תאורה באקווריום צמחייה ובניית גוף תאורת LED
מאמר בנושא התאורה באקווריום צמחייה ובניית גוף תאורה
LED ייעודי לאקווריום הייטק.
מאמר מקורי מאת אושרי לנקרי מאתר אקווריום.
תחילתו של פרויקט זה נבע מהתסכול העמוק שנוצר אצלי בשרימפסיות.
ניסיתי לשלב את עולם צמחיית ההי-טק יחד עם שרימפסים.
הבעייה העיקרית שלי הייתה התאורה. מנורות 8 T אינן חזקות מספיק וגם כך
אין בנמצא מנורה בגודל המתאים אשר תענה על דרישות הצמחים.
ישנן נורות 5 T אך לגודל האקווריום שלי הן בעלות וואט נמוך יחסית (9W) כך
שאצטרך ארבעה נורות, מה גם שהנורות עם הצ'וק הן יקרות.
פיתרון ששימש אותי היה מנורות EL לסוגיהן.
נורות פלואורסצנטיות קומפקטיות :(EL)
אחת ההתפתחויות הגדולות בטכנולוגיות התאורה היא פיתוח של
נורות פלואורסצנטיות קומפקטיות.
נורות חדישות אלו משמשות תחליף יעיל וחסכוני לנורות הליבון,
והשימוש בהן בארץ ובעולם מתרחב בהתמדה.
הנורה הפלואורסצנטית הקומפקטית דומה לנורה הפלואורוסצנטית במבנה
ובעיקרון הפעולה, ושונה ממנה בעיקר בגודלה.
הנורות מגיעות במספר גדלים, צורות וצבעים.
הבעיה נעוצה בספקטרום הצבעים שנותנת מנורת EL ואני אפרט:
צמחים זקוקים לאור בשביל לבצע את תהליך הפוטוסינתיזה ולגדול בצורה טובה.
השמש, בהיותה מקור האור הטבעי בכדור הארץ בכלל ושל הצמחים בפרט,
מספק את התאורה המיטבית עבור הצמחים.
בניגוד לתפיסת האור של העין האנושית, הנורות שאנו מכירים
(נורות ליבון-Incandescent או פלורסנט "פשוט") כלל אינם מתאימות לגידול צמחים,
בעיקר בגלל שספקטרום (טווח הצבעים בקלווין-ראו פירוט בהמשך)
(ספקטרום קלווין בטווח מצומצם שאינו יעיל לצמחייה) אבל גם מכיוון שעוצמת התאורה
הנפלטת מהם, בהשוואה לכמות החשמל הנצרכת אינה יעילה,
ומרבית הצמחים דורשים עוצמת תאורה גבוההיחסית וטווח קלווין תקין על מנת
להתפתח כהלכה.
נורות פלורסאנט מפיקות עוצמת אור סבירה,
צמחים עשוים לגדול באופן תקין באמצעותם.
על אף זאת, נורות פלוראסנטאינן הכי טובות מכיוון שנדרשת כמות אור גבוה
לגדילה סבירה וצריך לצרף כמה נורות פלורסנט יחד
(5 T הוא הפלורסנט בעל ניצולת האנרגייה וטווח הספקטרום היעיל ביותר כיום).
קיימים שני סוגים שונים של נורות פלורסאנט בעלות ספקטרום שונה המתאימים לצמחייה:
פלורסאנט "חם" Warm white- ו-"אור יוםday light-
נורות מסוגday light מתאימות בעיקר לצמחים ירוקים ואילו נורות מסוג Warm white
לצמחים בעלי גוון ארגמני.
קיימות גם נורות מסוג מטאל הלייט אשר מחקות היטב את אור השמש.
מכיוון שמנורת מטאל הלייט הינן גדולות ויקרות אזי שאינן מתאימות כלל
לשרימפסיות.
נקודה כואבת נוספת היא החום הרב שפולטת המנורה וכמובן גם חשבון החשמל שיתפח.
ולכן שמתי פעמיי אל פיתרון טכנולוגי חדש יחסית-מנורת הלד.
ניסיתי כמה גופי תאורה על טהרת הלד.
התחלתי בבסיסיים ביותר: נורות לד מתברגות לבית נורה סטנדרטי מסוג 5050
(הסוג שמופיע בתרשים שלמטה), פסי לד שונים וכן תאורות ניתלות לאקווריום,
כאלו שקונים באיביי ב50 ₪.
הבחנתי בדבר מוזר:
האקווריום היה מואר מאוד אך הצמחים הגיבו בגדילה איטית ולא צמחו
בצורה תקינה ובריאה, ממש בדומה לתוצאות שקיבלתי כאשר השתמשתי
בנורת פלורסנט קומפקטית (EL).
אז התחלתי לחקור את העניין וראית כי משווקים גופי לד מקצועיים לצמחייה
אך מחירם הרקיע שחקים וידי לא הייתה משגת לרכוש תאורה שכזו.
אך לא אמרתי נואש ובדקתי את המפרט הטכני של אותם גופי לד והתחלתי
להשוות את הנתונים באותם גופים יעודיים אל מול הלדים השונים הקיימים
לרכישה במרחבי הרשת ואל מול הנתונים המופקים מנורות פלורסנט ייעודיות.
נתקלתי באיביי במוצר הבא:
מפרט טכני:
פרוג'קטור עמיד למים.
6000-65000K
1000-1100 LM
זווית 120 מעלות.
ניסיתי את הלד ואומנם ראיתי שינוי רב, אך צמחים יותר דורשניים ובעלי גוונים יותר ארגמניים
או צמחי דשא עדיין לא התאקלמו.
אז חקרתי עוד בנושא עד שהגעתי לנוסחה הרצויה.
בהמשך אפרט על מסקנותיי ועל הפרוייקט led diy שלי לאקווריום הייטק 260 ל' שבחזקתי,
אך קודם כמה מושגים בסיסיים אודות תאורה בהתייחסות לעולם הצמחייה.
LED הם ראשי התיבות של Light Emitting Diode – דיודה פולטת אור.
במונחים פחות מקצועיים, מדובר בגוף תאורה קטנטן (מילימטרים ספורים)
הבנוי מחומר סיליקוני מוליך למחצה שפולט אור כאשר עובר בו זרם חשמלי נמוך מאוד.
קיימים שני סוגי לד עיקריים:
לד 5050 (כמופיע בתרשים למטה) ולד SMD (surface mounted device)
עליו אפרט בהמשך.
האור הנפלט מיחידה אחת אמנם חלש יחסית, אך אם מאגדים מספר גדול של
נוריות לד קטנות במארז אחד מתקבלת נורה שמפיקה אור בהיר ויציב,
צורכת מעט מאוד חשמל ונהנית מאורך חיים גדול במיוחד.
מנורות לד עומדות להיות ללא ספק ה"להיט" הבא בענף של עולם צמחי המים.
לשם השוואה, את כמות האור הנפלט מנורת ליבון רגילה בת 100 ואט
ניתן לקבל מנורה פלואורסצנטית תוך צריכה של כ-25 ואט (כלומר, היא יעילה פי 4),
ומנורת לד – בצריכה של כ-10 ואט בלבד.
כלומר, נורות לד יעילות מנורות ליבון פי 10 בערך.
בנוסף לכך, בעוד אורך חייה של נורת ליבון הוא כ-1200 שעות ושל נורה פלואורסצנטית
כ-9000 שעות.
תוחלת חייהן של נורות לד היא כ-50,000 שעות (כלומר, פי 50 מנורת ליבון).
עובדות פשוטות אלה מראות בבירור מדוע כדאי ללא ספק להתחיל לעבור
לשימוש במנורות לד – מנורות חסכוניות ויעילות.
יתרון נוסף שיש ללד בעולם צמחי המים הוא שהאור היוצא ממנו הינו מרוכז
ואיננו נשבר כאשר פוגע בגוף המים ומתפזר בניגוד לנורות הפלורוסנטיות.
ניתן לדמות תאורה זו ללייזר הנורה בקו ישר ומדויק ואינו מתפזר לצדדים
בדומה לנורות אחרות.
בעולם הצמחייה, אשר התרגלנו לחישוב של וואט לליטר בכדי להתאים את הנורות לצמחייה
חל שינוי שכן את הלד אנו לא נמדוד לפי צריכת החשמל שלו (וואט/W)
אלא לפי מספר פרמטרים כלהלן:
לומן סימול מקובל( lm) הוא אחד מיחידות מערכת היחידות הבין לאומית ומשתמשים בו
לצורך מדידות של עוצמת האור שנקלט על ידי עין אנושית. בשטף הארה
להבדיל מ"הארה" לוקחים בחשבון את כיוון האור הנפלט אל העין ומבדילים
בין אורכי גל שונים, בעוד שבהארה (כמו בוואט) מודדים את כמות האור הכוללת.
באקווריום צמחייה יש להטמיע נורות בטווח לומן שבין 800-1200 לאזור החשיפה.
השטח של יחידת המידה מסומנת באותיות lx. היחידה משמשת למדידת
שליטה אורית (שטף אורי ליחידת שטח בפולט) והארה (שטף אורי ליחידת שטח בקולט).
ההבדל בין יחידת הלומן לבין יחידת הלוקס (lx) הוא שלוקס לוקח בחשבון
את האזור שעליו שטף ההארה מתפרס.
בשטף הארה, להבדיל מ"הארה ", לוקחים בחשבון את כיוון האור הנפלט אל העין
ומבדילים בין אורכי גל שונים, בעוד שבהארה מודדים את כמות האור הכוללת.
לוקס מוגדר כמספר הלומנים למ"ר.
אם שטף של 1000 לומן מתרכז לשטח של מטר רבוע אחד,
הוא מאיר את אותו מטר רבוע בעוצמה של 1000 לוקס.
אם אותם אלף לומן יאירו שטח של עשרה מטרים רבועים,
הם יפיקו עוצמת אור של 100 לוקס בלבד.
רכיב הלוקס אינו מופיע תדיר כחלק מהמפרט הטכני של היצרן מאחר שהוא
ניתן לחישוב אריטמטי פשוט ע"י חישוב רדיוס ההארה של המנורה ע"פ
זווית ההארה והלומונים הנפלטים מגוף התאורה באותה הזווית אל מול השטח המואר.
ננומטר (NM) (או מילימיקרון) = מיליארדית המטר או 10-9 מטר. אורך הגל של
אור נראה נמדד במאות ננומטרים.
העין האנושים מסוגלת לקלוט גלי אור באורכים שבין 390-700 ננומטר
(ראו בתרשימי הספקטרום).
גל ננומטר מתחת ל390 נחשב לאינפרא (כמו אינפרא אדום) ואילו
גל ננומטר מעל 700 נחשב לאלטרא (כמו אולטרא סגול).
צמחים מסוגלים לקלוט אורכי גל הנמצאים מחוץ לתחום העין האנושית.
קלווין (Kelvin) היא יחידת מידה לומפרטורה, אחת מיחידות
מערכת היחידות הבינלאומיות בסיסיות.
הקלווין הינו הערך החשוב ביותר
באקווריום צמחייה, ביחד עם לומון.
היחידה, המסומנת באות K, משמשת בעיקר לצרכים מדעיים ונקראת על-שםהפיזיקאי לורד קלווין.
לורד קלווין היה הראשון שקבע ב-1841 את נקודת האפס על פי שיקולים מדעיים.
נקודת אפס זו, הנקראת "האפס המוחלט", היא טמפרטורה של אפס קלווין, או מינוס 273.15
מעלות צלסיוס היא טמפרטורה שמבחינה תאורטית אי אפשר לרדת מתחת אליה,
ומעשית גם לא להגיע אליה ממש, אלא רק לשאוף אליה.
טווח הקלווין התקין באקווריום הצמחייה יהיה בין 2,500 ל-6,500 מעלות קלווין תלוי באקווריום ויעודו.
מי מכם שזוכר את שיעורי המדעים בבית הספר היסודי, בוודאי זוכר שהמורה שלפה
מנסרה משולשת וכאשר עבר דרכה אור, אזי התקבלה תצוגה של צבעים
(בד"כ ירוק כחול ואדום). הסיבה לכך נעוצה בעובדה שאור לבן מכיל בתוכו (טכנית)
את כל הצבעים (למעט שחור). ניסוי להוכיח טענה זו
הוא צביעת משטח עגול בצבעי הקשת בחלוקה למשולשים (כמו מגש פיצה)
וסיבובו במהירות גבוהה אשר ידמה ערבוב כלל הצבעים לצבע הלבן.
ספקטרום קלווין בחלוקה לשנתות- ניתן להבחין בהבדלים בין כמה וכמה טמפרטורות צבע (קלווין)
המופקים מנורות שונות בתרשים הבא:
אעיר כי העין האנושית רואה בבהירות בעיקר את האור הנפלט בגוונים כחולים
(cool white בתרשים) ולכן זוהי התאורה הנפוצה בעולם בגופים פלורסנטיים.
לעומת זאת הצמחים זקוקים לספקטרום אדום ירוק הנמצא בחלק הנמוך של הספקטרום.
להלן הספקטרום הנדרש למגוון צמחייה נרחב
(נלקח מהספקטרום של מנורת הפלורסנט Sylvania grolux):
באם נשתמש רק בתאורה ייעודית לצמחייה באקווריום, אזי נקבל אקווריום
בצבע צהבהב אדמדם ומראה מאוד עמום (לעין האנושית) וכמו כן צמחים ירוקים
ומהירי גדילה יתקשו לגדול בצורה תקינה בטווח מצומצם וללא ספקטרום "כחול".
לכן, יש לשלב במיכל תאורה בספקטרום מגוון ומדורג בכדי ליצור ספקטרום
ייעודי מאוזן ושטף אור מלא ובהיר.
במאמר מוסגר אעיר כי, נורות הלד המסחריות העכשוויות אינן מיוצרות בשבילנו החובבים
אלא לצורכי החברה כולה ולכן כשנחפש נורת לד לאקווריום נקפיד על התאמתה לצמחייה.
ולאחר כל ההקדמה הארוכה הזו אני מביא לכם את גוף תאורת הלד שאני בניתי.
העבודה אינה פשוטה כלל ויש לקחת בחשבון שצריך המון סבלנות וחשיבה רוחבית.
אך יחד עם זאת המוצר הסופי עומד בשורה אחת עם מוצרים הרבה יותר יקרים.
אקדים ואומר: לעבודה זו יש צורך באדם בעל חוש טכני וידע מקצועי בכלי עבודה וחומרים.
בנוסף יש להיוועץ עם חשמלאי מוסמך ולהיעזר בו.
אין האמור במאמר זה בכדי להדריך ולייעץ בעניינים טכניים וחשמליים
וכל המחקה פרויקט זה ינקוט בזהירות המתאימה וייעזר באנשי מקצוע.
המאמר כולו מכיל פרטים שנלמדו באופן אישי מרחבי המדיה ויכול שיהיו אי דיוקים בחלק מהפרמטרים.
הפרויקט תפס תאוצה לאחר שבחנתי ויישמתי תאורות לד באקווריום הייטק קטן.
לאחר ששמתי לב שאני צריך להחליף נורות 5 T כל שנה וחצי לערך וכי בקיץ קשה
לקרר את המיכל עקב החום הרבה הנפלט ממנורות אלו,
החלטתי לבנות גוף תאורה בגודל מלא הכולל לדים ו-5 T.
הסיבה לכך שטרם ויתרתי על הפלורסנט נעוצה בשתי יתרונות שיש לפלורסנט על הלד:
- אלומת האור של הפלורסנט מפוזרת לעומת הלד שאלומתו מרוכזת. אם נשים רק נוריות לד באקווריום, נקבל שטחים מוחשכים ונוכל להבחין בדיוק היכן האלומות ממוקמות בתוך המיכל, במקום לראות שטף אור אחיד. הוספת נורות פלורסנט פותרת הבעיה
- נורות לד מאופיינות בקלווין צר ומדוייק ולעומתן נורות הפלורסנט מאופיינות בטווח רחב יותר של ספקטרום צבע. לכן, בכדי להשלים טווחי ספקטרום נחוצים, השלמתי עם נורות ייעודיות לצמחייה.
לפרויקט זה בחרתי נורות לד מסוג SMD ולא 5050 משום שהצריכה החשמלית,
היעילות פר צריכה ואלומת האור הבוקעת, הרבה יותר טובה בלד SMD.
בנוסף התקנתו פשוטה יותר והוא מגיע במגוון גדלים וטווחים.
רכיבים לפרוייקט:
תעלת חשמל 100/60 מ"מ.
תעלת פח מגלוון (תעלת גבס) 70 מ"מ.
תעלת חשמל 2 אצבעות שטוחה.
3 יחידות לד SMD 20w דיילייט 5800-6500 קלווין ו-1000-1200 לומון.
2 יחידות לד SMD 20W וורם וויט 2800-3500 קלווין ו-1500-1800 לומון.
5 דרייברים (שנאים) ללדים במתח המתאים. הקנייה כוללת לד ודרייבר ביחד.
צ'וק כפול ל5 T 54 וואט (היה לי מגוף קודם).
2 נורות פלורסנט 5 T 54W אחת גרולוקס ואחת דיי לייט.
4 בתי נורה לנורות פלורסנט.
טיימר דיגיטלי בעל 3 יציאות נפרדות ו-16 תוכניות זמן.
5 מאוורים 2.5 אינצ'.
שנאי 12V למאווררים.
2 מפסקים סטנדרטיים.
יריעת זכוכית.
כבלים שונים.
קלקר עמיד בחום.
מהדקי חשמל קטנים.
סה"כ עלות הבנייה של כלל הרכיבים כ-600 ₪ (חישבתי גם את עלותם של רכיבים שהיו לי).
כלי עבודה לפרוייקט:
משחזת אנכית (דרמל), מסור אנכי (ג'יגסו), מקדחה עם כוסות, מברגה, מלחם,
אקדח דבק חם, סיליקון, מספרי פח, מגלף חוטים, קאטר, מברגים וברגים שונים,
מד זווית וסרגל, טוש סימון וסרט מדידה.
לוקחים את תעלת החשמל וחותכים לאורך הרצוי.
לאחר החיתוך יוצרים מגרעות בכדי שהתעלה תוכל לשבת על המיכל.
לאחר מכן קודחים חורים בתחתית התעלה בקוטר של אלומת הלד באמצעות
כוסות קידוחי ייעודיים, במרווחים הרצויים ובהתאם לקוטר אלומת הלד ושטח הכיסוי המתוכנן:
נעבור למכסה התעלה:
חותכים את המכסה באורך המתאים, וקודחים חורים באמצעות כוסות קידוח,
בקוטר של המאווררים. החורים ימוקמו בדיוק מעל החורים של החלק התחתון:
ממקמים את המאווררים במקומם ובאמצעות דבק חם מקבעים אותם:
מחווטים:
וכעת, מגיע החלק המורכב יותר בפרוייקט.
לוקחים את תעלת המתכת וחותכים לאורך הרצוי
(מעט פחות מתעלת הפלסטיק בכדי שנוכל לסגור אותה בקצוות).
השתמשתי בתעלת מתכת מכמה סיבות:
ראשית חוזק מבני לתעלת הפלסטיק הגמישה, שנית, ולא פחות חשוב,
הלד מפיק חום רב העלול לשרוף אותו ויש לפזר את החום ממנו והלאה,
הדבר מושג באמצעות תעלת הפח.
בנוסף גם הדרייברים מתחממים ותעלת הפח מנדפת מהם את החום.
לבסוף, כל החלק האלקטרוני יושב בתעלה נשלפת אחת שניתן לחבר אליה הכול
ולשלוף אותה באם נצטרך לתקן או להחליף רכיב.
המאווררים ממוקמים מעל האזור אליו הלד מוברג ומסייעים בקירור היחידה.
ממקמים את הלדים לפי החורים שקדחנו קודם,
מבריגים אותם למקומם וקודחים חורים עבור החוטים היוצאים מהדרייבר אל הלד:
כעת להתקנת הדרייברים: בכדי לנצל את האוויר המוכנס מהמאווררים,
חרצתי חריצים במתכת מתחת לכל דרייבר בכדי לשנע את האוויר הנכנס מהמאווררים,
היורד לאזור הלד.
מכיוון שאין לאוויר מהיכן לצאת, הוא חייב לעבור דרך החריצים במתכת
ומשם לחריצים תואמים בגוף תעלת הפלסטיק.
מלחימים כל דרייבר ללד שלו ואוטמים עם סיליקון:
כעת נעבור להתקנת הטיימר: מאחר שהטיימר היה מעט גדול מתעלת המתכת,
יש לחתוך לטיימר פתחים במתכת בכדי שיידחס למבנה.
יש לשים לב שחתכתי רק את הצדדים אך השארתי את התחתית וזאת
בכדי לשמור על קשיחות המבנה.
התקנת הטיימר וחיווטו:
בדיקה, בדיקה....
נעבור לבניית התושבות לנורות הפלורסנט.
מאחר שרציתי שנורות הפלורסנט יהיו במקום בטוח והתעלה המחזיקה אותה לא תתעקם
או תינשור, החלטתי להעבירה לרוחב כל היחידה באמצעות חיתוך פתחים מתאימים
בתעלת הפלסטיק והמתכת
(כאן הפלסטיק לאחר צביעה ראשונית ולכן שאר התעלה מוגן באמצעות מגבון):
מבט רוחבי על החורים לכל רוחב התעלה:
וכעת ליצירת זוויות בתעלת 2 אצבעות לשם מיקום נכון ומדויק של נורות הפלורסנט:
סימון זוויות 45 מעלות לשם חיתוך החלק המיותר וכיפוף התעלה.
יצירת פתח להעברת כבלי חשמל מהצ'וק אל בתי הנורה:
לאחר מכן חתכתי פתח עבור השנאי 12V של המאווררים,
שהיה מעט גדול יותר מהתעלה.
טרם התקנתי את הפרופילים החתוכים של התלת 2 אצבעות מאחר שהם מקבעים
את התעלת מתכת ותעלת הפלסטיק יחד:
התקנת שנאי 12V:
כעת חתכתי קצוות סוגרים לתעלת הפלסטיק מהשאריות, וצבעתי אותם:
לאחר מכן הדבקתי קלקר מבודד חום בתעלת הפלסטיק וזאת בכדי ליצור חיץ
בין תעלת המתכת החמה לתעלת הפלסטיק:
קיבוע פרופיל תעלת 2 אצבעות ליחידה באמצעות דבק חם והוספת 2 מפסקים
עבור שליטה נפרדת במאווררים ובתאורת הפלורסנט (הנשלטים גם ע"י הטיימר).
כמו כן התקנתי את בתי הנורה של הפלורסנט ופתחתי פתח במכסה לתפעול הטיימר:
צובעים את כל היחידה בצורה אחידה.
אני בחרתי ב-4 שכבות של צבע כסף ו-3 שכבות של לקה.
לאחר מכן חתכתי זכוכיות לכיסוי תחתית התעלה שיגנו על הלד והדבקתי אותם באמצעות סיליקון:
בדיקה כללית:
הוספת רפלקטורים לפלורסנט (באדיבות אוהד אביר) וכיסויי מאווררים:
הגוף פועל אצלי מזה כחודש באקווריום ועליי לציין כי אני רואה שיפור רב בקצב גדילת הצמחייה,
עומק הצבע ובריאות הצמחים.
יחד עם זאת, אעיר כי ניתן יהיה להכתיר את הפרויקט כהצלחה רק לאחר
בחינה ארוכת טווח, יישום מסקנות ותיקונים נדרשים. אשמח לקבל הערות/הארות.
.jpg)
בהצלחה.....
פורסם בתאריך שבת, 07 בדצמבר בשעה 18:09:05 על ידי alon
