Experiment: Künstliches Sonnenlicht zu Hause erzeugen
(victorpoughon.fr)- Ein Maker mit Software-Hintergrund baute statt des DIY-Perks-Ansatzes mit 500-W-LED und 1,2-m-Parabolreflektor eine erste Version eines dünneren künstlichen Sonnenlichts mit Linsengitter und LED-Gitter
- Kern des Designs: 36 quadratische 30-mm-Linsen und 36 LEDs werden in einem 6x6-Raster ausgerichtet; jede LED sitzt im Fokus der zugehörigen Linse und erzeugt so parallelisiertes Licht
- Das fertige Gerät besteht aus einer 180x180 mm großen Leuchtfläche, etwa 55 mm effektiver Brennweite, zwei PMMA-Linsen, LUXEON-2835-3V-LEDs, KiCad-PCB, CNC-Aluminiumteilen und einer Rayleigh-Streuschicht aus Inkjet-Folie
- Die Illusion, dass das Licht aus großer Entfernung kommt, und starke Hell-Dunkel-Kontraste wurden erreicht; die Helligkeit blieb jedoch unter dem Ziel von 10.000 lux und wurde auf 1.000–10.000 lux geschätzt, zudem war das Linsengittermuster sichtbar
- Die Gesamtausgaben lagen bei etwa 1.000 €, die reinen Teilekosten des finalen Geräts ohne Versand werden auf etwa 300 € geschätzt; eine nächste Version braucht höhere Leistung, größere Fläche und präzisere optische sowie mechanische Konstruktion
Ziel und Ansatz
- Ausgangspunkt war ein Video von DIY Perks zu künstlichem Sonnenlicht auf Basis einer 500-W-LED und eines 1,2-m-Parabolreflektors; Ziel war eine kompaktere Bauform
- Statt eines Parabolreflektors wurde eine Struktur gewählt, bei der kleine Linsen in einem Raster angeordnet sind und jeder Linse eine LED zugeordnet ist
- Die Gerätedicke wird durch die Brennweite der einzelnen Linsen bestimmt, wodurch sich das Gesamtvolumen reduzieren lässt
- Mehrere LEDs mit niedrigerer Leistung statt einer einzelnen Hochleistungs-Lichtquelle können für das Wärmemanagement vorteilhaft sein
- Der Maker verfolgte zugleich das Ziel, Fertigung und 3D-Design zu lernen, und ging das Projekt aus einer softwarezentrierten Perspektive an
- Für CAD-Modellierung wurde hauptsächlich build123d verwendet
- Für die finale Montageprüfung und einige Experimente kamen FreeCAD und OpticsWorkbench zum Einsatz
- Für das PCB-Design wurde KiCad verwendet
- Für optische Simulation und Optimierung schrieb er Python-Code; daraus wurde später das Open-Source-Projekt torchlensmaker
- Für PCB-Bestückung sowie CNC-gefertigte Aluminium- und Kunststoffteile wurden JLCPCB und JLCCNC genutzt
Spezifikationen des finalen Geräts
- Das fertige Gerät ist ein auf dem Schreibtisch funktionierendes 6x6-LED- und Linsenarray
- Mechanische Spezifikationen
- Seitenlänge eines Linsenquadrats: 30 mm
- Effektive Brennweite: 55 mm
- Array-Größe: 6x6, insgesamt 36 LEDs
- Gesamte Leuchtfläche: 180x180 mm
- Hauptkomponenten
- Linsen: ein CNC-gefertigtes bikonvexes Linsenarray und ein plankonvexes Linsenarray aus PMMA-Acryl
- Linsen-Nachbearbeitung: Vapor-Polish-Finish
- LED: LUXEON 2835 3V, Ref 2835HE, CRI 95+, Farbtemperatur 4000K, 65 mA
- PCB: Custom-Design
- Halterungsteile: CNC-Aluminium-60601-Teile und schwarz-matte 3D-gedruckte Resinteile
- Rayleigh-Diffusionsschicht: wasserfeste Inkjet-Druckfolie
Designanforderungen für künstliches Sonnenlicht
- Um künstliches Sonnenlicht zu erzeugen, braucht es vier Elemente
- Parallelisiertes Licht, das Licht imitiert, das wie von der Sonne aus großer Entfernung kommt
- Hohe Farbqualität, hier gemessen an CRI 95+
- Rayleigh-Streuung oder deren Simulation
- Ausreichend Leistung
- Sonnenlicht ist mit etwa 100.000 lux sehr hell, doch der erste Prototyp zielte zur Reduzierung des Stromverbrauchs auf 10.000 lux
- Da Helligkeitswahrnehmung logarithmisch ist, wurde angenommen, dass auch ein Zehntel der Intensität subjektiv fast ähnlich wirken kann
- Die tatsächliche Wirkung des finalen Designs wurde auf 1.000 bis 10.000 lux geschätzt
- Wichtige Variablen beim rasterbasierten Design sind der Lichtstrom der einzelnen LED und die Fläche der einzelnen Linse
- Für High-CRI-SMD-LEDs wurde ein typischer Lichtstrombereich von 30 bis 130 Lumen angenommen
- Da es Linsenabsorption und Verluste an den Seitenwänden gibt, kann die optische Gesamteffizienz nicht perfekt sein; sie wurde daher mit 0,5 angesetzt
- Unter diesen Bedingungen wurde die Linsenseite auf 30 mm festgelegt
Linsen und optisches Design
- Mit einer idealen Punktlichtquelle und einer perfekten Linse ließe sich allein durch Platzierung der Lichtquelle in der Brennweite paralleles Licht erzeugen; reale LEDs und Linsen sind jedoch anspruchsvoller
- LEDs sind keine Punktlichtquellen
- Linsen haben Aberrationen
- Mechanische Position und Ausrichtung sind nicht perfekt
- Das Abstrahlmuster der LED ist nicht isotrop, sodass die Intensität zur Linsenmitte hin größer ist
- Nach optischer Simulation und numerischer Optimierung in Python wurde eine Zwei-Linsen-Struktur gewählt
- Linse 1: bikonvexe Parabollinse
- Linse 2: plankonvexe Parabollinse
- Die effektive Brennweite des Zwei-Linsen-Systems beträgt etwa 55 mm
- Die Brennweite ist ein großer Trade-off zwischen Fertigung, Effizienz und Dicke
- Um die Oberflächenkrümmung zu reduzieren, ist eine längere Brennweite vorteilhaft
- Um aus dem LED-Abstrahlmuster mehr Licht einzusammeln, erschien eine kürzere Brennweite besser
- Um die Gerätedicke zu reduzieren, muss auch die Brennweite kürzer sein
- Das Zwei-Linsen-System wurde gewählt, um die Oberflächenkrümmung des Linsenarrays zu verringern und damit die CNC-Fertigungskosten zu senken
- Stark gekrümmte Gitterlinsen erzeugen zwischen den Linsen talartige Formen, was die CNC-Bearbeitbarkeit verschlechtert
- Mit build123d wurde ein 3D-Modell erzeugt, in dem die Linsen als Raster gestapelt und Montageränder hinzugefügt wurden
- Da sich Designparameter wie Array-Größe und Linsendicke allein durch Python-Variablen anpassen ließen, war die Design-Exploration einfach
- Die Fertigungskosten der PMMA-Acryllinsen lagen bei etwa 55 €
LEDs und PCB
- Ursprünglich wollte er YUJILEDS 3030 G04 verwenden, doch diese werden in Rollen zu 5.000 Stück verkauft und eine Rolle kostet 1.000 US-Dollar, daher wurden sie für Version 1 nicht genutzt
- Für Version 1 fiel die Wahl auf LUXEON 2835 3V
- Etwa dreimal weniger hell als YUJILED
- Gute Farbwiedergabe und das gewünschte SMD-Package
- Bei JLC Global Sourcing betrug die Mindestbestellmenge 50 Stück
- Mit KiCad wurde ein Custom-PCB entworfen
- Jedes PCB trägt 6 LEDs
- Die Schaltung entspricht zwei parallel geschalteten Segmenten eines 12-V-LED-Streifens
- Dadurch lässt sich ein Standard-12-V-Steckernetzteil verwenden
- Das PCB dient nicht nur der Stromverteilung und Stromregelung, sondern übernimmt auch eine mechanische Funktion, indem es die LEDs präzise an den Brennpunkten der Linsen platziert
- Das 3D-Modell des PCB wurde nach FreeCAD importiert, um Aluminium-Basisplatte, Lichthaube und Lochpositionen zu prüfen
- Python-Code gab die exakten LED-Koordinaten aus, die anschließend in den KiCad-Layout-Editor eingegeben wurden
- PCB-Fertigung und Bestückung wurden JLCPCB überlassen, sodass in diesem Schritt kein eigenes Löten nötig war
Mechanische Teile und Montage
- Für die Montage wurden drei Custom-Teile entworfen
- Basisplatte: trägt PCB und Seitenwände und enthält Löcher, durch die das LED-Licht hindurchtritt, sowie partielle Aussparungen für die Dicke der SMD-Widerstände
- Seitenwand: enthält Nuten für die Linsen und Befestigungsnuten für die Basisplatte; verwendet Gewindebohrungen für M2-Schrauben
- Lichthaube: ein schwarzes Resinteil, das das Licht jeder LED kegelförmig oder pyramidenförmig begrenzt, sodass es nur zur jeweiligen Linse gelangt
- Die Haube wurde aus schwarzem Resin 3D-gedruckt, die Wände und die Basisplatte wurden aus Aluminium 60601 CNC-gefräst
- In der realen Montage wurden die ursprünglich vorgesehenen grünen Halterungen nicht verwendet
- Der Kastenaufbau war schon mit Wänden und Basisplatte ausreichend steif
- Dadurch blieben ungenutzte Löcher in den Seitenwänden zurück
- Der größte Designfehler war die zu geringe Breite der Linsen-Haltenuten
- Die 1,2 mm dicke Linsenkante sollte in eine 1,22-mm-Nut passen, doch wegen Fertigungstoleranzen und der Dicke der schwarz-matten Anodisierung passte sie nicht
- Acht Nuten wurden von Hand mit einem 1,5-mm-Metallbohrer erweitert, was insgesamt 2–3 Stunden dauerte
- Die Stromverkabelung wurde an die PCB-Strompins und eine 12-V-Strombuchse gelötet
- PCB und Haubenteil teilen sich gemeinsame Befestigungslöcher, sodass pro PCB-Hauben-Paar zwei Schrauben verwendet werden
- Das ohne Linsen sichtbare LED-Licht ist nicht das beabsichtigte Nutzlicht, sondern bleed light
Simulation der Rayleigh-Streuung
- Das letzte Element ist die Simulation von Rayleigh scattering, dem physikalischen Phänomen, durch das der Himmel blau erscheint
- Im Video von DIY Perks wurde eine selbst hergestellte Flüssiglösung mit Partikeln geeigneter Größe verwendet, doch dieser Ansatz wurde als unpraktisch eingeschätzt
- Als Referenz diente eine Entdeckung im diyperks forum, wonach Inkjet-Druckfolie einen ähnlichen Effekt erzeugt
- Verwendet wurde zugeschnittene transparente Inkjet-Folie aus einem lokalen Bürobedarfsgeschäft
- Da dieser Schritt im ursprünglichen Design nicht berücksichtigt war, wurde sie mit schwarzem Isolierband befestigt
- Im finalen Build kamen zwei Lagen Inkjet-Folie zum Einsatz
Kosten und Ergebnis
- Die Gesamtausgaben beliefen sich auf etwa 1.000 €
- Darin enthalten sind fehlende Werkzeugkosten, verworfene Prototypenteile, wegen Mindestbestellmengen übrig gebliebene LEDs und PCBs sowie Verbrauchsmaterialien wie Schrauben
- Die tatsächlichen Teilekosten für den Bau eines finalen Geräts werden ohne Versand auf etwa 300 € geschätzt
- Die teuersten Komponenten sind die PMMA-Linsen und CNC-Teile wie Aluminium-Basisplatte und -Wände
- CNC-Teile machen etwa zwei Drittel des Gesamtpreises aus
- PCB, Bestückungsservice, LEDs und 3D-gedruckte Kunststoffteile sind vergleichsweise günstig
- Als künstliches Sonnenlicht ist es eher ein Teilerfolg
- Die Illusion, dass das Licht beim Bewegen des Kopfes nach links und rechts aus großer Entfernung hinter dem Objekt kommt, funktioniert
- Wenn die Augen in den Lichtstrahl geraten, nimmt die Intensität plötzlich stark zu, was auf eine gute Kollimation hindeutet
- Ohne Sonnenbrille ist ein direkter Blick schwierig, und wegen des starken Kontrasts zwischen emittiertem Licht und Umgebung ist auch Fotografieren schwierig
- Die Schwächen sind ebenfalls klar
- Die Gesamthelligkeit ist zu gering
- Die Form des Linsengitters ist im Intensitätsmuster sichtbar
- Das Gittermuster ist nicht stark störend, lässt aber Raum für Verbesserungen
Änderungen für die nächste Version
- Falls es eine Version 2 gibt, muss zuerst die Leistung erhöht werden
- Um näher an einen überzeugenden Effekt zu kommen, müsste die Lichtleistung etwa 3- bis 5-mal höher sein
- Auch ein Ziel, das zehnmal heller ist als dieser Prototyp, wird nicht als unrealistisch angesehen
- Auch die Fläche muss größer werden
- Der aktuelle Prototyp misst 18 cm x 18 cm, sodass man in einem schmalen geraden Lichtstrahl sitzen muss, um den Effekt zu spüren
- Eine künftige Version müsste 2- bis 4-mal größer sein, um eher einem künstlichen Fenster nahezukommen
- Ein besseres optisches Design ist nötig
- Ein refraktionsbasiertes Design wird für machbar gehalten, erfordert aber sehr präzises optisches Design und enge mechanische Toleranzen
- Ein gitterförmiges refraktives Design ist sehr empfindlich gegenüber Position und Ausrichtung der Komponenten
Vorteile des gitterförmigen refraktiven Designs
- Die Fläche lässt sich durch Stapeln mehrerer identischer Geräte vergrößern, wodurch das Konzept skalierbar ist
- Die Blende macht etwa 5 % der gesamten Leuchtfläche aus und könnte weiter reduziert werden
- Durch viele Wiederholelemente entstehen selbst in der Prototypenphase teilweise Skaleneffekte
- Die Gesamtgröße beträgt 19 cm x 19 cm x 9 cm und ist damit klein im Verhältnis zur Brennweite von 5 cm und zur Leuchtfläche von 18 cm x 18 cm
- Reflektorbasierte Produkte wie der DIY-Perks-Ansatz oder CoeLux erreichen diesen Formfaktor seiner Einschätzung nach nicht
- Auch das Wärmemanagement ist strukturell vorteilhaft
- Das aktuelle Gerät ist so leistungsschwach, dass es stabil mit einem 12 V / 3 A-Steckernetzteil läuft
- Da nicht eine einzelne Lichtquelle gekühlt wird, sondern viele LEDs proportional zur Fläche verteilt sind, gibt es Spielraum zur Skalierung
- Bei Skalierung könnte das Hauptwärmeproblem eher die Kühlung des Netzteils als die Lampe selbst sein
Softwarezentrierter Herstellungsansatz
- Der codebasierte Designansatz spielte im gesamten Projekt eine große Rolle
- Am Ende stand die Erkenntnis, dass er PCB, 3D-Modell, Montage und Tests per Code behandeln möchte
- Besonders mächtig war, dass sich bei Änderung eines Parameters das gesamte Design per Skript aktualisieren ließ
- Der ideale Ablauf wäre, durch reines Ausführen eines Skripts alle Fertigungsdaten zu erzeugen
- GERBER
- BOM
- 3D-Modell
- Mechanische Zeichnungen
- Technische Diagramme
- Automatische Toleranzprüfung
- Elektrische Prüfung
- Auch im PCB- und CAD-Bereich entstehen interessante Tool-Flows wie CI/CD auf Basis von KiCad und GitLab
- Ob Zeit für eine Version 2 bleibt, ist unklar; am Ende entstand jedoch eine ungewöhnliche Lampe, und der Bauprozess selbst machte ebenfalls Spaß
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Sehr cool. Ich bin CEO von Innerscene (https://innerscene.com) und wir bauen kommerzielle künstliche Oberlichter, die ein ähnliches Konzept nutzen.
Tatsächlich ist das CoeLux-Modell HT25 fast identisch mit dem, was hier gebaut wurde, nur dass es eine kleinere Linse und mehr LEDs verwendet; der Effekt ist aber noch nicht besonders gut. Die Sonne sieht aus wie eine riesige Kugel, und schon aus ein paar Fuß Entfernung ist sie kaum noch als Sonne zu erkennen. Wir haben viel Zeit darauf verwendet, perfekt kollimiertes Licht zu erzeugen, die Linsenränder zu verbergen und einen nahtlosen, fleckenfreien Himmelsblick zu schaffen; ich denke, die letzten 10 % dieses Problems machen 90 % der Arbeit aus. Wir haben es zu einem gewissen Grad gelöst, verwenden derzeit aber viele teure Komponenten und arbeiten daran, die Kosten zu senken. Wenn man nach Innerscene-Patenten sucht, findet man viele Details zu unserem Ansatz; außerdem haben wir viel Zeit in Simulationen und Software gesteckt.
Bei kommerziellen LEDs sieht man, sobald man sie mit einem Spektrometer misst, dass die tatsächlichen Spektren sehr unterschiedlich sind, selbst bei hoher Farbwiedergabe. Besonders schlimm wird es, wenn man eine Farbtemperatur möchte, die nicht 6500 K beträgt. Als ich eine Nachtlampe für einen E-Ink-Desktop gebaut habe, wollte ich das Spektrum von natürlichem Mittagslicht bis hin zu Kerzenlicht in der Nacht verändern; am Ende habe ich Halogenlampen verwendet, die man mit niedrigerer Spannung betreiben konnte. Ursprünglich hatte ich auch über ein neuronales Netz nachgedacht, das mehrere LEDs auf eine Ziel-Farbtemperatur regelt, aber ein Spektrometer und eine Vorrichtung zu bauen und als Teil des Backpropagation-Algorithmus zu kalibrieren, ging über meinen Interessensbereich hinaus. Bei Halogen brauchte ich für Glühlampen aus derselben Charge nur eine Temperatur-Spannungs-Lookup-Tabelle.
Auf einer Seite meines Hauses gibt es ein echtes Oberlicht, und ich würde so etwas gern auf der anderen Seite anbringen; eine Mischung aus klarem Himmel und bedecktem Himmel sähe vermutlich seltsam aus.
Das Problem, das ich bei diesem Aufbau sehe, ist, dass ihm wie den meisten hocheffizienten LED-Leuchten rote Wellenlängen fehlen.
Echtes Sonnenlicht enthält auch am sehr roten Ende des sichtbaren Spektrums, um 700 nm, noch beträchtliche Energie, und außerdem ziemlich viel Infrarot. Solche Lampen haben zwei Spektralspitzen: einen schmalen blauen Peak um 450 nm und einen breiten grünen Peak um 580 nm. Dieser grüne Peak fällt steil ab, sodass am roten Ende kaum Energie vorhanden ist. Die Zapfen im Auge haben drei Empfindlichkeitsmaxima: blau S, grün M und gelb L. Das Gehirn nimmt Rot über die L-Zapfen wahr, aber die L-Zapfen sind für tiefes Rot wie 700 nm wenig empfindlich. Deshalb glauben wir, dass LED-Lampen Rot erzeugen, tatsächlich senden sie aber nicht viel rote Energie aus, sondern stimulieren nur die L-Zapfen. Unser Körper ist empfindlich für tiefrotes Licht, und auch Cytochrome in den Mitochondrien reagieren darauf. Es gibt sogar Experimente, bei denen die Bestrahlung der Haut mit rotem Licht den Zuckerstoffwechsel verbessert hat; wenn man bedenkt, dass wir nackte Menschenaffen sind, die sich unter rotreichem Sonnenlicht entwickelt haben, ergibt das Sinn. Diese Lampen können also wie Sonnenlicht aussehen, aber ihnen fehlen einige wichtige Wellenlängen.
Der zweite Peak liegt nahe 650 nm, und obwohl er recht schnell abfällt, ist bei 700 nm immer noch ordentlich Leistung vorhanden. Kurz gesagt: Sie ist deutlich besser als die schlechten weißen LEDs, an die man üblicherweise denkt.
Im Vergleich dazu hat die im Originalbeitrag gewählte LED ein eher schlechtes Leistungs-Verteilungsspektrum. Auch die Farbtemperatur liegt bei 4000 K und ist damit niedriger als Tageslicht, das ungefähr 5500 K hat. Als künstlerische Entscheidung ist das in Ordnung, aber es dürfte kaum gegen saisonale affektive Störungen helfen.
Als ich „künstliches Sonnenlicht“ las, hatte ich gehofft, das Spektralspektrum dieser Beleuchtungslösung zu sehen; etwas enttäuschend war, dass nur „CRI 95+“ angegeben ist
https://www.youtube.com/watch?v=lH_owRxupC0
Dieses Video behandelt die Grenzen des CRI sehr gut und erklärt CRI, erweiterten CRI, TLCI, TM-30 und SSI ausführlich. Helligkeit und Farbtemperatur sind nur ein kleiner Teil von Beleuchtung, und ich wünschte, mehr Menschen würden den Nutzen erkennen, selbst Spektralmessungen vorzunehmen, um die für sie passende Beleuchtung zu finden. Meine Freunde mögen oder mögen sehr unterschiedliche spektrale Verteilungen nicht, aber abgesehen von „diese Glühbirne ist gut/schlecht“ fehlt ihnen die Sprache und Erfahrung, um ihre Vorlieben zu erkennen oder zu vermitteln. Ich verwende hauptsächlich LED-Lampen, um Wärmeentwicklung zu reduzieren, denn in Houston zahlt man einmal, wenn man Wärme erzeugt, und ein zweites Mal, wenn man sie mit der Klimaanlage wieder entfernt. Trotzdem mische ich etwas Glüh- oder Halogenlicht mit 2400–3000 K bei, um für all die Farben der Welt vollspektrale Schwarzkörperstrahlung zu ergänzen
Wirklich cool. Ich baue gerade eine Lampe, die in Innenräumen Beleuchtungsstärken auf Tageslichtniveau liefert. Ohne Rayleigh-Streuung oder kollimiertes Licht, aber auf der hellen Seite sind es nicht etwa 4.500 Lumen, sondern 50.000 Lumen https://getbrighter.com/
Schon cool, aber Brightness Enhancement Film bekommt man auf AliExpress sehr billig https://www.aliexpress.com/i/2255799825024246.html
Brightness Enhancement Film ist eine transparente optische Folie mit dreischichtigem Aufbau. Die untere Eintrittsfläche sollte durch eine rückseitige Beschichtung einen gewissen Haze bieten, in der Mitte liegt eine transparente PET-Trägerschicht, und oben befindet sich eine Mikroprismenstruktur. Die Mikroprismenschicht steuert die Lichtstärkeverteilung durch Brechung, Totalreflexion und Lichtbündelung, während das Licht die Mikroprismenstruktur an der Oberfläche passiert; sie sammelt vom Lichtquellbereich gestreutes Licht nach vorn und lässt auch ungenutztes Licht außerhalb des Betrachtungswinkels passieren. Damit ähnelt sie dem Design, nur sind die Rillen sehr klein
DIY Perks hat ebenfalls versucht, zu Hause künstliches Sonnenlicht zu bauen, und sich dabei auf Dinge wie Rayleigh-Streuung konzentriert. Ein sehenswertes Video
https://www.youtube.com/watch?v=6bqBsHSwPgw
Beim Lesen des Artikels sehe ich, dass DIY Perks dort auch direkt erwähnt wird. Das Design des Originalartikels ist deutlich kleiner. „Die Gesamtgröße beträgt 19 cm x 19 cm x 9 cm und ist damit angesichts einer Brennweite von 5 cm und einer effektiven Beleuchtungsfläche von 18 cm x 18 cm ziemlich klein. Reflexionsbasierte Designs wie im DIYPerks-Video oder kommerzielle Produkte wie CoeLux erreichen einen solchen Formfaktor nicht“
Verwendet werden ein Mülleimer, eine sehr helle LED-Lampe und eine Kunststoff-Buchlupe. Der entscheidende Trick ist, dass man große flache Fresnel-Linsen aus Kunststoff im Zeitschriftenformat für etwa 10 Dollar bekommt. Die Lösung im Originalartikel ist sicher besser, aber man kann so etwas auch billig und ohne 3D-Druck oder praktisch irgendwelche besonderen Fähigkeiten bauen
Bei der Stelle „das wichtigste thermische Problem beim Skalieren wird wohl nicht die Lampe sein, sondern die Kühlung des Netzteils“ würde ich, wenn man dieses Gerät vergrößert, ein ATX-Netzteil in Betracht ziehen
Es ist relativ groß, hat normalerweise eine aktive Kühlung im Inneren und kann bei 12 V problemlos mehrere Hundert Watt liefern. Oft gibt es hinten auch einen Ein-/Ausschalter, es ist relativ günstig, und zumindest solange man nicht weit über 500 W hinausgeht, ist es überall erhältlich. Normalerweise muss man nur die PS_ON-Leitung mit Masse verbinden, dann schaltet es sich beim Einschalten ein
Eine ziemlich gute Kopie von Sonnenlicht gibt es bereits: Philips CDM. Ich habe sie für den Cannabisanbau verwendet, und dabei entstand der üppigste Busch, den ich je gesehen habe; auch die Blüten waren 10/10.
Sie war eine Zeit lang eingestellt, aber es freut mich, dass sie offenbar wieder produziert wird.
https://www.futuregarden.co.uk/philips-ceramic-discharge-met...
Wenn der Stromverbrauch kein Problem ist, würde ich jederzeit eine CDM-Lampe gegenüber Alternativen einschließlich LEDs wählen. „Philips daylight CDM-Lampen sind hocheffiziente Keramik-Metallhalogenidlampen mit einer spektralen Ausgabe, die natürlichem Sonnenlicht nahekommt. Dadurch bilden Pflanzen mehr Seitentriebe, kürzere Internodien, mehr Blühstellen und ein größeres Wurzelsystem, was zu gesundem Wachstum und hochwertigen Ernten führt. Philips CDM-Lampen halten ihre hohe Leistung über eine durchschnittliche Lebensdauer von 30.000 Stunden.“
Ich frage mich, warum Leiterbahnen statt breiter Kupferflächen verwendet wurden. Es sieht nach 7 Signalen pro Board aus, und offenbar sollten sie alle eine niedrige Impedanz haben.
Man hätte auch das Kupfer auf der Rückseite des Boards freilegen und ohne Zusatzkosten als provisorischen Kühlkörper nutzen können. Um Schleifeneffekte in der Schaltung muss man sich vermutlich nicht einmal sorgen, aber die seltsame kleine dreieckige Schleife auf der Rückseite fällt ziemlich auf.
Tatsächlich gibt es pro Board nur zwei Leitungen: VCC und GND. Anfangs hatte ich SMD-Header-Pins geplant, sie am Ende aber nicht verwendet; es reichte, die Drähte an die freiliegenden Pads zu löten. Ich hatte 8 Anschluss-Pads pro PCB vorgesehen, in der finalen Montage wurden aber nur 2 bis 4 genutzt. Beim PCB-Design gibt es also wirklich viel Verbesserungspotenzial, und wenn ich eine Version 2 mit höherer Leistung bauen will, muss ich dafür wohl Zeit investieren.
Ich würde gern das optische Spektrum der LEDs sehen. Um Sonnenlicht nachzubilden, braucht man Vollspektrum-LEDs wie die bei Pflanzenlampen beliebten Samsung-LM301-Serien.
Nicht alle LEDs sind gleich, und selbst LEDs in vielen „Grow“-Leuchten zeigen oft nur zwei scharfe Peaks bei roten und blauen Wellenlängen. Vollspektrum-LEDs geben Farben über das gesamte sichtbare Licht aus. Mit bloßem Auge lässt sich das nicht erkennen; man muss entweder Produkte eines Herstellers kaufen, dem man vertrauen kann, oder sich, wie ich es gemacht habe, mit einem Raspberry Pi mit kleiner Kamera, einer Spektrallinse und Python-Code ein günstiges optisches Spektrometer bauen. Wenn es dich interessiert, findest du per Websuche Anleitungen.
Um das Sonnenspektrum genau zu reproduzieren, muss man im Grunde das Schwarzkörperspektrum bei einer Oberflächentemperatur von 5500 °C nachbilden, abzüglich der Absorptionsbänder von Wasserdampf und atmosphärischen Gasen zwischen Sonne und uns. Außerdem setzt sich das Sonnenspektrum ober- und unterhalb des sichtbaren Lichts fort: Infrarot lässt uns Wärme spüren, Ultraviolett sorgt für Bräune und Sonnenbrand. Realistisch betrachtet sind die Spektren der meisten kommerziellen LEDs im Vergleich zu Sonnenlicht sehr spitz. Durch Mischen verschiedener LED-Typen und Hinzufügen von Filtern lässt sich das teilweise korrigieren, aber so etwas findet man eher bei sehr teuren Filmleuchten wie dem Arri Skypanel.