Đèn LED: ứng dụng chiếu sáng hồ cảnh

Đèn LED: ứng dụng chiếu sáng hồ cảnh
Patrick Ormiston – FAMA 5/2008

Đi-ốt quang (Light-Emitting Diode) hay đèn LED ra đời nhiều năm trước đây và nhanh chóng gia nhập vào lãnh vực chiếu sáng. Ứng dụng của đèn LED trong thị trường chiếu sáng dành cho hồ cảnh còn khá mới mẻ nhưng ngày càng trở nên phổ biến nhờ ưu điểm của chúng. Không chỉ chiếu sáng hiệu quả hơn, đèn LED còn tỏa nhiệt ít hơn, tuổi thọ lên đến 50 ngàn giờ và thân thiện với môi trường hơn các loại đèn truyền thống khác.

Đèn LED cũng uyển chuyển hơn các loại đèn truyền thống, có thể điều chỉnh độ sáng và thời lượng gần với chu kỳ ngày và đêm, và có thể điều khiển nhiệt độ sáng trong tầm từ 5 K đến 20 K. Mặc dù giá khởi điểm của đèn LED đắt hơn nhiều so với các loại đèn truyền thống nhưng sau một thời gian, có thể gỡ gạc lại qua việc tiết kiệm năng lượng và thay bóng.

Hiệu quả và công suất
Đèn LED đã được sử dụng từ lâu trong lãnh vực điện tử chẳng hạn như đèn chỉ thị, và gần đây, trong các ứng dụng chỉ đường và trang trí. Vài năm trước đây, một loại đèn LED mới gọi là đèn LED công suất (high-brightless) đã ra đời và nhanh chóng chiếm lĩnh các ứng dụng chiếu sáng truyền thống, bao gồm đèn xe, đèn thương mại và kiến trúc. Đèn LED trở thành một lựa chọn hữu dụng cho các hồ cảnh biển, thay thế các loại đèn halogen và huỳnh quang truyền thống.

Cải tiến chính ở đèn LED là việc nâng cấp từ loại đèn 5 li thành loại đèn công suất. Với loại đèn 5 li, đi-ốt chỉ có hai chân cấp nguồn. Hai chân này không được thiết kế để giải nhiệt và đèn LED thường bị cháy vì quá nóng. Đèn LED công suất được gắn thêm một tấm giải nhiệt lớn để tiêu tán nhiệt lượng phát sinh từ đèn. Điều này cho phép tăng dòng điện từ 30 mA ở loại đèn 5 li lên thành 1000 mA ở loại đèn công suất mới.

Công suất của loại đèn mới cũng tăng nhanh chóng. Trong vòng 4 năm vừa qua, chúng ta đã chứng kiến công suất tăng từ 1 w lên 5 w và hiệu suất từ 15 -30 lumen/watt lên đến 100 lumen/watt. Trong phòng thí nghiệm, một số hãng sản xuất LED công bố đạt được hiệu suất trên 128 lumen/watt.



Đèn LED ánh sáng trắng
Đèn LED bao gồm nhiều loại màu khác nhau và mỗi loại cho ra một phổ ánh sáng nhất định. Có một cách để tạo ra ánh sáng trắng là ghép các loại đèn màu đỏ, xanh lục và xanh dương với nhau. Điều này dẫu thích hợp với hầu hết các ứng dụng chiếu sáng thương mại, nhưng chỉ bao gồm những bước sóng nhất định và còn thiếu rất nhiều bước sóng khác. Vì những màu nhất định không hiện diện nên hồ cảnh biển có thể thiếu những bước sóng quan trọng mà san hô cần hấp thu.

Một cách khác để tạo ra ánh sáng trắng là dùng đèn LED xanh dương và sử dụng phốt-pho để chuyển hóa thành ánh sáng trắng. Cách này tương tự với cách được áp dụng cho đèn huỳnh quang để tạo ra ánh sáng trắng. Phốt-pho hấp thu ánh sáng từ đèn LED và tạo ra ánh sáng phân bố đều ở mọi bước sóng. Đối với mọi người, đây là phương pháp phù hợp hơn và đảm bảo các cư dân trong hồ cảnh nhận được bước sóng mà chúng cần. Thông thường, đèn LED không phát xạ tia cực tím, một số đèn được thiết kế đặc biệt để phát tia cực tím (UV). Đèn LED không được chế tạo để phát tia hồng ngoại.



Tỏa nhiệt
Đèn LED tỏa nhiệt nhưng nó truyền ngược về tấm giải nhiệt. Với tấm giải nhiệt thích hợp, máng đèn được thiết kế sao cho nhiệt tỏa ra từ đèn LED được truyền lên trên và ra xa hồ cá. Do đó, với đèn LED, nhiệt không truyền vào hồ và làm nước nóng lên như thường xảy ra với đèn halogen và huỳnh quang công suất. Vì vậy, đèn LED có khả năng hạn chế nhu cầu sử dụng bộ làm mát (chiller) hay quạt để làm mát nước.

Hội tụ ánh sáng
Đèn LED hội tụ ánh sáng xuống bên dưới rất tuyệt bởi vì nó không hề phát ra tia sáng hướng lên trên nào. Mọi ánh sáng mà đèn LED phát ra đều hướng xuống dưới. Một trong những ưu điểm của đèn LED là nguồn sáng có kích thước nhỏ điều cho phép hội tụ ánh sáng vào vị trí mong muốn thông qua hệ thống gương. Mặt khác, với loại đèn halogen và huỳnh quang, 50% ánh sáng chiếu xuống và 50% ánh sáng chiếu lên. Lượng ánh sáng chiếu lên này hoàn toàn phí phạm nếu không được tái sử dụng bằng tấm phản xạ hay dụng cụ tương tự.

Với ý tưởng này, mục đích thiết kế cho cả đèn halogen lẫn đèn huỳnh quang là phản xạ ánh sáng chiếu lên và hội tụ vào hồ cá. Những nguồn sáng truyền thống này cồng kềnh vì chúng cần tấm phản xạ để hướng ánh sáng xuống dưới. Với đèn LED, tất cả ánh sáng vốn đã hướng xuống dưới. Thêm nữa, ánh sáng phát ra từ nguồn sáng rất nhỏ. Điều này khiến cho bảng đèn LED cực kỳ hữu dụng và hiệu quả hơn bất kỳ nguồn sáng truyền thống dành cho hồ cảnh nào khác.



Tuổi thọ đèn LED
Đèn LED có thể thọ đến 50.000 giờ. Nếu bật đèn 14 giờ mỗi ngày thì tuổi thọ của nó lên đến 9 năm. Nếu đèn LED hoạt động trong điều kiện quá nóng hay khắc nghiệt thì tuổi thọ của nó bị suy giảm đáng kể. Để duy trì tuổi thọ của đèn, máng đèn phải duy trì nhiệt độ tối ưu cũng như cung cấp dòng điện thích hợp.

Đèn LED rất dễ điều chỉnh; nó có thể được điều chỉnh độ sáng từ 0 đến 100%. Điều này cho phép mô phỏng các điều kiện tự nhiên, chẳng hạn như bình minh, hoàng hôn và mây mù. Nó cũng cho phép người chơi cá thay đổi nhiệt độ màu từ 5 K đến 20 K và hơn nữa. Nếu đèn LED được điều chỉnh bằng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (pulse-width modulation) thì năng lượng tiêu thụ cũng giảm một khi độ sáng giảm xuống.

Thân thiện với môi trường
Đèn LED thân thiện với môi trường vì một số lý do sau đây. Trước hết, chúng tiêu hao ít điện năng và có khả năng hạn chế nhu cầu sử dụng những thiết bị phụ trợ để triệt tiêu nhiệt lượng phát ra từ hồ cá và môi trường. Việc tiết giảm điện năng tiêu thụ này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn trợ giúp môi trường bằng cách không tiêu thụ thêm năng lượng. Đèn LED không chứa thủy ngân như đèn huỳnh quang và halogen, vì vậy hạn chế nguy cơ thải loại những chất độc hại ra môi trường. Tương tự, với tuổi thọ kéo dài nhiều năm so với các loại đèn truyền thống, tổng lượng đồ phế thải của đèn LED cũng ít hơn.

Đèn LED không làm bằng thủy tinh. Nguồn sáng công suất cao và bền này là loại dụng cụ thể-rắn. Chúng không có phần chuyển động nên không bị vỡ, dập, rò rỉ hay làm môi trường bị ô nhiễm. Độ bền là một trong những lý do khiến chúng trở nên phổ biến trong lãnh vực chiếu sáng.

Bảng đèn LED
Trong các bộ đèn truyền thống, bạn lắp đặt máng đèn với ba-lát, đui đèn, bóng đèn và một số dây nhợ. Bạn gắn dây từ ba-lát vào đui đèn rồi nối với nguồn điện, gắn bóng vào đui đèn và thế là xong. Có vấn đề nhỏ về tỏa nhiệt nhưng về cơ bản là khá đơn giản.

Với đèn LED, đấy là một thế giới hoàn toàn mới lạ. Công nghệ rất mới và có vô số điều cần phải học để thiết kế, lắp đặt và chế tạo một sản phẩm kết hợp những công nghệ liên tục thay đổi.

Điều đầu tiên là tìm kiếm hay thiết kế bộ nguồn. Tốt nhất là sử dụng loại hàng hiệu được thiết kế riêng cho đèn LED. Không giống như các loại đèn truyền thống, không hề có bộ tiêu chuẩn nào áp dụng cho đèn LED. Mỗi nhà sản xuất tự chế tạo sản phẩm với những thông số riêng biệt. Phức tạp hơn, mỗi đèn LED đều có đặc điểm hoạt động hơi khác nhau.

Để giải quyết vấn đề đa dạng nhãn hiệu, các nhà sản xuất xây dựng chương trình trọn gói. Điều này có nghĩa rằng một khi đèn LED được sản xuất, nó sẽ được kiểm tra về màu sắc, công suẩt, điện áp và rồi được gộp chung với những đèn LED tương tự.

Như đề cập ở trên, các nhà sản xuất cũng phải đương đầu với vấn đề tỏa nhiệt của đèn LED. LED sẽ bị cháy nếu quá nhiệt. Nếu không được gắn tấm giải nhiệt thích hợp, đèn LED phát sáng yếu hơn, điều khiến nó bị cháy ngay lập tức hay giảm tuổi thọ một cách đáng kể.

Rồi còn phải tính đến bộ điều chỉnh độ sáng đèn nữa. Nó phải được điều khiển bằng phần mềm. Không mấy người có khả năng thiết kế và viết chương trình điều chỉnh độ sáng đèn.



Nhược điểm
Đâu là nhược điểm của việc ứng dụng đèn LED để chiếu sáng cho hồ cảnh? Giá khởi điểm của đèn LED và máng đèn hãy còn cao. Loại đèn LED hiệu suất cao cạnh tranh với đèn huỳnh quang và halogen vẫn còn đang được nghiên cứu.

Có rất nhiều điều cần phải học hỏi đối với mọi công nghệ mới. Đèn LED cũng phát triển nhanh chóng như ngành công nghiệp máy tính vào những năm 1990. Điều này khiến cho việc chọn mua sản phẩm cũng như việc sản xuất và phân phối sản phẩm vốn nhanh chóng bị lỗi thời trở nên khó khăn.

Tương lai của đèn LED
Tương lai của đèn LED như thế nào? Các nhà sản xuất đèn LED mong muốn chế tạo loại đèn đạt 150 lumen/watt trong tương lai. Nhiều nhà sản xuất bóng đèn chủ chốt mong muốn nó chiếm lĩnh 50% sản lượng dụng cụ chiếu sáng vào năm 2010. Theo đó, người tiêu thụ có thể chứng kiến thay đổi lớn lao trên thị trường chiếu sáng trong vài năm tới đây.

Với hiệu suất tương đương đèn huỳnh quang và halogen, và khả năng hội tụ ánh sáng vào hồ, đèn LED có thể tiết kiệm được 40% điện năng so với loại đèn truyền thống. Nhờ không tỏa nhiệt vào hồ, trong nhiều trường hợp đèn LED hạn chế nhu cầu sử dụng bộ làm mát đắt tiền. Người chơi cá tiết kiệm được chi phí một cách đáng kể khi không phải mua và vận hành bộ làm mát.

Đèn LED tiết kiệm được 40% điện năng và tỏa nhiệt ra môi trường ít hơn gần 40%. Sự tiết giảm tỏa nhiệt này cũng giảm tải cho máy lạnh.

Lợi ích và sự phát triển nhanh chóng của đèn LED trong thị trường thương mại và dân dụng sẽ khiến giá thành giảm xuống – kể cả trong lãnh vực cá cảnh – và sẽ khiến chúng chính thức thay thế cho các loại đèn truyền thống.