винтами М3 с гайкой под шляпку винта кладем текстолитовую шайбу. Перед прикручиванием звезды не забываем нанести на ее нижнюю сторону тонкий слой теплопроводной пасты.
Спаиваем звезды для последовательного включения светодиодов плюс с минусом следующей звезды.
С обратной стороны радиатора устанавливаем драйвер, биметаллический термопредохранитель на 50 град цельсия и колодку для подключения питания.
Красный провод выхода драйвера подключаем на анод первого светодиода, а черный к катоду последнего. Входную цепь драйвера через термопредохранитель разводим на колодку.
Радиатор тоже подключаем на контакт "Земля" колодки.
При вводе светильника в эксплуатацию пришлось перейти к активному охлаждению.
Оказалось что периодически срабатывает термопредохранитель. По центру установил радиатор с кулером от процессора Pentium II.
Температура светильника теперь 33 град при температуре в помещении 19 град.
Кулер подключен паралельно 4 светодиодам - напряжение при таком включении около 12в.
Принципиальная схема светильника
Светильник желательно располагать, как и люминесцентный, в 15 - 20 см от листьев растений. Неплохо оснастить его отражателем, чтобы направить весь световой поток на растения. Так как светодиоды излучают 120 градусным сферическим сектором, то без отражателя КПД светильника сильно упадет.
Есть и другой путь - применение дополнительной оптики. Сейчас выпускается много всевозможных линз для мощных светодиодов изменяющих угол излучения от 120 до 5 град.
При стандартном угле излучения мы получаем следующие характеристики для 3-х ваттного диода:
Если применим 60 градусную линзу
 
То получим:
а если применим 30 градусную линзу
 
То получим:
Естественно расстояние между светодиодами при уменьшенном угле излучения нужно выбирать, учитывая достаточный теплоотвод и обеспечение перекрытия красных и синих лучей.
В окончательном варианте светильника были установлены 30 градусные линзы на все красные и синие светодиоды. Белый и УФ светодиоды остались без дополнительных линз.
Вот так это выглядит в работе:
После первой зимы эксплуатации выяснилось, что встроенные линзы УФ диодов со временем темнеют и их со временем необходимо заменять.
| 
