Diody LED, Budowa własnego panelu

[Miś]

Trochę teori na temat LED
Nowoczesne lampy LED już od liku lat wykorzystuje się do oświetlania ogrodów z medycznymi konopiami. Jest jednak na rynku tyle sprzecznych informacji na temat ich typów, wydajności i przydatności do uprawy medycznych konopi, że pora rozjaśnić nieco ten zamglony obraz.

Żarówki LED z elektronicznego punktu widzenia są półprzewodnikami, które wykorzystują energię elektryczną do produkcji światła. Ich odpowiedniki znajdziecie we wszystkich współczesnych komputerach. Nie maja one w swojej konstrukcji elementu żarnika występującego w lampach żarowych, fluorescencyjnych, czy CFL. LEDy emitują światło na innej zasadzie wydzielając przy tym znikome ilości ciepła w porównaniu do lamp zasilanych napięciem 120 – 240 V.

Strumień świetlny i wydajność żarówek LED systematycznie rośnie dzięki wprowadzaniu do produkcji, co raz to nowszych technologii. Nowsze LEDy są także wytrzymalsze na bodźce mechaniczne i awarie tym spowodowane. Żarówki, które pobierają mniej niż jeden wat energii już dziś nie stosuje się do budowy zestawów do oświetlania ogrodów. Dzisiaj stosuje się wydajniejsze LEDy 1,2,3, a nawet silniejsze żarówki spotyka się w nowoczesnych zestawach.

Zasilanie LED rozwiązuje się już nie za pomocą balastu, ale precyzyjnego zasilacza, który dostarcza prąd wysokiej jakości do żarówek, aby ich efektywność była optymalna. Zasilacz może być wyposażony w funkcję ściemniania obsługiwana przez najnowocześniejsze diody. Jasność części z nich można regulować w zakresie od 20 - 100%. Niezbędna do tego elektronika stanowi jedynie jeden z niewielkich układów scalonych przylutowanych do płytki zasilacza. Zmieniając oświetlenie w ogrodzie należy się zastanowić ile LEDów będziecie potrzebowali i być może zastanowić się nad zakupem zestawu zasilanego wspólnym zasilaczem, który jest efektywniejszy i łatwiejszy w obsłudze.

Światło w żarówkach LED tworzy się na zasadzie elektroluminescencji, której wynikiem jest wytworzenie fotonów – energii świetlnej. Największą wydajność osiągają one w bardzo określonej temperaturze. Obecnie najwydajniejsze są żarówki LED 1 W. Większe moce nie są już tak wydajne i na przykład 3 W LED jest tylko 35% bardziej jasny niż jego 1W odpowiednik.

Najlepszą jednostka do porównywania poszczególnych modeli jest ich moc – amper x volt = wat. Inne jednostki mogą być mylące i wprowadzać zamęt w głowach czytelników. Dla przykładu 3 W dioda LED zasilana prądem 350mA (mA- miliamper) wytwarza 1 W światła

Jeśli dioda pracuje w zbyt wysokiej temperaturze jej wydajność drastycznie spada. Podobnie jak dzieje się to we współczesnych kościach układów scalonych. Im bardziej są przegrzane tym mniej efektywnie pracują.

Moc paneli LED względem HPS
Nadal w sklepach internetowych można spotkać sie z twierdzeniami jakoby panel 90 w zastępował np HPS 400w.

Nie ma to żadnego pokrycia w rzeczywistości. Gpw [gram per wat/gram z wata] takiego panelu musiało by wynieść w granicach 4/5 gram - co jest dla nich zupełnie nieosiągalne ... i raczej nigdy z uwagi na "fizyczne" ograniczenia otaczającego nas świata do tej granicy nie dojdzie.

Przykład:
panel LED opisany jako 240w
-zużycie energii 210 wat. | bardzo często moc panelu podawana w opisie jest dużo większa od pobieranej przez panel - nawet o połowę - podają to również w formie zalety ;]
-możliwość uzyskania do 1.3g ? z wata pobranej energii |uwaga ->dane na podstawie sprawozdań z IC aktualne w roku 2013- nie ma żadnych dowodów aby którykolwiek z komercyjnych paneli opartych na chińskich diodach pozwalał na przekroczenie tego

Wydajność HPS 250w
-zużycie energii 290wat
-potencjalna możliwość uzyskania do 1 g z wata pobranej energii
--> w zasadzie przy HPS mówi się o 1g/wat : Przy uprawie z klonów w SOG - współczynnik ten nie uwzględnia czasu uprawy i powinno się raczej mówić o g/kwh.

Podane wyniki można osiągnąć jedynie przy bardzo wydajnych technikach uprawy, oraz mając dobre pojęcie jak się do tego zabrać. Zależy to także od odmiany która się uprawia, nie wszystkie plonują tak samo dobrze.

W przybliżeniu można zakładać, że w w chwili obecnej komercyjnie dostępne panele LED,pozwalają na uzyskanie zbliżonych plonów do HID przy 30% mniejszym zużyciu energii elektrycznej.
 
205W LED vs 400W MH
 
Dzień 1

 
Dzień 7

 
Dzień 11

 
Dzień 20

 
Dzień 27

 
Dzień 34

 
Led vs CFL

 
8xAT120's(960w) vs 3x600w hps(1800w)
http://www.youtube.com/watch?v=d76ZF1hMaPg
 

 


Budowa panelu LED

Jakie spektrum?
Jeżeli nie zamierzasz eksperymentować najprostsze spektrum to
70% RED [50% lub 70% 660nm i 50% lub 30% 620-630nm] + 15% Cool White + 15% Royal Blue 450-460nm

Jakie diody?
Jeżeli masz pieniądze i zależy ci wyłącznie na jak najlepszej wydajności jednym z rozwiązań są diody firmy cree, które można dość łatwo dostać w Polsce (na przykład tu http://www.maritex.com.pl/pl/shop/products/ggid/17091). Jedne z najlepszych diod do zastosowania przy budowie panelu to serie XP-E RED, XP-G Cool White i XT-E Royal Blue. Pamiętaj o tym, że każdy kolor diody ma kilka binów. Wyższe biny mają wyższą wydajność. Wszystko o binach i ich wydajności możemy znaleźć w tak
zwanych "data sheets". Każda grupa diod, tak jak XP-E, XP-G, XT-E, ma własny data sheet z którego można się dowiedzieć o ilości binów, ich nazwach, wydajności poszczególnego binu oraz wielu innych ciekawych rzeczy jak spadki napięcia, spadki wydajności przy poszczególnych temperaturach i budowa oraz rozmiar diody. Wszystkie data sheet do diod cree możesz znaleść tutaj: http://www.cree.com/products/xlamp.asp (z menu po lewej stronie wystarczy wybrać serię, po otwarciu podstrony przechodzimy do tabelki z PDF'em do data sheet) .

Obrazek wycięty z data sheet diod Cree XP-E przedstawiający Biny M2,M3,N2,N3 i ich wydajności:

Dobór odpowiedniego chłodzenia
Jako radiator możemy wykorzystać (do kupienia w internecie) gotowe profile aluminiowe, do których dobrze jest zastosować dodatkowe chłodzenie w postaci wentylatorów. Dla growerów liczy się jak najlepsza sprawność diod LED dlatego warto zadbać o jak najlepsze chłodzenie ponieważ dzięki temu można uzyskać wyższy plon. Im większy i dobrze chłodzony radiator tym lepiej. Podczas budowy należy przyjąć, że do ochłodzenia 1 Wata diody potrzeba minimum 50 centymetrów kwadratowych radiatora (licząc razem z jego ożebrowaniem). Diody wraz ze wzrostem temperatury tracą wydajność co można zaobserwować na poniższym obrazku.


Podłoża MCPCB
Diody lutowane są do podłoży MCPCB. Możemy kupić gotowy zestaw diody połączonej z podłożem jednak nie zawsze można znaleźć interesującą nas diodę przylutowaną do dobrego MCPCB dlatego, jeśli czujemy się na siłach, możemy kupić te elementy oddzielnie i sami je polutować. Przy kupnie należy zwrócić uwagę na przewodność cieplną podłoża. Dobre miedziane podłoża pod diody Cree z serii XP mają przewodność cieplną na poziomie 3w/m2 jednak ich cena sięga 4zł za sztukę. Mcpcb o przewodności 2w/m2 kosztują już w granicach 2zł. W sprzedaży można znaleźć również tańsze podłoża ale ich przewodność cieplna może być mniejsza niż 1w/m2. Poniżej przedstawiam obrazek zapożyczony z forum http://www.swiatelka.pl gdzie widać jaka jest różnica pomiędzy różnymi typami mcpcb. Zdjęcia wykonane są przy pomocy kamery termowizyjnej:

XPG - 1. 



Zasilanie
Są dwa rodzaje zasilaczy do diod: stałonapięciowe i stałoprądowe. W tym przypadku będziemy budować panel na diodach power led więc będziemy potrzebować zasilacza stałoprądowego, który utrzyma natężenie prądu nastałym poziomie.

Ostrożność!!
Podczas podłączania diod do zasilacza zawsze musi on być odłączony od sieci. Jeśli podłączamy zasilacz do sieci i widzimy, że gdzieś w obwodzie znajduje się przerwa - wówczas NIE USUWAMY TEJ PRZERWY, GDY PRACUJE ZASILACZ!. Należy odłączyć zasilacz od sieci, zewrzeć jego styki wyjściowe ze sobą aby rozładować napięcie elektryczne, które się nagromadziło (może "strzelić" iskra) a następnie dopiero wtedy łączymy przerwę w obwodzie. Jeśli nie wykonamy tej czynności to jest duże prawdopodobieństwo, że zgromadzone napięcie uszkodzi diody przebijając je lub, w najlepszym wypadku, zniszczy elementy zabezpieczające (jeśli istnieją). Wynika to tylko z zasady działania zasilaczy ze stabilizacją prądu - otóż dążą one zawsze do osiągnięcia nominalnego prądu wyjściowego. Jeśli więc jest to np. zasilacz 350mA, będzie on zwiększał napięcie na swym wyjściu dopóty, dopóki nie osiągnie prądu 350mA lub maksymalnego napięcia na zaciskach wyjściowych. To napięcie często może okazać się niszczące dla diod. Możecie w tym momencie zadać pytanie: Dlaczego więc zasilacz zwiększa napięcie wyjściowe do poziomu niebezpiecznego dla diod? Nie jest to absolutnie żaden spisek. Wyobraźmy sobie np. zasilacz o mocy wyjściowej 10,5W i prądzie stabilizowanym na poziomie 350mA. Przy jego maksymalnej mocy na zaciskach wyjściowych wystąpi napięcie 30V (10,5W / 0,35A =30V). To samo napięcie wystąpi przy braku obciążenia. Jeśli tymże zasilaczem, będącym w stanie nasycenia (czyli przy rozwartych zaciskach wyjściowych i zasileniu z sieci) zasilimy teraz np.3 diody PowerLED 1W połączone szeregowo (o prądzie 350mA i napięciu przewodzenia w okolicy 3 - 3,2V każda, co daje w sumie napięcie ok. 9 - 9,6V) to, jak łatwo spostrzec, napięcie odłożone na diodach będzie ponad 3-krotnie większe od bezpiecznego. Zanim zasilacz zdąży obniżyć napięcie do bezpiecznego poziomu, chwilowy impuls prądu dostarczony do diod momentalnie zniszczy najpierw zabezpieczenie wewnętrzne diody, które jest z reguły skuteczne do ok. 5V, potem samą diodę. Aby taka sytuacja nie występowała w ogóle na każdą diodę
musiałby przypadać oddzielny zasilacz co z oczywistych względów jest w większych systemach niewykonalne.Większość zasilaczy, jako zasilacze impulsowe, nie może pracować bez obciążenia, co najczęściej ujrzymy w ich instrukcji. Niniejsze zasady są bardzo prostymi, podstawowymi zasadami elektroinstalatorstwa. Powyższa część tekstu o ostrożności została zapożyczona ze strony http://www.ledownia.pl

Jakie natężenie prądu wybrać
Opiszę dwa typy zasilania diod: 350mA[0.35A] i 700mA[0.7A]. Diody można też zasilać prądem powyżej 700mA jednak takie rozwiązanie jest nieefektywne bo im większe natężenie prądu podamy diodom tym słabszą będą miały wydajność oraz bardziej będą się grzały. Poniżej na obrazku możecie zauważyć spadek wydajności diody XP-E Royal Blue wraz z podnoszeniem natężenia prądu. Przy 350mA jej wydajność to 100% jednak po podniesieniu natężenia prądu 2 krotnie nie uzyskujemy 100% wzrostu wydajności ale jedynie 80%. Jednak po dwukrotnym podniesieniu natężenia pradu dioda i tak z konsumuje 2 krotną ilość prądu, zakładając że przed podkręceniem pobierała 1w i miała wydajność 100% a jej jasność wynosiła 500mW po podkręceniu do 700mA zużyje 2 waty ale jej wydajność będzie tylko o 80% większa czyli jasność wyniesie 900mW. Jej nominalne natężenie wynosi 350mA ale producent pozwala na prawie 3krotne jej przeciążenie. Sporo typów diod jest nominalnie zasilana prądem 700mA jednak i w takim przypadku schodząc z natężeniem prądu do 350mA uzyskamy ich większą wydajność.
 
Jeżeli będziesz budował swój własny panel i zastanawiasz się czy wybrać zasilanie 350mA czy 700mA, musisz sam zecydować pomiędzy 350mA czyli dobrą wydajnością i większą ceną która wiąże się z dwa razy większa ilością diod a 700mA czyli mniejszą wydajnością i mniejszą ceną czyli prawie dwa razy mniejszą ilością diod.Nie należy też zapominać że jeżeli będziemy podawać diodzie większe od nominalego natężenie prądu jej czasżycia ulega skróceniu.W komercyjnych panelach można spotkać określenia iż panel jest zbudowany na diodach 1w lub 3w. Diody 1w są wydajniejsze gdyż pracują na niższych prądach tj. 350mA. Diody nazywane 3w tak naprawdę tych 3wat nie pobierają a jedynie 2w lub ciut więcej w zależności od koloru diody. Dlaczego 3w diody nie pobierają 3w?bo są zasilane prądem 700mA lub podobnym aby zaoszczędzić na ilości diod uzyskując ciut mniejszą wydajność jak to zostało opisane wyżej.


 
Jak obliczyć jaki zasilacz potrzebujemy do własnego panelu led
Zasilacze stałoprądowe zazwyczaj mają określoną rozbieżność pracy np. od 15V do 35V lub podaną moc wwatach. Aby obliczyć jaki konkretnie zasilacz potrzebujemy wystarczy dodać napięcie wszystkich diod.

Przykład:
dioda pracuje na 350mA przy napięciu 2.1V a my chcemy wykorzystać 10 takich diod więc mnożymy 2.1V x 10 diod. Otrzymujemy wynik w postaci 21V, który przedstawia nam minimalne całkowite napięcie jakie musi podać zasilacz dla naszych 10 diod. Nie jest zasadą że każda dioda puszczona na prądzie 350mA pobiera 1 wat energii - wszystko zależy jeszcze od podanego napięcia. Aby obliczyć moc w watach, którą zużyje 10 diod pobierających 2.1v przy prądzie 350mA[0.35A], wystarczy wszystko przemnożyć np. [10 x 2.1] x 0.35A = 7.35 wat. Realny pobór prądu będzie jednak większy niż obliczone 7.35wat gdyż każdy zasilacz ma określoną sprawność, która zazwyczaj jest w granicach 80%. Należy pamiętać, że każdy kolor diod oraz seria potrzebuje do swojej pracy innego napięcia[V]. Aby dowiedzieć się jakiego napięcia potrzebuje dana dioda przy danym prądzie musimy zerknąć do data sheet diody. Potrzebne dane znajdziemy przy tabelkach Electrical Characteristics. Na poniższym obrazku wyciętym z data sheet diod XP-E koloru czerwonego widać jak wzrasta
napięcie wraz z podanym prądem.

 

 
 
Lutowanie na MCPCB
Nie zawsze dostaniemy w sklepach lub hurtowniach diody których szukamy polutowane na płytkach Mcpcb, dlatego czasami będziemy zmuszeni do polutowania ich samodzielnie. Wbrew pozorom lutowanie nie jest takie straszne na jakie wygląda.

Lutowanie diod na MCPCB najlepiej wykonać przy użyciu pasty lutowniczej np. EasyPrint. Pastę należy nałożyć na pady MCPCB, na nią położyć diodę przy tym pamiętając o odpowiedniej polaryzacji, następnie lekko docisnąć (tylko nie za soczewkę). Nakładanie pasty nie musi być bardzo precyzyjne, nakładamy jej nie za dużo. Nie należy się obawiać że połączenia elektryczne diody dostaną zwarć, nadmiar pasty po jej roztopieniu wypłynie spod diody. Jeżeli pasta jest za twarda do nakładania wystarczy ją delikatnie podgrzać np. wkładając strzykawkę do ciepłej wody (pamiętaj aby potem ją dokładnie wysuszyć). Po ułożeniu diody na mcpcb włączamy żelazko i ustawiamy na maxymalną temperaturę. Po nagrzaniu kładziemy MCPCB na żelazko. W momencie gdy pasta zacznie się topić musimy poczekać z 2-3 sekundy w tym czasie można jeszcze delikatnie docisnąć diodę do płytki, nie za soczewkę. Zdejmujemy mcpcb z żelazka i odkładamy do wystygnięcia.

Przykładowy filmik na YT Soldering High-Brightness LEDs - Another Geek Moment

Lutowanie diody Cree XT-E:

Smarowanie mcpcb


Przyklejanie diody


Rozgrzewanie mcpcb


Gotowe


Połączenie szeregowe diód LED


Przykład zasilacza LED


Diody przymocowane do radiatora za pomocą kleju termo-przewodzącego




Źródło:
http://www.swiatelka.pl/viewtopic.php?t=3677
http://www.cannabis.info/PL/encyklopedia/7341-lampy-led/
http://www.rollitup.org/grow-journals/325601-independent-photo-results-using-led.html
#com
Internet

[Gość muph19]

Gdzie dostane soczewki skupiające światło w dół a nie na boki ?

 

oraz proszę o podanie linków do tych diod w sklepie maritex

[upp]

slabo przeczytałeś artykuł skoro zadajesz pytania na ktore Miś odpowiedział w swoim poscie ja potrzebowałem 15 min i zrozumialem cała budowe tego panelu wiec prosze dokladnie czytac to nie boli

Super artukuł nie jednej osobie pomoze zrobic swój własny panel. Pozdro !

[przypalto]

ile kosztuje taki panel gdzieś 30 w led ?

[imaQu]

Ja kilka miesiecy temu kupilem panel 35w za 450 zł

[przypalto]

aha , ale taniej chyba samemu zrobić np ze stronki http://www.neoled.pl/technika-led/artykuy/279-panel-led-do-uprawy-roslin.html

[imaQu]

mozna zrobić i samemu, tylko pamietaj o dobrych firmowych diodach bo inaczej moze być kiepsko

[BA+ON]

xp E 2

[stefanstefan]

Witam

Ponawiam pytanie Muph19 czy możecie przesłać link do konkretnych diod w sklepie Maritex i super by było jeszcze do  soczewek.

Nie znam się na tych binach, a jest ich kilka.