Светодиоды, светодиодные прожекторы и другие светодиодные светильники прочно закрепились в аквариумистике и практически вытеснили все типы ламп, которые когда-либо использовались для освещения аквариумов.
Тема освещения аквариума обширна, но хотелось бы сузить её до простых прожекторов, потому что они массово сейчас используются для освещения аквариумов. Порассуждать о светодиодах, их эволюции, применении в светотехнике, об их достоинствах и недостатках. Решить проблему малого ресурса современных светодиодных прожекторов.
Эволюция светодиодов
Первые светодиоды появились в 80-х годах прошлого столетия. Это были скромные полупроводниковые изделия, испускающие не яркий свет красного, зелёного и жёлтого цвета. Синих светодиодов не было. Не яркие светодиоды быстро вытеснили все малогабаритные лампочки накаливания, колпачки со стёклышками разных цветов для этих лампочек, которые использовались в любом электронном оборудовании для индикации исправности, наличия питания, аварийной сигнализации и т.д. и т.п.
Наряду с отсутствием синих светодиодов, не было так же светодиодов белого свечения. В советские годы все передовые технологии вначале внедрялись в оборонку, а спустя некоторое время появлялись в народном хозяйстве. В 90 году мне довелось увидеть светодиодные индикаторные сборки в виде цифр для цифрового табло. Они ярко светились белым цветом на станции единого времени космических войск.
Наличие белого свечения означало появление кристаллов синего цвета и вот почему. Белый цвет это смешение красного, зелёного и синего цветов. Так называемая кодировка цвета RGB встречающаяся в палитрах графических редакторов.
Сами светодиоды синего цвета не изготавливались видимо по причине пониженной яркости свечения (могу ошибаться). А вот технология получения синего свечения путём введения примесей в полупроводниковый кристалл стала использоваться как составная часть для производства светодиодов белого свечения.
В девяносто первом году Советский Союз был успешно «преобразован», технологии уплыли от тех, кто рассуждал (в то время) как надо работать, к тем, кто работал.
В начале нулевых годов появились в продаже миниатюрные фонарики с одним светодиодом сверхяркого белого свечения. Появление сверхярких светодиодов это прорыв в светотехнике. Совсем скоро появились светильники с множеством маломощных, но сверхярких светодиодов (сборок), затем мощные кристаллические сборки с обязательным отведением тепла.
Появились и первые прожекторы, стоимость их была высокая, однако меня это не отвратило от покупки по двум причинам:
- Древние индикаторные светодиоды считались радиолюбителями и прочими электронщиками «вечными», да так оно и было. А на сверхяркие светодиоды производители давали наработку на отказ 50 000 часов. Это казалось невероятным прорывом. Лампам накаливания отводили 1000 часов, люминесцентным и прочим энергосберегайкам отводили больше, но из-за выгорания люминофора их приходилось часто менять.
- Возросла энергоэффективность. При одинаковой потребляемой из сети мощности светодиодные прожекторы светили ярче в 10 раз по сравнению с лампами накаливания и примерно в 5 раз по сравнению с люминесцентными.
Первые купленные прожекторы работоспособны до сих пор. Они добротно изготовлены. Корпус он же радиатор охлаждения ребристый, с высокими рёбрами, чёрного цвета и выполнен из анодированного алюминия.
Анодирование – это специальная электрохимическая обработка алюминия, придающая металлу чёрный цвет и мелкопористую поверхность. Это делается для того, чтобы радиатор охлаждения максимально отдавал тепло окружающей среде. В общем, проблема отведения тепла от кристаллов светодиодов в этих прожекторах была решена идеально.
Охлаждать мощные светодиоды абсолютно необходимо, так как высокая температура приводит к так называемому тепловому пробою p-n перехода кристалла.
Эволюция светодиодных прожекторов
При некотором расширении аквахозяйства, решил приобрести ещё партию прожекторов. Заказал, привезли и что же я увидел… Прожекторы той же мощности, что и прежние, но были значительно меньшего размера. На вопрос, почему так, был дан ответ, что сейчас они все такие. Выпускаются под маркой «mini». Так называемое миниатюрное исполнение с теми же характеристиками. Долго я не думал и отказался от приобретения.
Дружба с электроникой с детских лет позволила мне сразу увидеть подвох. Если корпус он же радиатор стал меньше размерами, значит, светодиоды будут работать с перегревом, что отразится на их характеристиках и существенно снизится срок службы. Получается, что 50 000 часов прожектор работать не будет.
Вспомнил байку советского времени, когда случилось перепроизводство ламп накаливания, склады переполнены продукцией, нужно было найти решение, чтобы увеличить сбыт продукции. И решение было найдено. Лампы должны были сгорать, раньше заявленного срока в 1000 часов, чтобы их покупали чаще.
Технически это можно было сделать двумя способами. При закачивании в колбу инертного газа, допустить попадание некоторого количества воздуха. Вольфрамовая спираль будет постепенно окисляться и сгорит раньше. Либо не использовать напыления молибдена на проволочные электроды в месте спайки их со стеклом.
Именно молибден имеет свойство хорошего спаивания со стеклом. Во втором случае воздух постепенно будет проникать в колбу, и окислять раскалённую спираль. Эффект тот же, лампа раньше времени сгорит к тому же дорогостоящий молибден будет сэкономлен.
Возвращаясь к прожекторам, видим похожую картину. Изначально заявленные 50 000 часов работы в условиях рыночных отношений не могут устроить ни производителя прожекторов, ни оптовика, ни розницу.
Поэтому мы наблюдаем в порядке возрастания следующие «модернизации» прожекторов:
- Уменьшение размеров радиатора.
- Уменьшение размеров рёбер радиатора, что приводит к уменьшению площади охлаждаемой поверхности.
- Прекращение использования анодированного алюминия, для ухудшения охлаждения. Прожекторы просто красились в чёрный цвет.
- Покраска не в чёрный цвет, а серый, что дополнительно снижало теплоотдачу.
- И наконец, покраска в белый цвет, что ещё хуже сказывается на отведении тепла.
На прожекторы серии «mini» дают гарантию год. Больше года они и не работают. На половине гарантийного срока они уже выглядят закопчёнными от перегрева и «просятся» в мусорное ведро. Температура корпуса такая высокая даже у 10 Ваттного прожектора, что можно получить ожог. Тогда как мои древние 30 Ваттные прожекторы просто тёплые их можно держать в руках, и они без опасения лежат на покровных стёклах аквариума.
Нагрев 10 Ваттных мини прожекторов покровные стёкла ещё выдерживают, 20 Ваттных вероятно, тоже выдержат, а вот более мощные прожекторы под вопросом.
Решение проблемы малого ресурса прожекторов
Если вы дочитали до этого места, значит, знакомы с электроникой или любознательный человек. Смысл выше написанного не в том, чтобы показать, как методично потребителя обманывают, а чтобы подготовить вас к идее своими руками решить проблему малого ресурса прожекторов для аквариумов, если их много или очень много.
Светодиодное освещение можно изготовить самостоятельно, нужной мощности и конфигурации, чтобы равномерно освещать весь аквариум. Прожекторы не позволяют это сделать из-за своей узкой направленности.
Самодельные светильники не перегреются, и будут освещать аквариум по всей площади поверхности. Режим питания светодиодов будет облегчённым, что значительно продлит их ресурс (станут «вечными»). А если случится отказ из-за брака производителя, то сгоревший светодиод можно будет легко заменить.
В настоящее время выпускается множество светодиодов и светодиодных сборок на различные напряжения, разнообразной конфигурации, цвета (цветовой температуры) и мощности.
Можно их приобрести, закрепить на теплоотвод в виде дюралевой пластины, запитать напряжением немного ниже номинального и получить долговечный светодиодный светильник.
Размеры пластины из дюралюминия это размер будущего светильника. Количество и конфигурацию светодиодов выбираете исходя из требуемой мощности и размеров светильника. Я покупал светодиоды на напряжение 12 Вольт. Соответственно блок питания тоже на 12 Вольт. Светодиоды крепил к пластине через слой термопасты.
Под штатные отверстия миниатюрных саморезов под рукой не было, поэтому крепил на 2,5 миллиметровые болтики с шайбами и гаечками. Спаял два светодиода параллельно и подключил к блоку питания. На всех практически блоках питания имеются регуляторы выходного напряжения в небольших пределах.
Регулировка проводится миниатюрной отвёрткой. Выставив напряжение менее 12 Вольт, например 11 Вольт, можно существенно облегчить режим работы светодиодов с небольшой потерей яркости свечения. Светодиоды в таком режиме не греются и ресурс их работы надолго продлевается.
Дополнительно на пластину с дух сторон по всей длине закреплены сантиметровые профили из алюминия, для того чтобы между покровным стеклом и светодиодами был небольшой зазор. Фактически светильник стоит на покровном стекле, опираясь на этих профилях.
Подробности изготовления и прочие нюансы можно обсудить в комментариях. И тему можно будет расширить, если она серьёзно заинтересует.