就是要讓你自己動手: 自製1.5尺LED水草燈

LED已經被大量應用在各式各樣的家電用品, 今日也看到許多水族、水草照明LED燈陸續在市場販售, 而相信許多同好也存有與筆者相同的疑問, 包括: LED光度是否足夠當水草燈? 投資LED燈價格是否合理? LED燈保養維修是否容易? LED燈是否能真正帶來真正省電? LED燈是否能真正取代傳統燈具??? 諸多問題, 透過以下的LED實作心得及淺見可供有興趣同好參考交流。

事先準備材料及工具

1. 鋁擠型管材x 48cm –用於1.5尺缸
2. 1W 高功率白光、紅光、藍光LED 白光 x10 、紅光x4 、藍光x3
3. LED專用變壓器 7x1W x2, 3x1W x3
4. 導熱型雙面膠若干,
5. 總電源開關 x1
6. 散熱膏
7. 導線
8. 焊錫絲
9. 螺絲
10. 絕緣膠帶
11. 束帶
12. 電源線
13. 烙鐵、3~5mm電鑽、螺絲起子、斜口鉗

所需鋁材燈座取得

根據LED廠商資料, 1W LED所需的有效散熱表面積總和建議≥50-60cm2(平方公分),
所以要依據手上可取得的鋁材, 量測實際鋁材的截面周長大小, 再透過計算才能得知能安裝LED的最多數量。
總散熱表面積cm2 = 截面周長cm x 鋁材長度 cm
我手上的鋁材截面周長是 27.2cm , 總長度48cm, 所以相乘後表面積等於 1,305平方公分。換算後最多可裝21-26個1 W LED, 為避免溫度太高我先裝17個試驗。
至於鋁材的來源, 網路有賣散熱效果良好的LED專用鋁材, 也可以直接去鋁門窗工廠找, 若有合適的斷面亦可利用, 且鋁門窗條價格應該比網路上便宜許多。

LED燈光顏色挑選

因為我燈具的主要用途是水草照明, 植物有利於進行光合作用的主要光譜是藍光 (400~520nm)和紅光(610~720nm), 相關研究說藍色波長有利於植物長葉, 而紅色波長則有利於開花及結果, 所以我選擇紅藍兩色, 來應用於水草種植。不同LED燈色使用比率為: 藍3、紅4、白10, 白光我挑色溫6,300K的這種, 沒選10,000K的這種, 因為超白光看起來太刺眼, 看久了眼睛會不舒服。有些理論說色溫高較有利於水草生長, 長見的水族PL燈管也都是色溫10,000K的, 或許下次可以挑10,000K的來試, 說不定效果會更好。

市面上已經有高於1W的3W LED燈珠, 其尺寸與1W相同, 但功率卻可多達3倍。就我個人的看法, 1W的白色燈珠, 目前技術已經可以輕易達到100lm, 雖3W可以達到180~200lm, 但其電流消耗確是1W的3倍, 除非是有特別因素, 否則1W的燈珠還是比較適用。節能、低溫昇、省成本應該是所有DIY同好的共同心聲吧!

不同燈色的LED燈珠

組裝LED

本來想利用2顆小螺絲固定一個LED, 心想這樣比較能確保散熱面及固定強度。但實際鑽完裝2孔準備裝設時, 發現螺絲固定比想像難許多, 且又耽心螺絲會傷到基板電路造成短路, 所以便打消種螺絲固定方式, 改以導熱型雙面膠替代固定。導熱型雙面膠網路有售, 儘量選以導熱率(Wmk)較高者為佳。在其他燈珠座與鋁材接觸面也塗抹散熱膏, 確保LED熱量能有效傳導到鋁材。

我的LED燈重點是觀察紅光及藍光效果, 但純粹這兩種紅藍組合燈呈現是粉紅色, 紅燈區??...也不適合來觀賞水草或魚蝦, 因此我再用10顆白光LED輔助, 讓觀賞時更加賞心悅目。

組裝變壓器

我共使用3個LED專用防水變壓器, 此種變壓器提供定電流電源, 且有短路保護, 其防水等級是IP67, 可預防燈座因意外掉入水缸造成危險(別說不可能, 機會還是有的...)。

變壓器本身也是高溫的製造者, 其產生的熱量可能不遜於LED本身, 所以擺放固定變壓器時亦需留意它的散熱問題, 絕對不要密封。

LED專用防水變壓器

l 實測

依據廠商資料10顆白光LED=100lmx10=1000lm, 4顆紅光LED=40lmx4=160lm, 3顆藍光LED=40lmx3=120lm, 3組加起來共17W約1267lm, 跟一個23W的省電燈泡流明值相近。
通上110V電源, LED產生的刺眼強光讓眼睛無法直視, 而水缸也因強大的光線似乎變得比先前更加清澈透明, 感覺真的是---爽!

17顆LED的DIY燈座外觀(正面)

17顆LED的DIY燈座外觀(背面)

DIY燈座外觀送電測試

接著拿出電流表來量測總電流, DIY燈座總電流是0.19A, 總耗電功率是20.9W, 效率為81%, 這與之前使用的燈具比較, 27W PL電流是0.41A耗電功率是41.5W, 另一組新買的T8 15W x2電流是0.3A耗電功率是33W, 所以新17W LED的電耗, 算是可以接受的。

耗電量:

以一天開燈8小時計, 17W LED比30W高功率T8省96.8W, 一個月約省3度電。比27W PL一天省164.8W, 一個月約省5度電。LED壽命5萬小時, 在工作5,000小時後會光衰3%。LED主要競爭力應不只是省電, 超長的工作壽命與其他燈座的設備更換應該是LED的主要優勢之一。

3個變壓器的電流分別是0.078A, 0.068A, 0.044A, 一般LED燈蕊都會強調散熱問題, 所以一開始只想到是LED本身的熱, 沒想到變壓器竟然也是另一個不容忽視的發熱源! 實測4小時後, 摸燈座覺得有點溫熱(約45C), 但還可以觸摸不致有燒燙疑慮。若夏天溫度太高, 則可使用風扇來散熱。測試時室溫約28度C

LED燈放在魚缸上, 感覺亮度比原來的15W x 2的高功率T8好, 但憑”感覺”終究還是不客觀, 應以其他較有感的方式來比較……在連續開燈實測1小時後, 鹿角苔率先產生明顯氣泡, 其他之前較少有冒泡的小水蘭也冒出細微的氣泡串。2~3小時後, 竹節草葉片也有氣泡……基於上述的比較結果, 這個17W DIY燈座, 比目前服役的15WX2高功率T8還省電, 在功能上我已確信自製LED燈座已能取代傳統T8水族照明燈具, 且也足以當作為水草缸的照明使用而毫無遜色。

美的冒泡的鹿角苔

受限於實驗鋁材的取得及配線都會影響到美觀, 這應該是DIY燈座唯一的缺點吧! 但若以傳統燈具修改, 使用原本鋁擠型燈殼, 則能彌補這外觀的遺憾。

水族同好若跟我一樣還猶豫選用何種燈具時, 看完這個實驗後應該可以放心, LED絕對是條對的路。下次燈具壞了, 別忘了可以自己幫燈座升級!

此燈具未使用反射板及PC保護片, 但實際LED基座離水面至少9公分以上, 應該不易造成危險。

(後記)

這個17W的LED燈已使用了3年8個月(到2017年6月), 第一次故障大約是在前年, 另一次故障是前幾天的一顆藍光LED, 兩次都是燈珠問題。亮度部分, 沒有感覺到色衰(或許是肉眼感覺不出來), 所以可說是CP值很高的一個燈具。
使用電功率 15.62W (110V x0.142A), 電流比原先的0.192A有衰退26%, 輸出功率已比原先少了5.5W, 不夠因沒有感覺到亮度明顯衰退, 所以應該可以再撐一陣子。