男のロマン? 1980円+αからはじめる水槽用LED照明の自作

※9/26追記:参考値として、Android向け明るさ測定アプリ『QUAPIX Lite』にて測定した照度を記載しました。


≪関連項目≫
男のロマン? 1980円+αからはじめる水槽用LED照明←今ここ
 LEDテープを使って1号機(90連装)・2号機(植物用78連装)を作りました。
底面排水サテライトの経過 アベさんも!
 サテライト用に、3号機こと超小型LED照明を作りました。
空冷式144連装LED照明、稼働中
 冷却ファン付きのLED照明を作りました。


 水槽用ライトのメインストリームが、蛍光灯からLEDに変わってきました。

 最初は「暗い」と言われていた性能も向上し、薄くて省電力、球の交換が不要であることがメリットとして挙げられています。
 しかし、相変わらず安いとは言えない商品でもあります。


(いずれも60cm水槽用)

 ところで、最近ではLEDテープなるものが出回っています。


 テープ状の基板の上にLEDチップと配線が実装されていて、好きな長さに切って使えるという優れものです。
 店舗等の間接照明やショーケース内のライトアップ、DQN車のライトアップなどに使われているのですが、これを使って水槽用の照明を作ってみました。

 しかも、勢い余って2台も作ってしまいました(5mもあるんだもん・・・)。


★1号機:90連装・高輝度激安LEDライト
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(材料)
LEDテープ白:1,980円/5m(1.5mしか使っていないので、100cm890円と50cm570円との組合せで買えば1,460円で済みます。でも520円足して3.5m増えるんだったらそっちを選びますよね)
鋼材:0円(網戸を作った余り)
ACアダプタ:108円(ジャンク品)
導線:200円/5m(使用したのは1m程度)
 計 2,288円
44cm離れた場所での照度:917lx

★2号機:78連装・水草が育つかもしれない3色LEDライト
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(材料)
LEDテープ赤:570円/50cm
LEDテープ白:0円/50cm(1号機の余り。単体で購入した場合570円)
LEDテープ青:450円/30cm(50cmが欲しかったのですが、売り切れていました。現在は在庫があるようです)
鋼材:428円/1m(アルミじゅうたん押さえ)を60cm使用
ACアダプタ:0円(1号機と共用)
導線:0円(1号機の余り。購入した場合80円/2m)
ギボシ端子 丸ダブル オス・メスセット:108円(百均)
平型端子 オス・メスセット:108円(百均)
 計 1,664円
44cm離れた場所での照度:497lx

★1号機+2号機並列運転:168連装LEDライト
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(材料)
LEDテープ赤:570円/50cm
LEDテープ白:1,980円/5m(使用:2m程度)
LEDテープ青:450円/30cm
鋼材:0円+428円
ACアダプタ:108円
導線:200円/5m(使用:3m程度)
ギボシ端子 丸ダブル オス・メスセット:108円
平型端子 オス・メスセット:108円
 計 3,952円

 さらに、L型水槽に使える長さ40cmのライトを作るだけの材料がまるまる余っています。

 では、製作過程(というほど大したものじゃないですが)を紹介したいと思います。

《 ご 注 意 》

・本記事では100Vの電力を使用する電気製品を製作する過程、ならびに完成品の動作状況を記述しています。電気製品の製作途中および完成後の使用には、さまざまな要因による感電・発熱・発火などの危険が伴います。本記事には、電気製品の自作を推奨する意図はありません。
・今回使用したLEDテープの光束に関するスペックは不明です。
・スペクトル計がありませんので、作成したLEDライトのスペクトル分析はできません。
・本記事の写真はコンパクトデジカメで撮影したものです。人間が肉眼で確認可能な色彩を再現できているものではありません。


 まずは、1号機の材料と作り方です。


★LEDテープ

 LEDテープによく使われているLEDチップのタイプには3528、5050などがあります。
 特徴は以下のとおりです。

3528チップ
・大きさ:縦横3.5mm×2.8mm
・発光素子数:1素子
・消費電力:0.06W
・光束:4lm~8lm(英語版Wikipediaでは5.4lm)
・LEDテープの幅:8mm

5050チップ
・大きさ:縦横5.0mm×5.0mm
・発光素子数:3素子
・消費電力:0.24W
・光束:12lm~22lm(英語版Wikipediaでは16~18lm)
・LEDテープの幅:10mm

 ありていに言えば、5050チップは3528チップの3倍明るく、3倍以上電気を食うということになります。
 本来、LEDテープはライトアップなどの装飾用のものであり、照明として使われることは前提とされていないため、今回は明るさを求めて5050チップを選びました。
 また、水槽用に使用するため、耐水性のあるものを選びました。

 今回購入したLEDテープは、こちらです。


 1,980円で購入しました。うわ、安くなってる!

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 とりあえず点灯してみました。
 ※熱がこもるため、リールに巻いた状態での点灯は控えた方がよいそうです。


★LEDテープを貼りつける鋼材
 LEDテープを水槽の上に載せるには、LEDテープを貼る土台が必要となります。
 材質は、LEDの発熱を吸収させることを考えると、金属が無難でしょう。
 今回は、家に余っていたアルミ材を使いました。

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 おととしの日記で紹介した、自作網戸組立キットの余りです。
 家にたまたま網戸の廃材が余っている、というシチュエーションは少ないと思いますが、ホームセンターに行けば長さ1mのアルミ材が数百円で入手できます。
 また、アルミを切断する金属ノコギリは、百均で入手できます。

 ホームセンターで購入する際のおすすめは、断面がL字型(いわゆるアングル)や、コの字型(いわゆるチャンネル鋼)になっているアルミ材です。
 底辺にLEDテープを貼れば、残りの面が放熱板として機能してくれるからです。
 LEDテープを何本貼りたいかを先に決めておいてから、必要な幅のアルミ材を探すといいでしょう。
 

 今回は60cm水槽用の照明を作るので、水槽の幅に合わせてアルミ材を60cmで切断しました。


★ACアダプタ

 利用したいLEDテープと電圧が一致し、なおかつ電流の許容量が充分に大きいACアダプタを用意します。
 たいていの場合、LEDテープの電圧は12Vです。
 電流は、消費電力から求めることができます。
 今回は、LEDチップひとつが12V・0.24Wのため、LEDチップひとつあたりの電流は

0.24(W)÷12(V)=0.02(A)

 これを90個点灯させるので、必要な電流は

0.02×90=1.8(A)

 となります。
 そうすると、12V・1.8A対応のACアダプタを探せばいいことになりますが、ACアダプタは電流の許容量ギリギリで使うと発熱がひどくなるため、1.3倍程度の余裕を持たせることが望ましいとされています。
 よって、必要な電流は

1.8×1.3=2.34(A)

 つまり、

・電圧は12V(高くても低くてもいけない
・電流は2.34A以上

 のACアダプタが必要となります。


 新品を買うとけっこう掛かります。
 リサイクル店のジャンク入りワゴンをひたすら漁れば、たいていの場合は捨て値で買えます。
 もちろん、その結果何が起こってもAt your own riskです。


★LEDテープを切る

 アルミ材は60cmですが、水槽を載せるための足場と配線用のスペースを考え、LEDテープの長さは50cmとしました。

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 ハサミマークのある場所で切断します。

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 50cm長を3本用意しました。


★LEDテープを貼る

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 こんな感じで配置しようと思います。

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 切断面はわずかに端子が露出しています。

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 LEDテープをくっつきやすくするために、LEDテープの端にあたる部分にビニールテープを貼ります。

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 その後、アルミ材にLEDテープを貼ります。
 LEDチップの発熱を考え、LEDチップが隣同士にならないよう、少しずらして貼り付けるようにします。


★はんだ付け

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 防水LEDテープは樹脂でコーティングされているので、はんだ付けを行う場所の樹脂を取り除く必要があります。
 基板を傷つけないよう注意しながらカッターで切り込みを入れ、ニッパーや爪で樹脂を除去します。

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 3本のLEDテープを並列つなぎするため、導線を用意します。

 この後、LEDテープと導線をはんだ付けします。
 はんだごて、はんだともに百均で買えます。

 はんだをくっつきやすくするため、あらかじめLEDテープと導線の両方にはんだを乗せます。

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 LEDテープの端子をはんだごてで予熱し、はんだを乗せます。

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 こんな感じでしょうか。

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 導線側にもはんだを含ませます。

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 LEDテープの端子と導線をはんだ付けします。
 並列つなぎなので、プラス同士、マイナス同士を繋ぎます。

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 ACアダプタと接続するための導線を用意します。
 水回りから離すために、長さは50cm以上用意するといいでしょう。

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 残ったLEDテープと導線を一挙につなぎます。
 ここで一度ACアダプタとつなぎ、きちんと点灯するか確かめるといいでしょう。

 一見、ややこしく配線しているように見えますが、これには理由があります。

(1)今回の配線
■□□□□□□□□□┐
■□□□□□□□□□┼─電源
■□□□□□□□□□┘

(2)ややこしくない? 配線
電源

└□□□□□□□□□□┐
┌□□□□□□□□□□┘
└□□□□□□□□□■

 LEDテープは、それ自身が抵抗になるので、(2)の配線だと、電源から遠いLEDチップには充分な電力が届かないのです。
 例えば、(1)の■の部分はいずれも電源からLED10個分の距離になりますが、(2)の■の部分は電源からLED30個分の距離になるので、そのぶん届く電力が弱くなってしまうのです。
 このため、3本のLEDテープを並列つなぎになるよう配線しています。


20150920-18573235b.jpg
 防水とアルミ材への固定を兼ねて、グルー(ホットボンド)でガチガチに固めます。
 グルーガン、グルーともに百均で買えます。

 LEDテープの反対側(導線をはんだ付けしない側)も、グルーで防水しておきます。


 これで本体は完成です。
 あとはACアダプタとの接続ですが、ライト本体と必ず1対1でしか使わないのであれば、直接はんだ付けしてしまえばよいでしょう。
 複数のライトを自作することを考えている場合は、百均のギボシ端子を使って脱着可能にすると便利です。


 では、点灯してみます。


20150920-22243437b.jpg
 うおっ、まぶしっ!

 Android向け明るさ測定アプリ『QUAPIX Lite』にて測定したところ、44cm離れた場所での照度は917lxでした。

 ジェックスのクリアライトCL601(60cm水槽用20W蛍光灯1本)を1時間点灯させた状態で、同条件にて測定した照度が647lxでしたので、蛍光灯1本の1.4倍の照度が得られたといえます。
 60cm水槽用の蛍光灯の光束が、おおよそ1000lm程度とされているので、1.4倍とすると1400lmの出力を得られていることになります。

 LEDテープの光束についてのスペックが不明なので確実なことは何も言えませんが、

・標準的な2835チップが5.4lm
・5050チップは2835チップの3倍の出力がある
・5050チップを90連装している

 ということから、

5.4lm×3倍×90連装=1458lm

 ・・・という計算になるので、おおよそ正しいといえそうです。

20150920-22243437c.jpg
 電流は1.68Aでした。
 標準的なスペックではLED1チップあたり0.02A×90チップ=1.8Aなので、だいたい合ってます。
 電圧は12Vなので、消費電力は12V×1.68A=20.16Wになります。
 20W蛍光灯1本の消費電力と、おおよそ同じです。

 とはいえ、これはLEDテープだけの消費電力なので、ACアダプタを含めた消費電力を測定すると・・・

20150920-22224836b.jpg
 トータルでの消費電力は、25Wでした。省電力??

 それでも、1.4倍の照度を1.25倍の消費電力で得られるので、10%の省エネといえそうです。

 なお、ジェックスのクリアLED POWER X 600 のスペックが、消費電力22Wにおいて1400lmとのことなので、水槽に適した明るさを求めると、どうしても省電力にはならないのかもしれません。


 結論としては、店頭価格が一万円を超える(↑ではもっと安いと思いますが、店頭価格が高いんじゃなくてAmazonやチャームが安すぎるんですよ・・・)の製品を超える明るさを、3~4分の1の出費で実現できた・・・と言ってみます。

 では、水槽に設置してみます。

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 蛍光灯ではこんな感じです。
(実験水槽なので、中身に関するクレームはご容赦ください)

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 1号機、実証点灯!

 色味はあからさまに変わりました。

「あ、ショップの水槽の色だ」

 といった感じです。

 これだけでは「明るいね、よかったね」で終わってしまうので、もうちょっとだけ続けてみます。


 よく「LEDでは水草が育たない」と言われます。
 白色LEDのスペクトルには、光合成に必要な赤色成長に必要な青色が含まれていないのが理由だとされています。
 そのため、植物育成用のライトは紫色(正確には赤色と青色が混ざって紫色に見える)をしています。


 また、水槽用ライトでも、白色LEDの他にわざわざ赤色LEDと青色LEDを搭載した商品が多くあります。
 ジェックスのライトの場合、赤色だけ、または青色だけを点灯し、普段と違う雰囲気を楽しむことができますが、他社製品だと単色で点灯させることができないのにわざわざ赤白青のLEDを積んでいるものもありますので、必要があって赤色LEDと青色LEDを搭載していると思われます。

 ということで、適当に入手できる赤色LEDと青色LEDの波長で植物が育つのかどうかわからない、けどとりあえずやってみよう、というのが2号機製作の主旨です(ひどい)。


★LEDテープ

 赤色LEDテープは、こちらを使いました。


 青色LEDテープは、こちらを使いました。

 なぜ30cmなのかというと、購入時にたまたま50cm(↓)が品切れだったからです・・・。
 

 白色LEDテープは、1号機の余りが3.5mくらいあるので、そこから50cmもらいました。


★LEDテープを貼りつける鋼材

 ホームセンターから、アルミ製のじゅうたん押さえ1mを428円で購入し、60cm水槽に合わせて切断しました。



★LEDテープを貼る

 基本的な手順は1号機と同じです。
 ただし、2号機では赤白青の各LEDを独立して点灯・消灯させたいので、プラス極だけ並列つなぎし、マイナス極はそれぞれ独立させました。

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 全体は、こんな感じです。
 マイナス極の線が赤白青の3本あるので、編み上げることで引っ張り耐性をつけてみました。

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 水対策でガチガチに固めてます。

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 プラス極は平型端子(オス)を、マイナス極は丸ギボシ端子(オス)を使い、誤接続を予防します。

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 ACアダプタ側も、プラス極に平型端子(メス)を、マイナス極に丸ダブルギボシ端子(メス)を使いました。
 このダブルギボシ端子は、2個までしか差せないため、このままでは赤白青の3色のうち同時に2色までしか点灯できないことになります。
 そこで、電源タップ的なものを作ってタコ足配線を可能にしました。

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 ダブルギボシ端子と丸ギボシ端子を組み合わせて・・・

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 できあがりました。
 これを使ってマイナス極を分岐させれば、赤白青の3色それぞれのオン・オフを好きに設定することができます。
 本当は、スイッチを使いたいのですが、スイッチって地味に高いんですよね・・・。


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 ほら、このとおり。

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 全色点灯時の電流は1.38Aでした。
 商品で力に換算すると、16.56Wです。
 青色LEDが少ない分、1号機より少なくなっています。

 では、水槽にセットしてみましょう。

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 赤白青の全色点灯です。
 1号機とは違う、なんだか不思議な色彩です。
 Android向け明るさ測定アプリ『QUAPIX Lite』にて測定したところ、44cm離れた場所での照度は497lxでした。
 蛍光灯1本の0.83倍の消費電力で、0.77倍の照度が得られたといえます。

 1号機よりLEDチップの数が12個減っている(90個→78個)のですが、照度でいえば半分強まで減っています。
 赤色LEDや青色LEDは、光の強さでは白色LEDよりも劣ってしまうということでしょう。
 

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 オンリーにしてみました。
 カメラが夜景モードになってしまい、写真では水槽の中がよく見えますが、肉眼ではかなり暗いです。

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 赤白点灯です。
 わりと普通でしょうか。

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 オンリーです。
 かなり暗いです。
 心を落ち着かせたいときにいいかもしれません。

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 白青点灯です。
 これも・・・わりと普通でした。
 白色LED30個に対して青色LEDが18個しかないので、青が負けているかもしれません。

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 赤青点灯です。
 すごく・・・なんでしょうこれ。
 植物はよく育つかもしれません。


 では、先ほどの電源タップ的なものを1個追加し、1号機と2号機をすべて点灯させてみます。


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 超 明 る い で す。

 照度は測っていないのですが、1号機単独で917lx、2号機単独で497lxでしたので、計1414lxとなります。
 つまり、蛍光灯1本の2.2倍の照度が得られたといえます。

 ちなみに、この時の消費電力(ACアダプタ込み)は・・・

20150922-13034464b.jpg
 ・・・もはや省電力でもなんでもありません。

 とはいえ、蛍光灯1本の2.2倍の照度を2.25倍の消費電力で得られているので、あながち電力の無駄遣いでもありません

 なお、廃熱についてですが・・・

20150922-12204650b.jpg
 おおむね、室温プラス30℃まで上がるようです。
 これは、店頭で展示品のLEDライトを触ってもそれなりに熱いので(ADAのめちゃくちゃ明るい(そして高い)ライトは放熱のために筐体がヒートシンク状に加工されていますが、それですら触り続けるのが困難なくらい熱かったです)、そういうものだと思うしかないようです。
 あまり熱いとLEDや防水樹脂の劣化に影響するのですが、たいていの場合、85℃くらいまでは動作保証範囲内のようです。

 もし冷却を考えるとすれば・・・

PC等のヒートシンクを付けてみる
 余っている人のところには余っていると思いますが、そこまでしないといけないのか・・・という気がします。

冷却ファンを付けてみる
 同上。

水冷する
 水ならすぐそばにあるので、わりと現実的かと思います。

(1)サイフォンの原理でかんたん水冷
 もし上部式フィルターを使っているなら、上部式フィルターの内部からLEDライトを経由して水槽内に排水するようエアチューブを配管し、サイフォンの原理で通水すれば、動力不要で冷却できます。
 冬場にはヒーターの補助として、省電力にも貢献しそうです。

 実は7時間ほど試したのですが、特に水温が上昇する様子はありません(ということは、あまり冷却できていないんでしょうね)。
 煮魚になるのが心配なら、LEDライトをサーモスタットに接続して(以下略

(2)上部フィルター兼LED照明
 いっそ上部フィルターの裏に貼り付けてしまう、という方法も考えられます。
 上部フィルターには大量の水が循環しているのでそうそう温度は上がらないでしょうし、水槽の奥側を照らすこともできます。 
 しかし、水面のすぐ近くなので劣化が早そうな割に、メンテナンスのためには上部フィルターを外さなければならないという矛盾を抱えてしまいます。
 さらに、暑い時期になっても簡単に外すこともできません(電源を切るだけなら簡単ですが)。

 私はやめておきます・・・。


 というわけで、結論です。

・LEDライトを安く作ることはできる

けっして省電力ではない(無駄遣いというほどでもない)

・激安で売られている3528チップのLEDテープを買うと、たぶん暗すぎて泣く
 (5050チップのLEDテープでも足りないくらいなので、3分の1の出力しかない3528チップではひどいことになると思われます。将来はわかりませんが)

 まあ、せっかく作ったので、この状態でしばらく使ってみようと思います。
 余った材料で、Lサイズ水槽用のライトを作るかもしれません。



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