Guc做了个珊瑚灯(2)珊瑚灯的实际功率计算和灯珠选择
土豆粉哥Guc
2020年06月29日 19:28
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        有了“Guc来做个珊瑚灯(1)珊瑚需要什么样的光?”做铺垫,接下来就开始珊瑚灯的初步设计。

        珊瑚灯从出现到现在使用过白炽灯、荧光灯、到水银蒸汽灯、金卤灯再、节能灯、金属卤化灯和LED灯,现在最普及使用的LED灯了。LED灯有节能、寿命长且易于控制等优点,所以我肯定也选择LED作为珊瑚灯的光源。

一、珊瑚灯实际需要的功率是多少?

        我们前面得到的最大辐射总量60W/m2和90W/m2两个值,并不是代表珊瑚灯的功率每平米只能给这么多,辐射总量是指有效的光照辐射或者说叫平均光功率,是指珊瑚灯功率去除无效能量损耗后的光辐射功率。

        现在我们看看珊瑚LED灯的主要损耗在哪呢?又有多少呢?

     (1)LED本身的光电转换时的损耗。

下图是Luxeon Rebel ES皇家蓝LED灯珠的数据表:

        通过表上数据可以看出这类LED灯珠的光效从37%到53%不等,也就是说10W的LED灯大多只有不到5W的光功率。我们假定使用的灯珠光效为45%,虽然很LED灯珠达不到这个效率。

      (2)大多数珊瑚LED灯使用了透镜,透镜的材质有PMMA亚克力的,也有高硼硅玻璃的,很好高硼硅玻璃透镜它的透光率能达98%,而一般的PMMA亚克力透镜的透光率就只有93%或者更低了。我们假定我们使用的透镜透光率为95%。

     (3)珊瑚LED灯的光能并不会完全的进入我们鱼缸里,我们看下下面这张图:

         图中的正方形代表鱼缸,图中的小的圆代表珊瑚灯发出的光全部进入缸内的最大照射面积,大的圈代表珊瑚灯发出的光满缸时最小的面积(假设我们的透镜很优秀,能把灯珠的光聚成一个完美的圆)。

        现在假定正方形鱼缸边长为1m,那么它的面积是1m2,半径0.5m的小圆面积约是0.785m2,半径0.707m大圆的面积约是1.57m2。如果选用小圆作为照射面积,鱼缸表面将有约20%地方照不到;而选用大圆就会有36%的照射面积是浪费的,如果是长方形的缸,这个数值还会大的多。这里我选用半径0.6m面积为1.13m2的圆作为照射面积,经过计算有效照射面积约占总面积的83%左右。

        结合以上3点,如果60W/m2作为设计功率,那么实际珊瑚灯功率是60÷0.45÷0.95÷0.83=169.1W/m2;如果90W/m2作为设计功率,那么实际珊瑚灯功率是90÷0.45÷0.95÷0.83=253.6W/m2。

二、我们来分析珊瑚灯需要哪些波段的LED灯珠?

现在市面上有许多的不错的珊瑚灯,我们来看看它们的主要参数:

        从表格上可以看到珊瑚灯的主要功率集中在白蓝紫几种灯珠上,并且还添加了红绿灯珠,红绿灯珠主要作用并不是促进珊瑚的光合作用,而是让珊瑚的色彩更讨人喜欢。

上图是不同CCT值白光LED的光谱图

         图中可以看出5000K-8300K的LED光谱在430nm-480nm的波峰明显大于较低CCT值的LED,而480nm波段以上则明显比低CCT白光LED更小,这很符合我们的需要。那么只使用白光LED对于珊瑚来说是不是就够了呢?如果使用足够功率的白光LED灯是可以使珊瑚生存下来的,但你的鱼缸肯定长满各类藻。

        为什么我们这么喜欢珊瑚呢?最直接的原因是因为它漂亮,珊瑚的荧光色真的很美丽,但在白光下是不容易看到的,因为人眼对于白光中550nm附近波长的光特别敏感,也就是觉得特别亮,所以你很难观察珊瑚的荧光色。而我们眼睛对于440nm-460nm的光就不那么敏感,大概只有550nm光的二十七分之一,440nm-460nm的光却是可以很好的激起珊瑚的荧光色,这也是我们需要的。当然我们还需400nm-440nm的紫光,这部分光对珊瑚的光合作用十分有效。

三、珊瑚灯有没有必要使用透镜?

        透镜对于珊瑚灯来说也至关重要,通过斐济的数据看到,短波光经过海水衰减并不多,而我们的海水缸一般深度都不超过1米,那么为什么我们的缸面的PAR值(光合有效辐射)和缸底的PAR值差别很多呢?

        主要是因为我们使用的灯光透镜,比如90度的辐射角的灯,在距离灯30CM时,它的辐射光圈面积是0.283m2,当60cm时就有1.13m2,前者PAR估算值差不多是后者的4倍。如果不使用透镜,灯珠的光将会以很大的角度辐射出来,一方面这会浪费珊瑚灯的功率,另一方面珊瑚灯看起来会很刺眼。当我们的缸比较浅,珊瑚灯的辐射角可以选大点,或者功率可以选小点,不然你的珊瑚可能找不到合适的位置。

        这次我要给两个微型缸做两个小功率的珊瑚灯,微型缸长30cm、宽24cm、高23cm。因为缸的深度很小,我选择使用60W/m2作为设计辐射功率。微缸珊瑚灯参考设计功率为0.3×0.24×169.1=12.2w。我选用2835贴片灯珠作为光源,这类灯珠有0.2w、0.5w、1w等功率,0.2w和0.5w适合我的小功率设计,1w的灯珠可以为扩容提供空间。具体选用请看下表:

        珊瑚灯将会采取密集灯珠设计,通过一个透镜将各种灯珠的光汇聚在一起。还有视频可以看哦!如果你觉得有点意思,请点个赞加关注!