Ajatus auringonvalon luomisesta sisätiloihin on jo pitkään kiehtonut monia harrastajia, eikä vähiten sen tuomien hyötyjen vuoksi, jotka ulottuvat kasvien ja hedelmien kasvusta vuorokausirytmin hallintaan.
Perks onnistuu videollaan simuloimaan luonnonvaloa suuren satelliittiantenniheijastimen avulla, joka säteilee valoa simuloituun ikkunaan. Tulos on hämmästyttävä, ja tämän videon seurauksena on syntynyt myös muita mielenkiintoisia projekteja, kuten ohjelmistoinsinööri Victor Poughonin jakama projekti, joka on myös käyttökelpoinen tapa simuloida luonnonvaloa, vaikka ei saavuta tätä tulosta.
Parabolisesta antennista rakennettu aurinko
Perksin mukaan satelliittiantennit heijastavat kaukaisia radioaaltoja yhteen pisteeseen, sillä ne ovat yleensä paraabelin osa. Kääntämällä tämän prosessin toisinpäin ja tekemällä lautasen heijastamaan valoaaltoja on mahdollista lähettää yhdensuuntaisia valonsäteitä asentamalla sen polttopisteeseen kirkas LED.
Tämä saa ledin valon näyttämään äärettömältä, kun se heijastuu lautasesta, ja tekee lautasesta heijastuvista varjoista yhdensuuntaisia. Tämän ”sinertävän” ja hieman samean vaikutelman aikaansaamiseksi hän käyttää lisäksi jotain hyvin yksinkertaista: saippuaa ja vettä. Liuottamalla saippuaa hän saa aikaan niin sanotun Tyndall-efektin, joka saa valon loistamaan liuenneiden hiukkasten läpi ja luo näin realistisen vaikutelman.
Perks saa videollaan aikaan paljon voimakkaamman version, ja siksi se vie enemmän energiaa. Perksille tämä prototyyppi on ollut jännittävä, ja siksi se on innoittanut myös monia muita tekijöitä tekemään oman versionsa, kuten Victor Poughon itse.
Miniatyyri keinotekoinen aurinko
Kuten mainittiin, Perksin alkuperäisessä DIY Perks -suunnitelmassa käytettiin suurta parabolista heijastinta, mikä aiheutti tilaongelman. Tämän vuoksi tämän projektin luoja valitsi erilaisen lähestymistavan: yhden valonlähteen ja heijastimen sijaan hän käytti linssirivistöä ja ruudukkoon jaettuja LED-valoja.
Harrastajan mukaan tämä kokoonpano tarjosi kaksi keskeistä etua. Yhtäältä se mahdollisti kompaktimman rakenteen, sillä käytetyt linssit olivat pienikokoisia ja niiden polttoväli oli lyhyt, mikä teki laitteesta helpommin hallittavissa olevan valon laadusta tinkimättä. Se paransi myös lämmönhallintaa, sillä yhden suuritehoisen LEDin sijasta käytettiin useita pienempitehoisia LEDejä koko laitteen pinnalla, mikä vähensi tarvetta kehittyneille jäähdytysjärjestelmille.
LEDit, hyvä elektroniikan toteutus ja paljon kekseliäisyyttä
Suunnitteluprosessi oli ohjelmistokehittäjälle opettavainen, sillä hänellä ei ollut aiempaa kokemusta valmistuksesta tai 3D-suunnittelusta. Projektin kehittämiseksi hän turvautui erilaisiin työkaluihin.
CAD-mallinnukseen ja kokoonpanon todentamiseen hän käytti Build123d- ja FreeCAD-ohjelmia, kun taas elektroniikkapiirien suunnitteluun hän käytti KiCadia. Hän kirjoitti myös Python-koodia optista simulointia ja linssijärjestelmän optimointia varten. Komponenttien valmistukseen hän käytti JLCPCB:n palveluja, joiden avulla hän pystyi valmistamaan piirilevyt sekä alumiini- ja muoviosat CNC-työstöllä.
Tekniset tiedot
Tuloksena syntyneen laitteen tekniset tiedot ovat seuraavat:
- Linssiryhmä: 6×6-ristikko (yhteensä 36 linssiä), jonka koko on 30 mm sivua kohti.
- Tehollinen polttoväli: 55 mm.
- Valonlähde: LUXEON 2835 3V LEDit (CRI 95+, 4000K, 65mA).
- Diffuusori: Vedenkestävä mustesuihkutulostuskalvo.
- Asennus: Alumiinijalusta ja matta mustalla hartsilla painetut osat.
Kehittäjän mukaan auringonvalon simuloimiseksi on tärkeää, että säteet ovat mahdollisimman yhdensuuntaisia. Luonnossa tämä tapahtuu suuren etäisyyden vuoksi, mutta keinotekoisessa järjestelmässä tarvitaan sopivia optisia elementtejä. Suunnitelmassa oli kaksi päälinssia: parabolinen kaksoiskupera linssi ja parabolinen tasokupera linssi. Näiden kahden yhdistelmä auttoi parantamaan lähetetyn valon laatua, vaikka suunnitteluun liittyi useita kompromisseja optisen tehokkuuden, valmistettavuuden ja laitteen paksuuden välillä.
Auringonvalon uudelleenluominen vaatii paitsi säteiden samansuuntaista jakautumista, myös suurta valon voimakkuutta. Suora auringonvalo tuottaa noin 100 000 luksia (lumenia neliömetriä kohti), ja tätä lukua on vaikea saavuttaa LED-valoilla. Hankkeen ensimmäisessä versiossa tavoitteeksi asetettiin 10 000 luksia, mikä mahdollisti energiankulutuksen vähentämisen vaikuttamatta liikaa kirkkauden tuntumaan. Lopulta päädyttiin 1 000 ja 10 000 luxin väliseen teholliseen valaistusvoimakkuuteen.
Linssit valmistettiin PMMA-akryylistä CNC-ohjauksella höyrykiillotetulla viimeistelyllä, ja ne maksoivat noin 55 euroa. Piirien valmistusta varten piirilevyt suunniteltiin KiCad-ohjelmalla ja lähetettiin valmistukseen valmiiksi koottujen LEDien kanssa, jolloin vältyttiin käsin juottamiselta.
Kokoonpanon osalta laite koostuu kolmesta pääosasta. Alumiininen pohja pitää piirilevyt paikoillaan ja päästää valon läpi strategisesti sijoitetuista rei’istä. Sivuseinien tehtävänä on pitää linssit paikoillaan, ja ne kiinnittyvät pohjaan, mikä antaa rakenteellista vakautta. Lopuksi valonsuojat ohjaavat valovirtaa ja minimoivat valohäviön.
Lopputulos tyydytti tätä tekijää. Hän onnistui valmistamaan toimivan laitteen, joka ei vastaa voimakkuudeltaan auringonvaloa, mutta tarjoaa laadukasta valaistusta kompaktissa rakenteessa. Kehittäjä uskoo kuitenkin, että laitteessa on parantamisen varaa, ja hän aikoo valmistaa toisen version, jossa on tehokkaammat ledit ja optimoitu linssijärjestelmä.
